Первая наука о времени — астрономия. Результаты наблюдений в древних обсерваториях использовались для ведения сельского хозяйства и отправления религиозных обрядов. Однако с развитием ремесел возникла необходимость в измерении коротких промежутков времени. Таким образом человечество пришло к изобретению часов. Процесс был долгим, наполненным напряженным трудом лучших умов.
История часов насчитывает много веков, это старейшее изобретение человечества. От воткнутой в землю палки до сверхточного хронометра — путь длиною в сотни поколений. Если составить рейтинг достижений человеческой цивилизации, то в номинации «великие изобретения» часы окажутся на втором месте после колеса.
Были времена, когда людям было достаточно календаря. Но появились ремесла, возникла необходимость в фиксации длительности технологических процессов. Потребовались часы, назначение которых — измерение промежутков времени короче суток. Для этого человек на протяжении веков использовал различные физические процессы. Соответственными были и конструкции, их реализующие.
История часов делится на два больших периода. Первый — длиной в несколько тысячелетий, второй — меньше одного.
1. История возникновения часов, называемых простейшими. К этой категории относятся солнечные, водяные, огневые и песочные приборы. Период заканчивается изучением механических часов домаятникового периода. Это были средневековые куранты.
2. Новая история часов, начинающаяся с изобретения маятника и баланса, ознаменовавшего начало развития классической колебательной хронометрии. Этот период пока не закончен.
Солнечные часы
Древнейшие, дошедшие до нас. Поэтому именно история солнечных часов открывает парад великих изобретений в области хронометрии. Несмотря на кажущуюся простоту, их отличало большое разнообразие конструкций.
В основу солнечных часов предстоит кажется движение Солнца на протяжении суток. Отсчет ведется по тени, отбрасываемой осью. Их использование возможно лишь в солнечный день. Древний Египет имел благоприятные климатические условия для этого. Наибольшее распространение на берегах Нила получили солнечные часы, имевшие вид обелисков. Их устанавливали у входа в храмы. Гномон в виде вертикального обелиска и шкала, нанесенная на земле, — так выглядели древние солнечные часы. Фото, представленное ниже, демонстрирует один из них. До наших дней сохранился один из египетских обелисков, перевезенных в Европу. Гномон высотой 34 метра в настоящее время возвышается на одной из площадей в Риме.
Обычные солнечные часы обладали существенным недостатком. О нем знали, но долго мирились. В разные сезоны, то есть летом и зимой, продолжительность часа была неодинаковой. Но в период, когда господствовали аграрный строй и ремесленные отношения, в точном измерении времен нужды не было. Поэтому солнечные часы благополучно просуществовали до позднего Средневековья.
На смену гномоном пришли более прогрессивные конструкции. Усовершенствованные солнечные часы, в которых этот недостаток был устранен, имели шкалы криволинейной формы. Кроме этого усовершенствования, использовались различные варианты исполнения. Так, в Европе были распространены настенные и оконные солнечные часы.
Дальнейшее усовершенствование имело место в 1431 году. Заключалось оно в ориентировании теневой стрелки параллельно земной оси. Такая стрелка называлась полуосью. Теперь тень, вращаясь вокруг полуоси, двигалась равномерно, поворачиваясь за час на 15 °. Подобная конструкция позволяла изготовить достаточно точные для своего времени солнечные часы. Фото демонстрирует один из таких приборов, сохранившихся в Китае.
Для правильной установки конструкцию стали снабжать компасом. Появилась возможность использовать часы повсеместно. Удалось изготовить даже переносные модели. С 1445 года солнечные часы стали строить в виде полой полусферы, снабженной стрелкой, тень от которой падала на внутреннюю поверхность.
поиски альтернативы
Несмотря на то что солнечные часы были удобными и точными, они имели серьезные недостатки объективного характера. Они полностью зависели от погоды, а их функционирование ограничивалось частью суток, заключенной в промежуток между восходом и закатом. В поисках альтернативы ученые стремились найти другие способы измерения отрезков времени. Было нужно, чтобы они не были связаны с наблюдением движения звезд и планет.
Поиски привели к созданию искусственных эталонов времени. Например, это был интервал, необходимый для перетекания или сгорания некоторого определенного количества вещества.
Созданные на этой основе простейшие часы прошли долгий путь развития и совершенствования конструкций, тем самым подготовив почву для создания не только механических часов, но и устройств автоматики. Кстати приобрести оригинальные часы citizen вы можете на страницах нашего https://watchcitizen.ru/product-category/citizen-eco-drive/ специализированного сайта.
клепсидри
За водяными часами закрепилось название «клепсидри», поэтому бытует заблуждение о том, что впервые изобрели их в Греции. На самом деле было не так. Самая древняя, очень примитивная клепсидра была найдена в храме Амона в Фебах и хранится в музее Каира.
При создании водяных часов необходимо обеспечить равномерное снижение уровня воды в сосуде при ее истечении через донное калиброванное отверстие. Достигалось это за счет придания сосуду формы конуса, который сужается ближе к дну. Получить закономерность, описывающую скорость вытекания жидкости в зависимости от ее уровня и формы емкости, удалось лишь в Средневековье. До этого форма сосуда для водяных часов подбиралась опытным путем. Например, египетская клепсидра, о которой говорилось выше, давала равномерное снижение уровня. Пусть и с некоторой погрешностью.
Поскольку клепсидра не зависела от времени суток и погоды, она максимально отвечала требованиям непрерывного измерения времени. Кроме того, необходимость дальнейшего усовершенствования прибора, добавления различных функций предоставляла простор для полета фантазии конструкторам. Так, клепсидри арабского происхождения представляли собой художественные произведения в сочетании с высокой функциональностью. Они были снабжены дополнительными гидравлическими и пневматическими механизмами: звуковой сигнализатор времени, система ночного освещения.
Не много имен создателей водяных часов сохранила история. Их изготовлением занимались не только в Европе, но и в Китае, в Индии. До нас дошла информация о греческом механике по имени Ктесибий Александрийский, жившем за 150 лет до новой эры. В клепсидрой Ктесибий использовал зубчатые передачи, теоретические разработки которых были выполнены еще Аристотелем.
огневые часы
Эта группа появилась в начале 13 века. Первыми огневыми часами были тонкие свечи до 1 метра высотой с нанесенными на них знаками. Иногда определенные деления оснащали металлическими штырями, которые, падая на металлическую подставку при выгорании вокруг них воска, издавали отчетливый звук. Такие устройства послужили прообразом будильника.
С появлением прозрачного стекла огневые часы трансформируются в лампадним. На стенке наносилась шкала, по которой, по мере выгорания масла, и определялось время.
Наибольшее распространение такие устройства получили в Китае. Наряду с лампадним в этой стране была распространена другая разновидность огневых часов — фитильные. Можно сказать, что это была тупиковая ветвь.
Песочные часы
Когда они появились на свет, точно не известно. Можно с уверенностью утверждать лишь то, что они не могли появиться раньше изобретения стекла.
Песочные часы представляют собой две прозрачные стеклянные колбы. Через соединительную горловину содержимое пересыпается из верхней колбы в нижнюю. И в наше время все еще можно встретить песочные часы. Фото изображает одну из моделей, стилизованную под старину.
Средневековые мастера при изготовлении приборов украшали песочные часы изысканным декором. Их использовали не только для измерения отрезков времени, но и в качестве украшения интерьера. В домах многих вельмож и сановников можно было увидеть роскошные песочные часы. Фото представляет одну из таких моделей.
В Европу песочные часы попали достаточно поздно — в конце Средневековья, однако распространение их было стремительным. Благодаря простоте, возможности использования в любое время они быстро стали очень популярными.
Один из недостатков песочных часов — довольно короткий отрезок времени, измеряемый без их переворачивания. Не прижились кассеты, составленные из них. Тормозили распространение таких моделей их невысокая точность, а также износ при длительной эксплуатации. Происходило это следующим образом. Калиброванное отверстие в диафрагме между колбами стирается, увеличиваясь в диаметре, частицы песка — наоборот, дробились, уменьшаясь в размере. Скорость истечения увеличивалась, время — уменьшалось.
Механические часы: предпосылки появления
Потребность в более точном измерении отрезков времени с развитием производства и общественных отношений неуклонно возрастала. Лучшие умы работали над решением этой проблемы.
Изобретение механических часов — эпохальное событие, которое произошло в средние века, ведь они — самый сложный прибор, созданный в те годы. В свою очередь, это послужило толчком к дальнейшему развитию науки и техники.
Изобретение часов и их совершенствование требовало более совершенного, точного и высокопроизводительного технологического оборудования, новых методов расчета и конструирования. Это стало началом новой эпохи.
Создание механических часов стало возможным с изобретением шпиндельного спуска. Это устройство преобразовывало поступательное движение висящей на веревке гири в колебательное движение взад-вперед часового колеса. Здесь четко прослеживается преемственность — ведь сложные модели клепсидр уже имели и циферблат, и зубчатую передачу, и бой. Нужно было только поменять движущую силу: заменить струю воды тяжелой гирей, с которой проще было обращаться, и добавить спусковое устройство и регулятор хода.
На этой основе были созданы механизмы для башенных часов. Куранты с шпиндельним регулятором вошли в обиход примерно с 1340 года и стали гордостью многих городов и соборов.
Становление классической колебательной хронометрии
История возникновения часов сохранила для потомков имена ученых и изобретателей, которые сделали возможным их создание. Теоретической базой послужило открытие, которое сделал Галилео Галилей, озвучив законы, описывающие колебания маятника. Он же — автор идеи механических маятниковых часов.
Реализовать идею Галилея удалось в 1658 году талантливому голландцу Християнові Гюйгенсу. Он же — автор изобретения балансового регулятора, что позволило создать карманные, а затем и наручные часы. В 1674 году Гюйгенс разработал усовершенствованный регулятор за счет присоединения к колесику-маховику спиральной пружинки в виде волоска.
Другое знаковое изобретение принадлежит часовому мастеру из Нюрнберга по имени Петер Генлейн. Он изобрел заводную пружину, а в 1500 году на ее основе создал карманные часы.
Параллельно происходили изменения внешнего вида. Сначала было достаточно одной стрелки. Но так как часы стали очень точными, они требовали соответствующей индикации. В 1680 году была добавлена минутная стрелка, и циферблат обрел привычный нам вид. В восемнадцатом веке стали устанавливать секундную стрелку. Вначале боковую, а позже она стала центральной.
В семнадцатом веке создание часов было переведено в категорию искусства. Изысканно декорированные корпуса, украшенные эмалью циферблаты, которые к тому времени накрывали стеклом, — все это превращало механизмы в предмет роскоши.
Работа по усовершенствованию и усложнению приборов продолжалась непрерывно. Повышалась точность хода. В начале восемнадцатого века стали использовать в качестве опор для балансира и шестерен камни — рубиновые и сапфировые. Это позволило снизить трение, повысить точность и увеличить запас хода. Появились интересные усложнения — вечный календарь, автоматический завод, указатель запаса хода.
Толчком к развитию маятниковых часов послужило изобретение английского часовщика Клемента. Примерно в 1676 году он разработал якірно-анкерный спуск. Это устройство хорошо подходило к маятниковым часам, которые имели небольшую амплитуду колебаний.
Кварцевые часы
Дальнейшее совершенствование приборов для измерения времени происходило лавинообразно. Развитие электроники и радиотехники подготовило почву для появления кварцевых часов. Их работа основана на пьезоэлектрического эффекта. Он был обнаружен в 1880 году, но кварцевые часы изготовили лишь в 1937 году. От классических механических вновь созданные кварцевые модели отличались поразительной точностью. Началась эра часов электронных. В чем их особенность?
Кварцевые часы имеют механизм, состоящий из электронного блока и так называемого шагового электродвигателя. Как это работает? Двигатель, получая сигнал от электронного блока, передвигает стрелки. Вместо привычного циферблата в кварцевых часах может использоваться цифровой дисплей. У нас их называют электронными. На Западе — кварцевыми с цифровой индикацией. Сути это не меняет.
Фактически, кварцевые часы — это мини-компьютер. Очень легко добавляются дополнительные функции: секундомер, указатель фаз Луны, календарь, будильник. Цена часов при этом, в отличие от механики, возрастает не так сильно. Это делает их более доступными.