Муниципальный этап научно-практической конференции
«Первые шаги в науку» Краевого форума «Молодежь и наука»
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
«Выезжелогская основная школа»
Тема работы: Часы.
Направление: Социально-гуманитарное
Секция: Информационные системы и технологии в науке, технике, образовании
Выполнила:
Родионова Виктория
МБОУ«Выезжелогская ОШ»
4 класс
Руководитель:
Цикунова Ирина Федоровна
МБОУ "Выезжелогская ОШ" учитель начальных классов
Выезжий Лог
2017
ОГЛАВЛЕНИЕ
I.ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................3
Обоснование выбора……………………………………………………...……………....3
Актуальность темы..............................................................................................................3
Цель исследования...............................................................................................................3
Этапы исследования............................................................................................................3
Задачи исследования...........................................................................................................4
Методы исследования.........................................................................................................4
II.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ...............................................................................................5
1. Первые часы......................................................................................................................5
1.1. Солнечные часы............................................................................................................5
1.2. Водяные часы.............................................................................................................5-6
1.3. Огненные часы...........................................................................................................6-7
1.4. Песочные часы...........................................................................................................7-8
1.5. Цветочные часы............................................................................................................8
2. Классификация часов по часовому механизму..........................................................8
2.1. Механические часы...................................................................................................8-9
2.2. Кварцевые часы............................................................................................................9
2.3. Электронные часы........................................................................................................9
3. Виды часов.........................................................................................................................9
3.1. Башенные часы.........................................................................................................9-10
3.2. Настенные часы...........................................................................................................10
3.3. Настольные часы....................................................................................................10-11
3.4. Напольные часы...........................................................................................................11
3.5. Карманные....................................................................................................................11
3.6. Наручные......................................................................................................................12
3.7. Будильники..................................................................................................................12
III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ..........................................................................................13
Результаты анкетирования..........................................................................................13-14
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................................15
V. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ................................................................................16
VI. ПРИЛОЖЕНИЕ ........................................................................................................17-21
I. ВВЕДЕНИЕ
1.Обоснование выбора
Часы - распространённая и всеми известная вещь. Без часов никак не обойтись, они с нами повсюду. Мы живём в современном мире, где на счету каждая минута. Часы у нас на руке и в кармане, дома и на улице, в школе и в магазинах, на вокзале, в автомобиле, на самолёте, в телефоне и на компьютерах. Одни часы - круглые, другие - квадратные, одни - толстые, другие - тонкие. Есть часы величиной с горошину, а есть - огромные.
2. Актуальность выбранной темы
Часы - это прибор, который измеряет и показывает время. Наш день начинается со звонка будильника. Мы каждый раз заглядываем на часы, чтобы не опоздать на работу, в школу, вовремя лечь спать, не пропустить любимую передачу по телевизору и ещё много чего.
Мы настолько привыкли к существованию часов, что порой их не замечаем. Мне стало интересно, неужели когда - то часов не было? А как тогда жили люди? Как же они определяли время? И я решила об этом узнать.
3. Цель исследования
Подготовительный этап:
Основной этап:
поиск информации по теме в Интернете;
изучение собранной информации;
подготовка выводов проведённого анкетирования.
Реализация:
оформление результатов работы;
определение возможности оформления результатов работы;
презентация проекта.
5. Задачи исследования
выяснить, какие бывают виды часов;
обобщить и систематизировать собранный материал;
Объект исследования:
Методы исследования:
сбор информации о часах;
поиск информации в Интернет;
анкетирование.
6. Гипотеза исследования:
Я предполагаю, что часы изобрели не только для красоты, они приносят большую пользу для людей.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Первые часы
Ещё задолго до изобретения современных часов люди пытались измерять время. Очень долго в монастырях время определялось по количеству прочитанных молитв. Человек мог ориентироваться на растения - цветы раскрываются и закрываются в строго определённое время. Время определяли по пению птиц, по рассветам и закатам.
История часов очень длинная, она насчитывает много столетий. Само слово «часы» вошло в обиход приблизительно в 14 веке.
Первые часы были:
солнечные;
водяные;
огненные;
песочные;
цветочные.
1.1 Солнечные часы
Их стали использовать около 5,5 тысяч лет назад. Принцип «работы» солнечных часов, основан на тени, которая образуется при свете солнца, так как в разное время суток, длина тени и её положение различно. В центре каменного циферблата (кадран), устанавливали небольшой стержень (гномон), часовой стрелкой служила тень от гномона. Солнечная тень указывала на число на круглом диске, и так определялось время.
Считалось, что солнечные часы самые надёжные, ведь они никогда не убегают и не опаздывают. До недавнего времени кочевые племена, и особенно пастухи, пользовались такими часами.
Солнечные часы существовали очень долго, они были очень простые, но не совсем удобные - ими можно пользоваться только в течение светового дня.
1.2. Водяные часы
Они появились приблизительно 3,5 тысячи лет назад. Их называли «клепсидрой», что в переводе означает «воровка воды».
Воду наливали в высокий конусообразный сосуд с отверстием около дна. Вода капала, и уровень воды понижался. По этому уровню можно было определить, который час.
Такие часы показывали время и днём и ночью, и даже в плохую погоду, только нужно было не забывать подливать воду.
В древности в некоторых восточных городах существовали городские водяные часы. На ступеньках каменной лестницы один под другим стояло несколько сосудов. Наполняли водой верхний сосуд и вода, через небольшое отверстие выливалась из него во второй сосуд, из него в третий и т.д. Служитель, наблюдавший за часами, через определённое время оглашал который идёт час.
Не могли, например, обходиться без часов судьи. Чтобы не затягивать судебного заседания, они назначали каждому, кто хотел произнести речь, определённое время. А для этого нужны были часы. Судьи пользовались водяными часами самого простого устройства. Это был сосуд с отверстием на дне, из которого вода выливалась приблизительно в четверть часа. Поэтому, когда хотели сказать, что речь такого - то длилась целый час, говорили: «Его речь продолжалась четыре клепсидры».
С водяными часами связано ещё одно интересное выражение - «Чистое время». Если в период выступления говорящего кто-то прерывал, служитель затыкал отверстие в водяных часах. При продолжении выступления отверстие открывали. Таким образом, каждый выступающий имел равное, чистое время.
Время в водяных часах измерялось количеством воды, вытекавшей капля за каплей из отверстия в сосуде. «Ваше время истекло», - говорят и сегодня докладчику.
1.3. Огненные часы
Более удобными и не требующими постоянного надзора, были огненные часы. Эти часы впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя громкий звон. Звук удара отсчитывал время. Такие палочки или спирали могли гореть месяцами, не требуя обслуживающего персонала.
Для определения времени применяли и горящий жгут, который пропитывали ароматическими веществами через равные промежутки. Время в таких часах устанавливали
по появляющемуся запаху.
Были в ходу и свечи с отметками, по которым можно было узнавать время, пока свеча горела. Когда свеча сгорала до определённой насечки, это означало, что прошёл час. Иногда такими свечами измеряли длину пути. Громадные свечи, метровой длины, медленно тлели в течение длительного времени. Путники говорили, что они прибудут в другой город, когда сгорят три свечи, а чтобы доехать до соседней деревни, достаточно одной свечи.
Свечные часы могут быть легко переделаны в таймер или будильник. Для этого можно использовать тяжелый гвоздь: прилепив его к нужной отметке. Когда воск окружающий гвоздь расплавится, он упадет на тарелку под свечой, создавая звук.
1.4. Песочные часы
Они похожи на водяные часы, но вместо воды их наполняли песком. Песочные часы - это два прозрачных сосуда, соединённых узкой горловиной. Один из них частично заполнен песком. Время, за которое песок через узкое горлышко пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких минут.
Чтобы такие часы «ходили», их надо время от времени переворачивать, чтобы песок из верхней склянки пересыпался в нижнюю, а потом наоборот. Если водяные часы могли показывать время целый день и даже больше, то песочные часы действовали всего несколько минут.
Точность песочных часов зависела от качества песка. Простой песок не годился. Приготовление песка для таких часов в старину считалось делом, требующим особого умения. Рецепты его приготовления хранили в строжайшем секрете. Песок кипятили в лимонном соке, потом сушили, просеивали и снова кипятили. И так девять раз.
Рыцари на турнирах использовали песочные часы. Схватка заканчивалась, когда песок из верхней части пересыпался в нижнюю.
Большое значение песочные часы имели на кораблях: в пасмурную погоду, когда по небесным светилам нельзя было определить время, его узнавали по песочным часам. На российских судах их называли «склянками». Каждые полчаса, при переворачивании «склянки», били в колокол. Отсюда, и пошло выражение - «бить склянки».
Достоинством песочных часов являлась их простота, надёжность, низкая цена и возможность пользоваться в любое время дня и ночи. Все это способствовало их повсеместному распространению.
Недостатком был сравнительно короткий интервал времени, который можно было измерить, не переворачивая эти часы. Обычно они рассчитывались на работу в течение получаса или часа.
Песочные часы служат нам до сих пор. В настоящее время их используют при проведении некоторых врачебных процедур, в фотографии.
В России самые большие песочные часы находились на Красной площади в июле 2008 года. Высота часов составляла одиннадцать метров девяносто сантиметров, весили они 40 тонн!
1.5. Цветочные часы
Однажды люди заметили, что разные растения открывают и закрывают бутоны цветков в определённое время. Так были созданы цветочные часы. Они использовались в Греции и Древнем Риме.
Известный биолог Карл Линней открыл и изучил явление, которому дал название «сон цветов». Он долго наблюдал за тем, как «просыпаются» и «засыпают» цветки. И однажды в его саду появилась необыкновенная клумба. На ней были посажены растения, которые распускались и закрывались в строгой очерёдности и последовательности. «Циферблат» этих своеобразных часов был разбит на ряд секторов, в каждом из которых высаживались определённые виды растений. Такие часы без стрелок и цифр работали безошибочно и без перерыва. Каждый час распахивал лепестки какой-нибудь цветок, другие же в это время оставались закрытыми.
Современному миру понравилась идея цветочных часов, и они начали их делать у себя в городах.
На Поклонной горе в Москве устроили и запустили самый большой в мире цветочно-часовой механизм. В диаметре циферблат достигает 10 метров, а минутная стрелка весит более 30 килограммов.
2. Классификация часов по часовому механизму
Часы различаются и своим часовым механизмом. Они бывают механические и кварцевые.
2.1. Механические часы
Первые механические часы появились в Европе в 13 веке. Прошло много времени с тех пор, как человек придумал часы с механизмом. Внутрь их поставил пружину, закрутил её, а чтобы она не раскручивалась, прикрепил к ней зубчатое колёсико. Оно цепляется за другое колёсико и вертит его. Второе же колёсико вертит стрелки, а стрелки показывают часы и минуты. Это механические часы. У них есть заводная головка. Когда её поворачивают, то слышится внутри часов поскрипывание. Это закручивается пружина.
Первые механические часы в России появились в 15 веке. Знаменитые часы на Спасской башне установили в 1624 году.
2.2. Кварцевые часы
Кварцевые часы - это разновидность электронно-механических часов. Впервые они были выпущены в 1961 году. В них, в качестве колебательной системы, применяется кристалл кварца.
Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ±15 секунд/месяц. Таким образом, выставлять их надо дважды в год. Однако кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают спешить.
2.3. Электронные часы
Первые электронные часы были созданы в 1971 году. В них нет стрелок, а светятся только цифры. Они очень быстро меняются, только успевай их разглядеть.
Электронные часы обязательно должны получать электрическое питание, это может быть как сеть, батарейки или аккумуляторы. Всё зависит от того, какой размер экрана, на который выводятся текущие показатели.
3. Виды часов
3.1. Башенные часы
Самые первые в мире башенные часы были установлены в Лондоне в 1288 году. Это самые известные часы в мире - Биг-Бен. Биг-Бен - это название 13-тонного колокола, который звонит внутри башни, а не название самой башни.
Затраты на содержание башенных часов всегда были огромны - нужно постоянно их смазывать, подводить стрелки, но они «обеспечивали» временем весь город.
Первые башенные часы в России появились в 1585 году. Сегодняшние куранты - четвёртые по счёту, которые устанавливались на Спасской башне. Кремлёвские куранты - один из символов России, которые, отмеряют ход истории страны. До сих пор под бой курантов мы встречаем Новый год и загадываем желания.
3.2. Настенные часы
Настенные часы появились в 15 веке. В основном их делали из дерева. Особенностью этих часов были очень длинные маятники, поэтому приходилось подвешивать часы высоко на стену. Они и сейчас есть у многих, только несколько изменённые и служат как элемент комнатного интерьера.
В 17 веке настенные часы стали делать английские часовые мастера. У этих часов были железные стенки и боковые дверцы из латуни. На круглом циферблате были нанесены римские цифры, и вращалась одна часовая стрелка. Вторая минутная появилась только в 18 веке. Циферблат был украшен цветами и гравировкой.
Настенные часы делают с разнообразными механизмами, чаще всего они бывают механические, кварцевые и электронные. Самыми практичными являются настенные кварцевые часы, так как уход за ними сведён к минимуму: редким заменам батарейки. Механические часы нужно регулярно заводить, и раз в 5 - 7 лет смазывать сложный механизм.
Особым видом настенных часов являются часы с кукушкой. Это небольшой пластиковый или деревянный домик с окошком, из которого периодически появляется кукушка и «отсчитывает» своим «Ку-Ку» промежутки времени. Такие часы создают ощущение пребывания на лесной опушке, сказочной поляне, где раздаётся кукование сказочной птицы. Так как кукушки обитают в лесу, то часы этого вида чаще всего украшают декоративными шишками, веточками деревьев, дубовыми листочками.
3.3. Настольные часы
Первые настольные часы были сделаны в 15 веке по заказу герцога Бургундского. Прошло много лет, мода потихоньку менялась, но настольные часы, как и были ходовым товаром, так и остались. Они востребованы вне зависимости от социального статуса, пола и возраста. Раньше это был предмет роскоши, и могли их иметь только богачи, но сейчас тяжело представить офис или обычную квартиру без часов.
Настольные часы следовали в ногу с эпохами, их дизайн менялся в соответствии с оформлением интерьера.
3.4. Напольные часы
Они появились в 17 веке в Англии и стали непременной принадлежностью британского интерьера.
Их корпус был выполнен в виде высокого шкафчика, вверху находился циферблат, а весь механизм и самое главное маятник были закрыты стенками. В 18-19 веках напольные часы стали изготавливать из дорогих сортов дерева, украшать резными узорами.
У напольных часов можно выделить три основные части корпуса: «колпак» верхняя часть, где размещается механизм и циферблат; «ствол», в котором размещены маятник, гиря и «база» (постамент).
Уже несколько веков напольные часы не утрачивают популярность. Нужно только не забывать их заводить раз в неделю и раз в 5 лет проводить смазку механизма с помощью специалиста компании-изготовителя. Высота самых первых напольных часов была не менее 180 сантиметров. А потом в них стали использовать длинные маятники, для которых требовался более высокий шкаф, и часы «выросли» до трех метров и крепились к стене.
3.5. Карманные часы
Первые в истории карманные часы были изобретены в 1510 году в Германии.
Они были небольшие, и их можно было бы поместить в кармане, но карманов ещё не придумали. Вот и носили такие часы на шнурке или прикрепляли к тросточкам из дорогого дерева.
Карманные часы - предмет гордости и предел мечтаний человека в 16-18 веках. Это была довольно дорогая игрушка, часы использовали как предмет роскоши. Вместо стекла на циферблате был обычный кожаный мешочек, куда и помещались часы, а стрелки постоянно за него цеплялись, и в итоге показывали не то время. Стекло на циферблате появилось лишь в 19 веке, да и карманные часы к этому времени уже перестали быть предметом роскоши.
3.6. Наручные часы
Наручные часы появились совсем недавно - около 100 лет назад в Швейцарии. Они бывают нескольких типов:
Классические - имеют строгий дизайн.
Сложные - имеют дополнительные функции-усложнения.
Спортивные - для эксплуатации в тяжёлых условиях.
Хронографы - часы с секундомером.
Дизайнерские - часы особой работы дизайнера.
Ювелирные - предмет роскоши, один из видов дизайнерских часов.
Женские, созданные специально для женщин., в которых красота важнее, чем функциональность и надёжность.
Сделан простейший будильник для водителя. Он крепится за ухом. Пока водитель сидит прямо и зорко следит за дорогой, будильник ведёт себя спокойно, но как только водитель начинает «клевать носом», в ухе раздаётся трель.
Есть будильник и для отчаянных лежебок. В назначенное время он нагнетает воздух в положенную под матрац камеру, которая раздувается и сбрасывает любителя поспать с постели.
III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
На первом этапе своих исследований я провела анкетирование среди учащихся. В нём приняли участие 36 человек. Были заданы такие вопросы:
(Приложение 1).
Анкета
1.Какие виды часов тебе известны?
а) - наручные часы
б) - настенные часы
в) - напольные часы
г) - настольные часы
д) - карманные часы
2.Какие из указанных ниже часов есть у тебя дома?
а) - водяные часы
б) - песочные часы
в) - солнечные часы
г) - огненные часы
д) - механические часы
е) - электронные часы
3. Носишь ли ты наручные часы?
а) – да
б) - нет
4. Каким образом чаще всего ты узнаешь, который час?
Выбери один вариант ответа.
а) - спрошу у взрослых
б) - посмотрю на телефоне или на часах
Как показали результаты ответов на первый вопрос, наиболее известными видами являются наручные, настольные и настенные часы. Многие школьники знают о существовании карманных часов. В последнюю очередь упоминаются напольные часы. (Приложение №2)
Результаты ответов на второй вопрос показывают, что наиболее популярными являются электронные часы. Второе место у механических часов. Песочные часы есть у многих, а водяных, солнечных и огненных нет. (Приложение №3).
Ответы на третий вопрос говорят о том, многие школьники не носят наручные часы. (Приложение №4)
А ответы на четвёртый вопрос показали, что большинство опрошенных школьников могут самостоятельно определять время, не прибегая к помощи взрослых. Больше половины учащихся определяют время, пользуясь телефоном. (Приложение №5)
Все эти результаты показывают интерес школьников к часам.
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работая над темой, я узнала, что история часов насчитывает много столетий. В древности существовало много способов измерения времени. Сначала человек учился определять время по природным часам - растениям, солнцу. Появились огненные, песочные часы. С развитием цивилизации появились наши современные часы.
Выяснила значение и пользу часов для человека. Они представляют собой незаменимое устройство, которое, присутствует в каждом доме. У меня дома есть настенные, наручные, карманные и электронные часы.
Трудно представить, что когда-то их не было у людей. Знание времени просто необходимо человечеству, так как наша жизнь зависит от них. Я считаю, что часы изобрели не только для красоты, они приносят большую пользу для людей.
V. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ
История. Часы https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/ipg
Кремлевские http://ru.wikipedia.org/wiki/Кремлёвские_часы
Часы Биг Бен http://www.mandalay.ru/big-ben.html
Цветочные часы http://www.magput.ru/pics/large/91327.jpg
Будильники http://www.wendox.ru/upload/iblock
Водяные часы http://nenuda.ru/nuda/14/13571/13571htmlm48bc8db3.jpg
Карманные часы http://static6.depositphotos.com/1018611/555i950depositphotos
Напольные часы http://www.womanparadise.ru/wp-content/uploads
Настенные часы http://www.timepiecesdirect.co.uk/ekmps/shops/
Часы с кукушкой http://www.portaorologi.it/images/large/Rh2110LRG.jpg
Настольные часы http://www.svstime.ru/image/data/product/472005/81109b.jpg
Огненные часы http://www.td-timer.ru/images/hist_time_006.jpg
Песочные часы http://static8.depositphotos.com/1472772/979/i/950/depositphotos
Солнечные часы http://cdn.lolwot.com/wp-content/uploads/thingsyou-should
VI. ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Анкета
1.Какие виды часов тебе известны?
а) - наручные часы
б) - настенные часы
в) - напольные часы
г) - настольные часы
д) - карманные часы
2.Какие из указанных ниже часов есть у тебя дома?
а) - водяные часы
б) - песочные часы
в) - солнечные часы
г) - огненные часы
д) - механические часы
е) - электронные часы
3. Носишь ли ты наручные часы?
а) – да
б) - нет
4. Каким образом чаще всего ты узнаешь, который час?
Выбери один вариант ответа.
а) - спрошу у взрослых
б) - посмотрю на телефоне или на часах
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
infourok.ru
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ имени первого президента России Б.Н.Ельцина»
Институт образовательных информационных технологий
Факультет дистанционного образования
Кафедра ________________________________
Реферат
По______________________________________________
на тему :_______________________________________________________
Преподаватель___________________________
Студент гр.№_______ ____________________
Номер зачетной книжки_________
Екатеринбург
2008
Оглавление
Введение 3
Изобретение часов __ 4
Солнечные часы_________________________________________________5
Водяные часы__________________________________________________8
Огневые часы__________________________________________________12
Песочные часы_________________________________________________13
Механические часы_____________________________________________15
Заключение ___________________________________________________23
Список использованных источников и литературы 24
Введение
История науки и техники — это самостоятельная, институционально оформленная отрасль исторической науки, дисциплинарное становление которой происходит и в настоящее время. Она носит междисциплинарный характер, является комплексной наукой, одновременно гуманитарной, естественной и технической; это динамично изменяющаяся наука, постоянно пополняющаяся новыми знаниями, концепциями и фактами; является своеобразным отражением междисциплинарного взаимодействия и общения специалистов разных отраслей знаний. История науки и техники вызывает огромный интерес, т.к. предметом изучения является развитие технического прогресса с древнейших времен до наших дней. Мы можем проследить закономерности совершенствования орудий труда, технологических процессов тех или иных народов, населяющих нашу планету. Также знакомимся с биографиями известных деятелей науки.
В настоящем реферате мы попытаемся показать развитие человеческой мысли через историю великого изобретения — часов. Пытливый человеческий разум изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения
Изобретение часов
Путь, пройденный человечеством с глубокой древности до наших дней, можно представить различным образом — можно описать его как вереницу великих событий, как серию биографий великих людей, можно отразить этот путь через историю философии, литературы или искусства, через историю войн и еще многими другими способами.
По крайней мере 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы. Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных.
Солнечные часы
Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III — первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток — запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей — восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.
На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени.
Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении «Архитектура» не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы — так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху, жившему в 320 — 250 гг. до н.э., который изготовил также солнечные часы с полукруглыми шкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.
Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года. При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов.
Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века.
Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15o. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца.
Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик Региомонтан.
Экваториальные солнечные часы с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время, а не местное солнечное время, как у обычных экваториальных часов.
Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы — один из вариантов дорожных солнечных часов, — которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески. Главной частью таких часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча.
На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале.
Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга.
Водяные часы
Около 1500 года до н.э. египетский придворный Аменемхет, судя по надписи на его могиле, изобрел водяные часы. Время позволяло определить падение уровня воды в сосуде. Такие часы были особенно полезны жрецам, которым нужно было знать ночное время, чтобы вовремя отправлять религиозные ритуалы и жертвоприношения в храме.
Самые древние из дошедших до нас водяных часов относятся ко времени правления Аменхотепа III (начало XIV в. до н.э.), они были найдены в 1905 г. на развалинах храма Амона — Ра в Карнаке.
Внешний вид египетских часов из Карнаки. Прибор каждый вечер заполнялся водой, чтобы определить ночное время. Вода постепенно вытекала через тростниковую втулку на дне. Ход времени определялся опусканием воды за отметки «часа». Так ночь делили на 12 частей независимо от времени года, «время» на часах варьировалось по длине в течение года. Таким образом, 12 линий «часовых» отметок слегка различаются по высоте.
Простая форма первых водяных часов постепенно обогащалась новыми элементами. То, что эти часы не зависели от света Солнца, сделало из водяных часов прибор, пригодный для непрерывного измерения времени и днем, и ночью. Отсюда вытекали и различные стремления к изобретению остроумных гидравлико-пневматических механизмов для звуковой сигнализации о времени, для освещения часов ночью и т. д.
Водяные часы стали обычным средством определения времени в древнем мире, после того как появились в VI в. до н.э. в Китае. В Афинах, где были найдены остатки «городских часов», построенных в 350 г. до н.э., они были установлены для общего пользования. Ход часов контролировался поплавком, который опускался, когда вода через проточное отверстие в дне просачивалась наружу. Поплавок, по-видимому, соединялся с валом, который, опускаясь, передвигал стрелку. Степень износа ступенек, ведущих в колодец, позволяет предположить, что резервуар для воды должен был наполняться каждый день.
В греческом мире также занимались разработкой водяных часов. Такие часы были изготовлены александрийским изобретателем Ктесибием около 270 г. до н.э. В часах, приводимых водяным колесом, Ктесибий осуществил идею передачи сил и движения зубчатым механизмом. Зубчатая передача соединяла ведущий механизм со шкалой времени, расположенной на цилиндрической поверхности поворотной колонны и разделенной вертикальными прямыми на четыре основных поля. Система из 24 наклонных линий образовывала часовую шкалу для измерения планетных часов. Колонна со шкалой, приводимая водяным колесом, вращаясь вокруг своей оси, совершала один оборот в год. Поэтому и камеры водяного колеса в нижней части часов заполнялись водой медленно, причем вода подавалась в небольшом количестве по особому трубопроводу. Статуэтка со стрелкой двигалась с помощью специального поплавкового механизма, управляемого другой статуэткой, находящейся на другой стороне часов. Слезы — водяные капли, — капающие из глаз статуэтки, накапливались в сборники-подставки, откуда через трубопровод текли в поплавковую камеру стрелочного механизма. Кроме того, эти часы имели еще специальное устройство, которое через определенные интервалы выбрасывало на чашку мелкие камешки (это было звуковой сигнализацией ночных часов). Вторые часы Ктесибия усовершенствованы. Они отличаются от первых тем, что их стрелка в верхней части с циферблатом управлялась поплавком, подвешенным на цепи, навернутой вокруг вала стрелочного указателя. Лунный календарь с зодиаком в нижней части часов тоже приводился в движение водяным колесом, камеры которого были закреплены непосредственно на задней стороне зодиаковой плиты.
В Афинской «Башне ветров», построенной астрономом Андроником примерно в начале I в. до н.э., на вершине находились солнечные часы, сложные водяные часы были внутри и показывали время на циферблате, а вращающийся диск, показывал движение звезд и солнца через созвездия в течение года.
Наблюдение за временем уже строго контролировалось. Более важную роль водяные часы играли в греческих и римских судах, где их использовали, чтобы выступающие укладывались в отведенное им время. Если судебное разбирательство ненадолго прерывалось, например, для изучения документов, то трубку стока перекрывали воском до тех пор, пока выступление не возобновлялось. В спортивных состязаниях часы использовали для определения время на соревнованиях по бегу в Римских играх.
Великолепные водяные часы были позднее сделаны в исламском мире. Особенно искусный образец был доставлен из Багдада первому императору священной Римской империи Карлу Великому (742 — 814 гг.) эмиссарами халифа Гарун аль — Рашида. Пара массивных водяных часов из двух сосудов, которые постепенно наполнялись, когда прибывала луна, а затем опорожнялись, когда она убывала, были сконструированы в XI в арабскими инженерами. Они были настолько искусно сделаны, что служили более 100 лет, не требуя регулировки.
Очень старую традицию водяные часы имели в Китае. Верхом совершенства несомненно был проект больших пагодных астрономический водяных часов, разработанный в 1090 году и осуществленный Су-Сунгом.
Эти часы имели сигнальное устройство времени, похожее на то, которое имелось у водяных часов Ктесибия. Астрономическая часть его часов имела форму армилярной сферы и небесного глобуса. Особенностью этих часов является большое водяное колесо с замкнутым кругооборотом воды, приводящее в движение часы в целом и являющееся некоторой аналогией механического спуска, появившегося позднее в Европе у первых механических часов.
Таким образом, подобно солнечным часам, и эта группа простейших часов прошла долгий путь развития, сопровождавшийся возникновением интересных принципов действия и конструктивных элементов. Некоторые из них, например циферблат с перемещающейся по нему стрелкой, груз в качестве движущей силы, зубчатые передачи, ролики, цепные подвески, механизм боя и марионетки, разыгрывавшие различные сцены нашли применение в последующей эре хронометрии — эре механических часов.
Но, прежде чем рассматривать механические часы, на мой взгляд, было бы целесообразно коротко остановиться еще на двух разновидностях часов — огневых и песочных, что бы создать более полную картину развития часового дела.
Огневые часы
Первые огневые — свечные часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище. Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. Отсюда и происходит обычай измерять длину ночи количеством сгоревших за ночь свечей. К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве светильного материала. На основе установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Объем колбы подбирали так, чтобы ее содержимого хватило для непрерывного свечения между 6 часами вечера и 8 часами утра. Толщиной и длиной горящего фитиля регулировали величину пламени и расход масла так, чтобы понижение уровня масла в колбе соответствовало имевшимся обозначениям времени. Позднее выявилось, что первоначальные цилиндрические или слегка выпуклые стеклянные сосудики под масло были источником некоторой погрешности в измерении времени. Дело в том, что при более высоком уровне масла его давление вызывало более быстрое выгорание, чем в поздние ночные часы. Поэтому лампадные часы более позднего происхождения имели стеклянную колбу в виде расширенной кверху груши, чтобы таким образом хотя бы частично выровнять скорость сгорания масла. В XVIII и XIX веках появились и другие типы лампадных часов с несколько более сложным принципом действия.
Песочные часы
Дата возникновения песочных часов неизвестна. Однако по сохранившимся данным можно полагать, что принцип песочных часов был известен в Азии значительно раньше начала нашего летоисчисления. Обычно песочные часы рассчитывались на работу в течение получаса или часа. Реже встречались песочные часы, рассчитанные на непрерывное измерение времени в течение 3 часов, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы, рассчитанные на 12 часов хода.
Производство стеклянных колб для песочных часов было возможно благодаря известной уже производственной технологии прозрачного стекла и его формирования в полые сферические колбы. В суженное горлышко в месте стыка обеих колб после заполнения песком вкладывалась небольшая горизонтальная металлическая диафрагма с отверстием, регулирующая количество и скорость пересыпания зернышек песка. Место стыка перевязывалось плотной ниткой и закреплялось смолой. Точность песочных часов зависела от технологии изготовления самого песка. Колбы заполняли отожженным тонкозернистым песком, просеянным многократно через тонкие сита и тщательно высушенным. Обработанный таким образом песок имел красноватую окраску; светлые беловатые пески происходили из жареных тонкомолотых яичных скорлуп; сероватый песок изготовлялся из цинковой и свинцовой пыли.
Точность песочных часов зависела также от формы колб, от гладкости их внутренних стенок, от равномерности прохождения песка через регулирующую диафрагму в горлышке, но прежде всего — от равномерной зернистости и сыпучести данного песка. В этом отношении самые лучшие результаты давали колбы, заполненные свинцовым песком, зернистость которого бывала более равномерной. Свинцовый песок отличался также тем, что при долгом использовании он меньше, чем другие виды песка, нарушал гладкость внутренних стенок стеклянной колбы.
Песочные часы никогда не достигали точности солнечных часов. Кроме того, при длительном пользовании такими часами, их точность изменялась, поскольку зерна песка постепенно дробились на более тонкие, а отверстие в середине диафрагмы постепенно истиралось и увеличивалось, так что скорость прохождения песка через них становилась большей.
Шло время, научная мысль стремительно развивалась. Перед людьми вставали новые, все более сложные задачи. Водяные часы были непосредственными предшественниками механических часов, подготовившими их изобретение.
Механические часы
Первые упоминания о башенных колесных часах в Европе приходятся на границу XIII и XIV веков. Могли ли такие часы появиться раньше? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, из каких основных компонентов состоит часовой механизм. Таких главных узлов можно выделить шесть:
· двигатель;
· передаточный механизм из зубчатых колес;
· регулятор, создающий равномерное движение;
· распределитель, или спуск;
· стрелочный механизм;
· механизм перевода стрелок и завода часов.
Первые часовые механизмы приводились в движение энергией опускающегося груза. Приводной механизм состоял из гладкого деревянного вала и намотанного на него пенькового каната с каменной, а позднее металлической гирей на конце. Благодаря силе тяжести гири, канат начинал разматываться и вращал вал. На вал было насажено большое или главное зубчатое колесо, находившееся в сцеплении с зубчатыми колесами передаточного механизма. Таким образом, вращение от вала передавалось механизму часов.
Однако, чтобы часы могли служить для измерения времени, стрелка должна совершать свои обороты с одной и той же периодичностью. Между тем груз движется под действием сил притяжения с ускорением. Если бы гиря опускалась свободно, то вал вращался бы ускоренно, соответственно стрелка делала бы каждый следующий оборот за более короткое время, чем предыдущий. Столкнувшись с этой проблемой, средневековые механики сообразили, что ход часов не может зависеть только от движения груза. Механизм необходимо было дополнить еще одним устройством. Это устройство должно было обладать собственным, независимым «чувством времени» и в соответствии с этим управлять движением всего механизма. Так родилась идея регулятора.
В первых механических часах регулятором служило коромысло (билянец ). Коромысло с древних времен применялось в таком широко распространенном устройстве, как весы. Если на каждое плечо таких коромысловых весов поместить равные грузы, а потом вывести весы из состояния равновесия, коромысло будет совершать достаточно равные колебания наподобие маятника. Но любой регулятор, если постоянно не поддерживать его колебания, рано или поздно остановится. Для того чтобы часы работали, необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса постоянно поступало к маятнику. Эту задачу в часах выполняет устройство, которое называется распределителем, или спуском. Спуск всегда был и остается самым сложным узлом в механических часах. Через него осуществляется связь между регулятором и передаточным механизмом. С одной стороны, спуск передает толчки от двигателя к регулятору, необходимые для поддержания колебаний последнего, а с другой стороны, подчиняет движение передаточного механизма (а, следовательно, и действие двигателя) закономерности движения регулятора. Правильный ход часов зависит главным образом от спуска. Именно над его конструкцией больше всего ломали голову изобретатели. Самый первый спуск представлял собой шпиндель.
В первых часах не было специального механизма завода. Вследствие этого подготовка часов к работе требовала очень больших усилий. Мало того, что по несколько раз в день приходилось поднимать на значительную высоту очень тяжелую гирю, надо было еще и преодолевать огромное сопротивление всех зубчатых колес передаточного механизма. Поэтому уже во второй половине XIV века главное колесо стали крепить таким образом, что при обратном вращении вала (против часовой стрелки) оно оставалось неподвижным.
Таким образом, из шести описанных мною главных узлов часового механизма большая часть по отдельности уже использовалась в античности. Новыми были только два изобретения: идея подвешивать груз в качестве двигателя для часов и идея использовать шпиндель в качестве спуска. Любопытно, что обе эти технические находки средневековая легенда приписывает одному человеку — ученому монаху Герберту, который позже сделался римским папой под именем Сильвестра II.
Но как бы то ни было, эра механических часов в Европе началась только в конце XIII века. В 1288 году башенные часы были установлены в Вестминстерском аббатстве в Англии. В 1292 году часами обзавелся храм в Кентербери. В 1300 году встречается сообщение о том, что башенные часы сооружены во Флоренции (упоминание об этих часах сохранилось в «Божественной комедии» Данте). В 1314 году часы были уже во французских Каннах.
Ни один из этих ранних механизмов не сохранился до наших дней, имена их создателей тоже неизвестны. Однако мы можем достаточно точно представить себе их устройство. Самый простой часовой механизм может включать в себя всего три зубчатых колеса. Очевидно, что все упомянутые ранее часы представляли собой пример простого трехколесного механизма с однострелочным циферблатом.
Такой была концепция ранних механических часов. Но уже очень скоро устройство их заметно усложнилось. Прежде всего, увеличилось число колес передаточного механизма. Вызвано это было тем, что при значительной разнице в числе зубьев между ведущим и ведомым колесами получались очень большие передаточные отношения, механизм испытывал сильную нагрузку и быстро изнашивался. Груз в таких часах опускался очень быстро и его приходилось поднимать по пять, шесть раз в сутки. К тому же для создания больших передаточных отношений требовались колеса слишком большого диаметра, что увеличивало габариты часов. Поэтому стали вводить промежуточные дополнительные колеса, в задачу которых входило плавно увеличивать передаточные отношения.
Ход часов зависел от силы трения, поэтому они нуждались в постоянной смазке. Погрешность их суточного хода по современным меркам была очень велика. Но, несмотря на это, они долгое время оставались самым точным и распространенным прибором для измерения времени. С каждым десятилетием механизм часов усложнялся. С часами стали связывать множество других приспособлений, выполнявших самые различные функции. В конце концов, башенные часы превратились в сложное устройство со многими стрелками, автоматическими подвижными фигурами, разнообразной системой боя и великолепными украшениями.
Ко второй половине XV века относятся самые первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина, которая представляла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний — соединялся с валом барабана. Стремясь развернуться, пружина приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо, которое в свою очередь передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Конструируя такие часы, мастера должны были разрешить несколько сложных технических задач. Главная из них касалась работы самого двигателя. Ведь для правильного хода часов пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для этого необходимо заставить ее разворачиваться медленно и равномерно.
Толчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позволявшего пружине развернуться сразу. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться только так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним — колеса часового механизма.
Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрениям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них отпала необходимость. Сейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.
Самые значительные усовершенствования в механизм часов были внесены во второй половине XVII века знаменитым голландским физиком Гюйгенсом, создавшим новые регуляторы как для пружинных, так и для гиревых часов. Использовавшееся до этого в течение нескольких веков коромысло имело много недостатков. Его даже трудно назвать регулятором в буквальном смысле этого слова. Весь регулятор должен быть способен к самостоятельным колебаниям с собственной частотой. Коромысло же было, вообще говоря, только маховиком. Множество посторонних факторов влияло на его работу, что отражалось на точности хода часов. Механизм стал гораздо совершеннее, когда в качестве регулятора начали использовать маятник.
Впервые мысль применить маятник в простейших приборах для измерения времени пришла великому итальянскому ученому Галилео Галилею. Сохранилось предание, что в 1583 году девятнадцатилетний Галилей, находясь в Пизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. Он заметил, отсчитывая удары пульса, что время одного колебания люстры остается постоянным, хотя размах делается все меньше и меньше. Позже, приступив к серьезному изучению маятников, Галилей установил, что при малом размахе (амплитуде) раскачивания (всего несколько градусов) период колебания маятника зависит только от его длины и имеет постоянную длительность. Такие колебания стали называть изохронными. Очень важно, что при изохронных колебаниях период колебания маятника не зависит от его массы. Благодаря этому свойству маятник оказался очень удобным прибором для измерения небольших отрезков времени. На его основе Галилей разработал несколько простых счетчиков, которые использовал при проведении своих экспериментов. Но из-за постепенного затухания колебаний маятник не мог служить для измерения длительных промежутков времени.
Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. В конце жизни Галилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло. Первые маятниковые часы были созданы уже после смерти великого ученого его сыном. Однако устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого влияния на развитие техники. Независимо от Галилея в 1657 году механические часы с маятником собрал Гюйгенса.
Маятниковый регулятор Гюйгенса произвел подлинный переворот в технике часового дела. Позже Гюйгенс немало потрудился над усовершенствованием карманных пружинных часов. Главная проблема, которая стояла в то время перед часовщиками, заключалась в создании собственного регулятора для карманных часов. Если и в стационарных башенных часах коромысло считалось недостаточно подходящим, то что можно было сказать про карманные часы, которые постоянно находились в движении, покачивались, тряслись и меняли свое положение? Все эти колебания оказывали воздействие на ход часов. В XVI веке часовщики стали заменять двуплечный билянец в виде коромысла круглым колесиком-маховиком. Это улучшило работу часов, но она оставалась неудовлетворительной. Важное усовершенствование регулятора произошло в 1674 году, когда Гюйгенс присоединил к колесику-маховику спиральную пружину — волосок. Теперь при отклонении колесика от нейтрального положения волосок воздействовал на него и старался возвратить на место. Однако массивное колесико проскакивало через точку равновесия и раскручивалось в другую сторону до тех пор, пока волосок снова не возвращал его назад. Таким образом был создан первый балансовый регулятор или балансир со свойствами, подобными свойствам маятника. Выведенное из состояния равновесия, колесико балансира начинало совершать колебательные движения вокруг своей оси. Балансир имел постоянный период колебания, но в отличие от маятника мог работать в любом положении, что очень важно для карманных и ручных часов. Усовершенствование Гейгенса произвело среди пружинных часов такой же переворот, как введение маятника в стационарные настенные часы.
Целых три столетия механические часы оставались самым сложным техническим устройством. Поэтому с полной уверенностью можно сказать, что XIV-XVII века в истории техники прошли под знаком часов.
Заключение
Создание часов имело огромное значение для истории техники. Дело даже не столько в том, что люди получили в свое распоряжение удобный прибор для измерения времени. Влияние этого изобретения было несравненно шире. Часы стали первым автоматом, созданным для практических целей и получившим повсеместное распространение. Не было другой такой области техники, где было бы приложено столько изобретательности, знания и остроумия, как при создании и усовершенствовании часового механизма. По сравнению с примитивными прежними устройствами часы стали как бы большим качественным шагом вперед. Создание их требовало сложных расчетов и кропотливого труда, особых инструментов и новых материалов, они давали прекрасную возможность для соединения науки и практики. Многие конструкторские идеи, получившие потом распространение в других отраслях техники, были поначалу опробованы в часах, а для многих механизмов, созданных в последующие времена, часы послужили образцом. Они явились как бы опытной моделью всего механического искусства вообще. Трудно назвать еще какое — либо устройство, давшее столь богатое поле для работы человеческой мысли.
Список литературы:
1. Джеймс П., Торп Н. Древние изобретения. ООО «Попурри», 1997
2. Лурье И. Очерки по истории техники Древнего Востока. М., 1940
3. Михаль С. Часы. М. Знание, 1983
4. Рыжов К.В. 100 великих изобретений. М. Вече, 1999
5. Большая иллюстрированная энциклопедия древностей. Прага, Артия, 1980
6. Internet
7. Большой Энциклопедический словарь
www.ronl.ru
Первые примитивные понятия для измерения времени (сутки, утро, день, полдень, вечер, ночь) древним людям подсознательно подсказала регулярная смена времени года, смена дня и ночи, перемещение Солнца и Луны по небесному своду. Время шло. Способы измерения времени постепенно совершенствовались. Длительный период люди обходились календарным измерением времени, подсчитывая количество истекших или предстоящих суток. Примитивными приспособлениями для отсчета времени были ремешок с узелками и дощечка с зарубками. Ежесуточно делая зарубку, человек мог подсчитать количество прошедших дней; развязывая каждый день по узелку, можно было определить число оставшихся суток до какого либо ожидаемого события.
С древних времен смена дня и ночи(сутки) служили единицей измерения относительно небольших интервалов времени. Положение Солнца на небе использовалось в качестве той часовой стрелки, по которой люди определяли время в дневную часть суток. Именно движение солнца легло в основу солнечных часов, которые появились примерно 5,5 тысяч лет назад. Принцип действия солнечных часов основан на движении тени, отбрасываемой неподвижным ориентиром в течение дня.
Солнечные часы состоят из указателя, отбрасывающего тень и играющего роль стрелки, а так же циферблата с нанесенными на него делениями, обозначающими часы суток. Перемещение стрелки-тени, отражающей суточное вращение Земли, позволяет определять время.
Солнечные часы - «Гномон»
Солнечные часы - простейший прибор для отсчета времени, их принято называть древним греческим именем — Гномон.
По таким часам можно было определить время с точностью до часа. Конечно, пользоваться такими часами можно было только в светлое время суток. Первые гномоны были сложными архитектурными сооружениями в виде высоких обелисков, охваченных полукружием каменных столбов которые и являлись ориентиром для определения времени. Затем солнечные часы стали более совершенны, уменьшились в размерах, получили штриховую шкалу. Были известны даже карманные солнечные часы. Многие из первых часов прослужили долго и верно человеку, но появлялись новые, более удобные модели. Основным недостатком солнечных часов была абсолютная бесполезность в пасмурный день или в ночное время. Попытки измерения ночного времени привели к созданию огненных часов.
Огненные часы
Огненные (огневые) часы измеряли время по количеству масла сгоревшего в лампе, или воска в свече. Распространенность огненных часов была столь велика, что единицей измерения времени стала свеча. На вопрос: - «Который час?» следовал ответ: - «Две свечи»; что соответствовало примерно трем часам ночи, поскольку вся ночь делилась на три свечи. Такие часы были дешевы и удобны, но неточны. Именно в эти годы был впервые изобретен будильник. Естественно он был огненным. Недостатком таких часов была нерентабельность их применения в дневное время суток, а кроме того, точность их показаний была низка из-за различной скорости выгорания масла и воска у разных ламп и свечей.
Водяные часы - «Клепсидра»
На смену солнечным и огненным часам 2500 лет назад пришли водяные часы. Они были более точны и совершенны. Эти часы надежно работали и днем и ночью. Устройство их было простым: сосуд с отверстием в днище и делением на стенках, по которым можно следить за падением уровня воды. Сосуд изготавливался, как правило, из металла, глины или стекла, наполнялся водой, которая медленно, по капле, вытекала, понижая уровень воды, а деления на сосуде определяли который час.
Водяные часы быстро стали популярны. Их использовали как в домашнем быту, так и в войсках, правительственных учреждениях, школах. Они были на ипподромах, стадионах и судебных учреждениях.
Водяные часы называли «Клепсидрой», что по-гречески означает «Похитительница.» Именно клепсидре мы обязаны появлению выражения - «Течение времени».
В богатейшем торговом городе Египта — Александрии клепсидра получила наибольшее развитие. Именно в Александрии были открыты первые в мире часовые мастерские которые производили разнообразные клепсидры. Производством клепсидр занимались ремесленники, которых звали мастерами автоматических водяных часов. Большинство клепсидр являлись сложным автоматическим устройством, оснащенные сигнальными механизмами и разнообразными движущимися фигурами, которые производили различные движения в определенный час. С этого момента к водяным часам интерес усилился так как часы стали нести развлекательную функцию. Восточная Римская империя (Византия) развивала технические и культурные традиции античности, а автоматические водяные часы служили украшением многих помещений императорского дворца в Константинополе.
Песочные часы
Песочные часы состоят из двух сообщающихся сосудов закрепленных в деревянной оправе. Работа песочных часов основана на пересыпании точно откалиброванного речного песка из одного сосуда в другой через узкое отверстие, в одну песчинку в одинаковые промежутки времени, принцип работы идентичен водяным часам но из сосуда в сосуд бежит не вода а песок.
Половинки стеклянного сосуда имели форму чаши и предназначались для измерения незначительных промежутков времени. Подобные часы могли отмерять различные промежутки времени от 15 минут до нескольких часов, что зависит он емкости сосудов и размера отверстия между ними. Недостаток этих часов заключается в необходимости переворачивать песочные часы после пересыпания песка из верхнего сосуда в нижний.
Башенные часы
Механические часы, по своему устройству напоминающие современные, появились в 14 веке.
Это были огромные тяжеловесные механизмы башенных часов, которые приводила в действие гиря, подвешенная на канате к ведущему валу механизма. Регулятором хода этих часов был так называемый шпиндель, представляющий собой коромысло с тяжелыми грузами, установленное на вертикальной оси и приводимое попеременно то в правое, то в левое вращение. Инерция грузов оказывала тормозящее воздействие на часовой механизм, замедляя вращение его колес. Точность хода подобных часов со шпиндельным регулятором была низка, а суточная погрешность превышала 60 минут.
Для дальнейшего усовершенствования часов огромное значение имело открытие законов колебания маятника, сделанное Галилеем, которому пришла в голову идея создания механических маятниковых часов. Реальная конструкция таких часов появилась в 1658 году благодаря талантливому голландскому изобретателю и ученому Христиану Гюйгенсу (1629-1695гг). Он же изобрел балансовый регулятор, позволивший создать карманные и наручные часы. Причем, принципиальная конструктивная схема которых почти без изменений сохранилась в современных часах.
Первые карманные часы появились в 1500 году после изобретения заводной пружины известным часовым мастером Нюренберга Петером Генлейной, но эти первые карманные часы имели шпиндельный регулятор и обладали низкой точностью. Только после изобретения баланса, карманные часы из модной, дорогой и бесполезной игрушки превратились в точный и функциональный предмет.
Семнадцатый век был веком стремительного развития часового искусства. С момента изобретения спиральной пружины-балансира крутильный маятник в носимых часах полностью заменил обычный. После внедрения горизонтального анкерного спуска, точность хода носимых часов значительно повысилась, что привело к необходимости добавить в механизм минутную, а позже и секундную стрелки.
С момента появления, карманные часы стали предметом роскоши, а их оформление изощренным. Корпуса изготавливали в виде животных и различных геометрических фигур, а для украшения циферблата стали применять эмаль. Именно в то время циферблат карманных часов был накрыт стеклом впервые.
С развитием науки часовой механизм усложнялся, а точность хода повышалась. Таким образом, в начале восемнадцатого века для балансира и шестеренок впервые были использованы рубиновые и сапфировые опоры, что позволило повысить точность и запас хода и уменьшить трение. Постепенно карманные часы дополнялись все более сложными устройствами и некоторые образцы имели вечный календарь, автоподзавод, независимый секундомер, термометр, индикатор запаса хода, минутный репетир, а работу механизма давала возможность увидеть задняя крышка, выполненная из горного хрусталя.
Величайшим достижением в часовой промышленности и теперь считается изобретение А.Бреге турбийона. Вращая с помощью него колебательную систему часов, удается компенсировать влияние гравитации на точность хода. Создание качественных часов превратилось в целое искусство.
Часы продолжают удивлять и радовать своих хозяев уникальными качествами и функциями, а так же оригинальным дизайном. Любой человек сегодня может не только узнать время с точностью до секунды, но и украсить свой гардероб великолепным экземпляром известных часовых фирм.
Часы сегодня, это не только прибор, необходимый для определения времени суток, но и признак престижа и достоинства, стиля, имеющий символическое значение. Часы давно перестали выполнять свою основную функцию, указывая время — они отстаивают право на эстетическую привлекательность и личное уважение.
p.s. Но это всего лишь малая доля из истории развития и истории изобретений приборов времени. Читайте далее.
inhoras.com
Реферат на тему:
Куранты Московского кремля
Часы́ — прибор для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов, в единицах, меньших чем одни сутки.
Настенные солнечные часы в Соловецком монастыре
Эти часы основаны на том, что солнце отбрасывает тень от предметов, и его путь по небу одинаков в одинаковые дни разных лет. Используя расчерченный круг и поправки на широту местности можно оценить, который сейчас час.
Старинные китайские водяные часы.
Водяные часы или клепсидра. Основа механизма как у песочных часов[1].
Эти часы основаны на том, что точно откалиброванный речной песок проходит через узкое отверстие, в 1 песчинку, в одинаковые промежутки времени. При этом люди быстро догадались использовать 2 полости, соединённые узким перешейком с отверстием для пересыпания песка. Половинки стеклянного сосуда имели форму чаши и предназначались для измерения небольших промежутков времени, но имели недостаток: после пересыпания песка из верхней полости в нижнюю их приходилось переворачивать.
На флоте песочные часы назывались склянками.
Огненные часы впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон.
Впоследствии разновидность огненных часов появилась и в Европе. Здесь использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.
Механический настольный будильник.
У всяких механических часов нужно различать четыре существенных части:
Измерителем времени в тесном смысле слова служит регулятор. Зубчатые колёса, скреплённые с ними стрелки циферблата — счётчики отмеренных регулятором единиц времени. Признавая суточное вращение земли вокруг её оси строго равномерным, мы в нём имеем единственный масштаб для сравнения промежутков или единиц времени. Обыкновенно за единицу времени принимается секунда, 1/86400 часть суток. О различном счёте времени, о звёздных, средних, истинных сутках — см. Время.
Регуляторы часовых механизмов устраиваются так, чтобы отмеряемые ими промежутки времени равнялись или целой секунде, или половине, четверти или одной пятой секунды. Если регулятор начнёт почему-либо отмеривать меньшие промежутки времени, счётчик укажет большее их число в данном периоде времени. Часы, как говорят, уходят вперёд; обратно — при отставании. Условившись о начальном моменте суток, иначе говоря, о моменте, когда счётчик часов должен показывать нуль протёкших единиц времени, приходим к понятию о поправке часов. Она положительна, если часы отстали, отрицательна — если ушли вперёд. Изменение поправки часов за определённый промежуток времени называется ходом часов (например, суточный, недельный, часовой ход). Ход положителен, если часы отстают, отрицателен, если часы уходят вперёд. Ход выражает собой именно уклонение отмеряемых регулятором промежутков времени от принятой единицы. Поправка часов есть величина условная и, кроме того, в любой момент простым передвижением минутной стрелки счётчика поправка часов может быть сделана меньше одной минуты.
Достоинство же часов заключается в малости, а главное — в постоянстве хода. Ход хороших астрономических часов и хронометров должен по возможности не зависеть от изменений температуры, давления, влажности воздуха, случайных толчков, стирания осей механизма, сгущения смазывающего масла, молекулярных изменений в различных частях механизма и т. д. Астрономические часы делятся на два главных типа:
Часовые механизмы первого типа называются в астрономии «часами» в тесном смысле слова или «маятниками». Они находятся на обсерваториях при постоянных астрономических инструментах (см. Практическая астрономия), укреплены на каменных столбах или в стене; часто помещают часы в подвале обсерватории, чтобы предохранить по возможности от перемен температуры («нормальные» часы). Подвал посещают только для заводки часов, так как даже теплота тела может повлиять на их ход. Показания же часов, то есть «удары» маятника (всегда секундного), сравнивают с другими часами с помощью микрофона, установленного в подвале и соединённого с телефоном (это выражение, хотя и общепринято, но совершенно неверно. Удары «тиканье» производит не маятник (регулятор), а механизм спуска). При надлежащей установке и уходе «постоянные» астрономические часы должны иметь суточный ход не более 0,3 с, а его суточные изменения не должны превосходить одной сотой секунды.
Наручные часы
Часовые механизмы второго типа называются хронометрами. Различают «столовые», или бокс-хронометры (размеры их примерно 1½—2 децим. диаметром, 1 децим, высотой; одно простое колебание баланса длится ½ секунды), и карманные хронометры (размер общеизвестный; обыкновенно так наз. четыредесятники, то есть полное двойное колебание баланса длится 0,4 секунды, простое колебание — 1/5 секунды). Качества карманных хронометров в среднем чувствительно ниже качеств столовых. Хронометры служат при определении географических положений мест, при работах переносными астрономическими инструментами (см. Практическая астрономия), при определении времени и долготы в море и т. д. Столовые хронометры на кораблях помещаются на привесе Кардана. Постоянные часы («маятники») почти исключительно, а хронометры в большинстве случаев регулируются на секунды звёздного времени — т. н. «звёздные» часы и хронометры. Реже употребляются «средние» хронометры (то есть идущие по среднему времени). Выбор обусловлен удобством наблюдений или их обработки для тех или других задач астрономов.
В часах и хронометрах астрономами ценятся ещё определённые, но не резкие и без лишних шумов удары («тиканье»). Как лучших мастеров астрономических часов или хронометров нужно назвать Кессельса, Пиля, Дента, Тиде, Ховю (Howüh), Кноблиха, Фродшэма, Нардэна. Творцы «высшего» часового искусства и часовых механизмов: Пётр Леруа (англ. Pierre Le Roy), Джон Гаррисон, Джордж Грэхэм (англ. George Graham), Дютертр, Джон Арнольд (англ. John Arnold), Фердинанд Берту (англ. Ferdinand Berthoud), Юргенсен.
Разновидность электронно-механических часов. Принцип действия основан на пьезоэлектрическом эффекте, свойстве кристаллов кварца, например, деформироваться под воздействием внешнего электрического поля, а также поляризоваться при механической деформации. При этом кристалл кварца, обладая маленькими размерами, может в значительно большей мере стабильно генерировать колебания, имеющие высокую временную и температурную стабильность. Механизм кварцевых часов состоит из элемента питания, электронного генератора, счётчика делителя и выходного каскада усилителя, нагруженного на катушку синхронного электродвигателя, который через систему зубчатых колёс приводит в движение стрелки часов.
Часы на экране КПК
Электронные настенные часы
Настольные часы-будильник
Современные электронные часы с календарём и термометром
Часы, основанные на подсчёте периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора с помощью счётчиков делителей и выводом показаний на электронный дисплей электро-люминесцентно-вакуумный, светодиодный или жидкокристаллический посредством дешифраторов.
Первые электронные часы делались на отдельных лампах затем транзисторах и микросхемах.
Затем были сделаны и наручные электронные часы обладающие светодиодным дисплеем, но они могли показывать время очень недолго: слишком прожорливыми оказывались светодиоды, затем использовали свойства жидких кристаллов ориентироваться во внешнем электрическом поле и пропускать свет с одним направлением поляризации. Будучи помещённым между двумя поляризаторами, свет от внешнего источника вовсе поглощался системой поляризатор-жидкий кристал-поляризатор-отражатель при наличии электрического поля становился тёмным и образовывал элемент изображения. В результате этого было значительно снижено энергопотребление, и замена элементов питания происходит намного реже.
В современные электронные часы встроен как правило микроконтроллер, и у часов появилось много сервисных функций (будильники, мелодии, календари и т. д.), но микроконтроллер так же продолжает считать периоды колебаний все того же кристалла кварца.Замечание: Существуют также электронные часы, основанные на принципе подсчёта периодов частоты питающей сети, во многих странах существуют очень жёсткие требования к стабильности частоты, но все же при колебании нагрузки частота сети может изменяться, и точность таких часов не может считаться нормальной, хотя для многих людей она является достаточной.
Часы, обычно электронные, которые могут сверять свой ход по сигналам точного времени вещательных или специальных радиостанций, а также спутников GPS.
Сети часофикации предназначены для обеспечения точным временем широкого круга абонентов в городах, на предприятиях и т. д. Состоят из первичных и вторичных часов, а также линий связи.[2]
Первичные часы предназначены для точного отсчёта времени и его передачи на вторичные часы.
Ранее представляли собой астрономические часы или хронометр, где вместо стрелок был электро-механический блок формирования команд на вторичные часы, в простейшем случае — обеспечивавший замыкание электроцепи раз в минуту.
Сейчас, с развитием электроники и телекоммуникаций — электронные часы высокого класса точности с несколькими каналами введения поправок.
Вторичные часы предназначены для показа времени в сетях часофикации.
Ранее представляли собой механизм без двигателя, регулятора и секундной стрелки, минутная стрелка двигалась соленоидом от импульсов чередующейся полярности напряжением 27 вольт от первичных часов, часовая — через передаточный механизм 1:12.
В настоящее время — недорогие самостоятельные кварцевые часы с коррекцией от первичных часов, возможно также напрямую по радиосигналам точного времени, в отдельных случаях — GPS.
В Советском Союзе в 1980-е массовое производство часов для персонального использования (бытовых) было организовано на 13 заводах:
Цветочные часы (дар г. Женевы к 300-летию основания Санкт-Петербурга в мае 2003)
wreferat.baza-referat.ru
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.
Было время, 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.
Самые древние, 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 положено кажущееся 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 гномону 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.
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. Требовалось, 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.
За водяными часами закрепилось название «клепсидры», поэтому бытует заблуждение о том, что впервые изобрели их в Греции. В действительности 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, суживающегося ближе ко 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, клепсидры 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 клепсидрах Ктесибий использовал зубчатые передачи, теоретические разработки которых были выполнены еще Аристотелем.
Эта группа появилась в начале 13 века. Первыми огневыми часами были тонкие свечи до 1 метра высотой с нанесенными на них метками. Иногда определенные деления оснащали металлическими штырьками, 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 лампадные. На стенке наносилась шкала, по которой, по мере выгорания масла, и определялось время.
Наибольшее распространение такие устройства получили в Китае. Наряду с лампадными в этой стране была распространена другая разновидность огневых часов - фитильные. Можно сказать, что это была тупиковая ветвь.
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 истиралось, увеличиваясь в диаметре, частицы песка – наоборот, дробились, уменьшаясь в размере. Скорость истечения увеличивалась, время – уменьшалось.
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 со шпиндельным регулятором вошли в обиход примерно с 1340 года и стали гордостью многих городов и соборов.
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 Христиану 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 якорно-анкерный спуск. Это устройство хорошо подходило к маятниковым часам, которые имели небольшую амплитуду колебаний.
Дальнейшее совершенствование приборов для измерения времени происходило лавинообразно. Развитие электроники и радиотехники подготовило почву для появления кварцевых часов. Их работа основана на пьезоэлектрическом эффекте. Он был обнаружен в 1880 году, но кварцевые часы смогли изготовить 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.
Кварцевые часы очень точные. Их погрешность составляет ±15 секунд/месяц. Корректировать показания приборов достаточно дважды в год.
Цифровая индикация и компактность – вот отличительная особенность такого рода механизмов. Электронные часы повсеместно используются в качестве интегрированных. Их можно увидеть на приборной доске автомобиля, в мобильном телефоне, в микроволновке и телевизоре.
Как элемент интерьера чаще можно встретить более популярное классическое исполнение, то есть со стрелочной индикацией.
Часы электронные настенные органично вписываются в интерьер в стиле хай-тек, модерн, техно. Они привлекают прежде всего своей функциональностью.
По типу дисплея электронные часы бывают жидкокристаллическими и светодиодными. Последние более функциональны, так как имеют подсветку.
По типу источника питания часы электронные (настенные и настольные) делятся на сетевые, работающие от сети 220В, и батареечные. Более удобны приборы второго типа, так как не требуют наличия поблизости розетки.
Германские мастера начали изготавливать их с начала восемнадцатого века. Традиционно настенные часы с кукушкой изготавливались из древесины. Богато декорированные резьбой, выполненные в виде домика для птички, они были украшением богатых особняков.
В свое время недорогие модели были популярны в СССР и на постсоветском пространстве. Долгие годы настенные часы с кукушкой марки «Маяк» выпускал завод в российском городе Сердобск. Гирьки в виде еловых шишек, украшенный незамысловатой резьбой домик, бумажные меха звукового механизма – такими запомнились они представителям старшего поколения.
Сейчас классические настенные часы с кукушкой – редкость. Связано это с высокой ценой качественных моделей. Если не принимать во внимание кварцевые поделки азиатских умельцев, изготовленные из пластика, сказочные кукушки кукуют только в домах истинных ценителей часовой экзотики. Точный, сложный механизм, кожаные меха, изысканная резьба на корпусе – все это требует большого объема ручного высококвалифицированного труда. Лишь самые солидные производители могут выпускать такие модели.
Это самые распространенные «ходики» в интерьере.
Будильник – первая дополнительная функция, которая была реализована в часах. Запатентован в 1847 году французом Антуаном Редье.
В классическом механическом настольном будильнике звук производится за счет ударов молоточком по металлическим тарелочкам. Электронные модели более мелодичны.
По исполнению будильники разделяются на малогабаритные и крупногабаритные, настольные и дорожные.
Настольные часы-будильник изготавливают с раздельными двигателями для часового механизма и сигнала. Заводятся они по отдельности.
С появлением кварцевых часов популярность механических будильников упала. Причин тому несколько. Настольные часы-будильник с кварцевым механизмом имеют перед классическими механическими приборами ряд преимуществ: они более точные, не требуют ежедневного завода, их легко подобрать под дизайн помещения. Кроме того, они легкие, не так боятся ударов и падений.
Наручные механические часы с будильником обычно называют «сигнал». Подобные модели выпускают немногие фирмы. Так, коллекционерам известна модель под названием «президентский сверчок»
«Сверчок» (по англ. cricket) – под этим названием швейцарская компания Vulcain выпускала наручные часы с функцией будильника. Известны они тем, что их владельцами были американские президенты: Дуайт Эйзенхауэр, Гарри Трумэн, Ричард Никсон и Линдон Джонсон.
Время – сложная философская категория и одновременно физическая величина, требующая измерения. Человек живет во времени. Уже с детского сада программой обучения и воспитания предусмотрено развитие у детей навыков ориентирования во времени.
Приучать ребенка к пользованию часами можно, как только он усвоил счет. Помогут в этом макеты. Можно совместить часы из картона с распорядком дня, разместив все это для большей наглядности на листе ватмана. Организовать занятия можно с элементами игры, используя для этого загадки с рисунками.
История часов для детей в возрасте 6-7 лет изучается на тематических занятиях. Материал подавать необходимо так, чтобы вызвать интерес к теме. Детей в доступной форме знакомят с историей часов, их видами в прошлом и настоящем. Затем закрепляют полученные знания. Для этого демонстрируют принцип работы простейших часов – солнечных, водяных и огневых. Эти занятия пробуждают у детей интерес к исследованиям, развивают творческое воображение и любознательность. Они воспитывают бережное отношение ко времени.
В школе, в 5-7 классах, изучается история изобретения часов. Она базируется на знаниях, полученных ребенком на уроках астрономии, истории, географии, физики. Таким образом закрепляется усвоенный материал. Часы, их изобретение и совершенствование рассматриваются как часть истории материальной культуры, достижения которой направлены на удовлетворение потребностей общества. Тему занятия можно сформулировать так: «Изобретения, изменившие историю человечества».
В старших классах целесообразно продолжить изучение часов как аксессуара с точки зрения моды и эстетики интерьера. Важно познакомить детей с часовым этикетом, рассказать об основных принципах подбора интерьерных часов. Одно из занятий можно посвятить тайм-менеджменту.
История изобретения часов наглядно показывает преемственность поколений, ее изучение - эффективное средство формирования мировоззрения молодого человека.
fb.ru
Сегодня наш рассказ о механизме, который будучи изобретенным еще в древности, и в наши дни остается верным помощником человека – часах.
Капля за каплей
Первый простейший прибор для измерения времени — солнечные часы — был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет назад. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, — циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но поскольку «работали» такие часы только днем, то ночью им на замену приходила клепсидра - так греки называли водяные часы.
А изобрел водяные часы около 150 г. до н.э. древнегреческий механик-изобретатель Ктесибий из Александрии. Металлический или глиняный, а позже — стеклянный сосуд наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час. Кстати, первый будильник на земле тоже был водяным, являясь одновременно школьным звонком. Его изобретателем считают древнегреческого философа Платона. Прибор служил для созыва учеников на занятия и состоял из двух сосудов. В верхний наливали воду, и оттуда она понемногу выливалась в нижний, вытесняя из него воздух. Воздух по трубочке устремлялся к флейте, и она начинала звучать.
Не менее распространенными в Европе и Китае были так называемые «огневые» часы. Первые «огневые» часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище.
Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве часового механизма. На основе установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Время в таких часах определялось по мере сгорания масла в колбе.
Первые песочные часы появились сравнительно недавно — всего тысячу лет назад. И хотя разного рода сыпучие индикаторы времени были известны давно, только должное развитие стеклодувного мастерства позволило создать относительно точный прибор. Но при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, обычно не более получаса. Таким образом, самые лучшие часы того периода могли обеспечить точность измерений времени ± 15-20 минут в сутки.
Без минут
Время и место появления первых механических часов доподлинно неизвестно. Впрочем, некоторые предположения на этот счет все же существуют. Самыми старыми, хотя и документально не подтвержденными сообщениями о них, считают упоминания, относящиеся к X веку. Изобретение механических часов приписывают Римскому Папе Сильвестру II (950 — 1003 гг. н.э.). Известно, что Герберт всю жизнь очень интересовался часами и в 996 году собрал первые в истории башенные часы для города Магдебурга. Так как эти часы не сохранились, по сей день остается открытым вопрос: какой принцип действия они имели. Зато подлинно известен нижеприведенный факт. В любых часах должно быть что-то, что задает некий постоянный минимальный интервал времени, определяя темп отсчитываемых мгновений. Один из первых таких механизмов с билянцем (качающимся туда-сюда коромыслом) был предложен где-то около 1300 года. Важным его достоинством была легкость регулировки скорости хода путем перемещения грузиков на вращающемся коромысле. На циферблатах того периода была только одна стрелка — часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово «clock» — «часы» произошло от латинского «clocca» — «колокол»). Постепенно почти все города и церкви обзавелись часами, равномерно отсчитывающими время и днем, и ночью. Поверяли их, естественно, по Солнцу, подводя в соответствии с его ходом.
К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше — так что эпоха Великих географических открытий прошла под звуки мерно пересыпающегося песка корабельных склянок, хотя больше всего в точных и надежных часах нуждались именно мореплаватели.
Зуб за зубом
В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. И это стало следующей вехой в часовом деле. В его механизме маятник проходил между зубьями вилки, которая позволяла специальному зубчатому колесу проворачиваться ровно на один зуб за полкачания. Точность часов возросла многократно, но перевозить такие часы все равно было невозможно.
В 1670 году произошло кардинальное усовершенствование спускового механизма механических часов - был изобретен так называемый анкерный спуск, позволивший применить длинные секундные маятники. После тщательной настройки, в соответствии с широтой месторасположения и температурой в помещении, такие часы имели неточность хода всего несколько секунд в неделю.
Первые морские часы были изготовлены в 1735 году йоркширским столяром Джоном Харрисоном. Их точность составляла ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. Однако, оставшись недовольным своим первым хронометром, изобретатель трудился еще почти три десятка лет, прежде чем в 1761-м начались полномасштабные испытания усовершенствованной модели, которая уходила меньше чем на секунду в сутки. Первая часть награды была получена Харрисоном в 1764 году, после третьего длительного морского испытания и не менее длительных канцелярских мытарств.
Полностью вознаграждение изобретатель получил только в 1773 году. Испытывал часы небезызвестный нам капитан Джеймс Кук, который остался очень доволен этим необыкновенным изобретением. В судовом журнале он даже воздал хвалу детищу Харрисона: «Верному другу - часам, нашему проводнику, который никогда не подводит».
Тем временем механические маятниковые часы становятся предметом домашнего обихода. Первоначально изготовлялись только настенные и настольные часы, позже стали делать напольные. Вскоре после изобретения плоской пружины, заменившей маятник, мастер Питер Хенлейн из немецкого города Нюрнберга изготовил первые носимые часы. Их корпус, имевший только одну часовую стрелку, был выполнен из позолоченной латуни и имел форму яйца. Первые «Нюрнбергские яйца» были диаметром 100-125 мм, толщиной 75 мм и носили их в руке или на шее. Значительно позже циферблат карманных часов был накрыт стеклом. Подход к их оформлению стал более изощренным. Корпуса стали изготавливать в виде животных и других реальных объектов, а для украшения циферблата применяли эмаль.
В 60-х годах XVIII века швейцарец Абрахам Луи Бреге продолжает исследования в области носимых часов. Он делает их более компактными и в 1775 году открывает в Париже собственный часовой магазин. Однако «брегеты» (как прозвали эти часы французы) были по карману только очень богатым людям, простой же люд довольствовался стационарными приборами. Шло время и Бреге задумался над совершенствованием своих часов. В 1790 г. он изготавливает первые противоударные часы, а в 1783 в свет выходят его первые многофункциональные часы - «Королева Мария Антуанетта». Часы имели автоподзавод, минутный репетир, вечный календарь, независимый секундомер, «уравнение времени», термометр и индикатор запаса хода. Задняя крышка, выполненная из горного хрусталя, давала возможность увидеть работу механизма. Но неуемный изобретатель не остановился на этом. И в 1799 изготовил часы «Tact», получившие известность как «часы для слепых». Их владелец мог узнавать время, прикоснувшись к открытому циферблату, при этом ход часов от этого не сбивался.
Гальваника против механики
Но изобретения Бреге все еще были по карману только элитным слоям общества, решать же проблему массового производства часов пришлось другим изобретателям. В начале XIX столетия, совпавшем с бурным развитием технического прогресса, с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись новым изобретением ученых - так называемыми «возимыми» часами, принцип работы которых был схож с механизмом «брегетов». С появлением железных дорог такие часы получили в свое распоряжение и кондукторы.
Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем насущнее становилась проблема обеспечения единства отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации «возимые» часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество, в те времена называемое гальванизмом. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях - сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель лег на дно Ла-Манша, в 1860-м - Средиземного моря, а в 1865-м - Атлантического океана.
Сконструировал первые электрические часы англичанин Александр Бэйн. К 1847 году он завершил работу над этими часами, сердцем которых был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Кстати, наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Из наблюдения за ходом трех часов Шортта, изготовленных в 1924, 1926 и 1927 годах в Гринвичской обсерватории, определили их среднесуточную погрешность - 1 секунда в год. Точность часов со свободным маятником Шортта позволила обнаружить изменения продолжительности суток. И в 1931 году начался пересмотр абсолютной единицы времени - звездного времени, с учетом движения земной оси. Эта ошибка, которой до того пренебрегали, достигала в своем максимуме 0,003 секунды в сутки. Новая единица времени была позднее названа Средним звездным временем. Точность часов Шортта была непревзойденной, вплоть до появления кварцевых часов.
Время кварца
В 1937-м появились первые кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном. Да, да, те самые, которые сегодня мы носим на руках, которые висят сегодня на стенах наших квартир. Изобретение было установлено в Гринвичской обсерватории, точность этих часов составляла около 2 мс/ сутки. Во второй половине ХХ века пришла пора часов электронных. В них место электрического контакта занял транзистор, а в роли маятника выступил кварцевый резонатор. Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время нашей жизни.
Итак, век песочных и солнечных часов канул в лету. И изобретатели не уставали баловать человечество высокотехнологичными новинками. Прошло время, и были построены первые атомные часы. Казалось бы, век их механических и электронных братьев тоже подошел к концу. А нет! Наибольшую точность и удобство в эксплуатации доказали именно эти два варианта часов. И именно они одержали победу над всеми их прародителями.
Наука 2.0 НЕпростые вещи.Часы
Поделиться в соцсетях
websiteaboutbusiness.com
МИРЭА
РЕФЕРАТ
На тему:
Часы - величайшее техническое изобретение человечества.
Студенты: Олькиницкий В.Г., Кузнецов Д.М.
Группа: ОТО - 1 - 99
Преподаватель: Павленко А.Н.
Москва 2000 г.
Содержание
o Введение ……………………………………………………….. 2
o Солнечные часы ……………………………………………….. 3
o Водяные часы ………………………………………………….. 6
o Огневые часы ………………………………………………….. 9
o Песочные часы ………………………………………………… 10
o Механические часы …………………………………………… 11
o Заключение ……………………………………………………. 21
o Список литературы …………………………………………… 22
Введение
Путь, пройденный человечеством с глубокой древности до наших дней, можно представить различным образом - можно описать его как вереницу великих событий, как серию биографий великих людей, можно отразить этот путь через историю философии, литературы или искусства, через историю войн и еще многими другими способами. В настоящем реферате мы попытаемся показать развитие человеческой мысли через историю великого изобретения - часов. Пытливый человеческий разум изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения.
По крайней мере 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы. Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных.
Солнечные часы
Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III - первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток - запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей - восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.
На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени.
Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении"Архитектура" не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы - так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в320 - 250 гг. до н.э., который изготовил также солнечные часы с полукруглыми шкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономииЕвдокс из Книдоса, живший в 408 - 356 гг. до н.э.
Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.
Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года. При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов.
Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века.
Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15o. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца.
Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик Региомонтан.
Экваториальные солнечные часы с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Такие часы назывались гелиохронометрами. Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время, а не местное солнечное время, как у обычных экваториальных часов.
Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы - один из вариантов дорожных солнечных часов, - которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески. Главной частью таких часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча.
На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале.
[pic]
[pic]
На подобном принципе строились и так называемые экваториальные кольца- аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с другом круга. Позднее возник новый вариант с поперечиной вместо третьего кольца. На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой - знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча.
Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга.
В заключение этого раздела хотелось бы коротко остановиться на одной из моделей дорожных солнечных часов, используемых индийскими путешественниками. Они представляли собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь-июль), в котором совершались путешествия.
Солнечные часы никогда не утрачивали своего значения и продолжают конструироваться еще и в наши дни. Римляне усовершенствовали солнечные часы, с которыми мы знакомы в настоящее время, и даже сделали солнечные переносные часы, удобные для путешествий. Они просуществовали тысячелетия и еще долгое время оставались средством проверки и координации для очень ненадежных колесных часов, пока не были окончательно вытеснены благодаря изобретению спиральной пружины в качестве регулятора хода (1674г.), но об этом мы расскажем ниже.
Итак, в этом разделе реферата мы рассмотрели устройство и функционирование солнечных часов, которые с годами совершенствовались и изменялись.
Солнечные часы с передвижным по высоте полюсом, компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы - между восходом и заходом Солнца. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания определенного количества вещества в хронометрическом устройстве.
Водяные часы
Около 1500 года до н.э. египетский придворный Аменемхет, судя по надписи на его могиле, изобрел водяные часы, или клепсидру. Время позволяло определить падение уровня воды в сосуде. Такие часы были особенно полезны жрецам, которым нужно было знать ночное время, чтобы вовремя отправлять религиозные ритуалы и жертвоприношения в храме.
Самые древние из дошедших до нас водяных часов относятся ко времени правления Аменхотепа III (начало XIV в. до н.э.), они были найдены в 1905 г. на развалинах храма Амона - Ра в Карнаке.
[pic]
Внешний вид египетских часов из Карнаки. Прибор каждый вечер заполнялся водой, чтобы определить ночное время. Вода постепенно вытекала через тростниковую втулку на дне. Ход времени определялся опусканием воды за отметки "часа". Так ночь делили на 12 частей независимо от времени года, "время" на часах варьировалось по длине в течение года. Таким образом, 12 линий
"часовых" отметок слегка различаются по высоте.
Простая форма первых водяных часов постепенно обогащалась новыми элементами. То, что клепсидра не зависела от света Солнца, сделало из водяных часов прибор, пригодный для непрерывного измерения времени и днем, и ночью. Отсюда вытекали и различные стремления к изобретению остроумных гидравлико-пневматических механизмов для звуковой сигнализации о времени, для освещения часов ночью и т. д.
Водяные часы стали обычным средством определения времени в древнем мире, после того как появились в VI в. до н.э. в Китае. В Афинах, где были найдены остатки "городских часов", построенных в 350 г. до н.э., они были установлены для общего пользования. Ход часов контролировался поплавком, который опускался, когда вода через проточное отверстие в дне просачивалась наружу. Поплавок, по-видимому, соединялся с валом, который, опускаясь, передвигал стрелку. Степень износа ступенек, ведущих в колодец, позволяет предположить, что резервуар для воды должен был наполняться каждый день.
В греческом мире также занимались разработкой водяных часов. Такие часы были изготовлены александрийским изобретателем Ктесибием около 270 г. до н.э. В часах, приводимых водяным колесом, Ктесибий осуществил идею передачи сил и движения зубчатым механизмом. Зубчатая передача соединяла ведущий механизм со шкалой времени, расположенной на цилиндрической поверхности поворотной колонны и разделенной вертикальными прямыми на четыре основных поля. Система из 24 наклонных линий образовывала часовую шкалу для измерения планетных часов. Колонна со шкалой, приводимая водяным колесом, вращаясь вокруг своей оси, совершала один оборот в год. Поэтому и камеры водяного колеса в нижней части часов заполнялись водой медленно, причем вода подавалась в небольшом количестве по особому трубопроводу.Статуэтка со стрелкой двигалась с помощью специального поплавкового механизма, управляемого другой статуэткой, находящейся на другой стороне часов. Слезы - водяные капли, - капающие из глаз статуэтки, накапливались в сборники-подставки, откуда через трубопровод текли в поплавковую камеру стрелочного механизма. Кроме того, эти часы имели еще специальное устройство, которое через определенные интервалы выбрасывало на чашку мелкие камешки (это было звуковой сигнализацией ночных часов). Вторые часыКтесибия усовершенствованы. Они отличаются от первых тем, что их стрелка в верхней части с циферблатом управлялась поплавком, подвешенным на цепи, навернутой вокруг вала стрелочного указателя. Лунный календарь с зодиаком в нижней части часов тоже приводился в движение водяным колесом, камеры которого были закреплены непосредственно на задней стороне зодиаковой плиты.
В Афинской "Башне ветров", построенной астрономом Андроником примерно в начале I в. до н.э., на вершине находились солнечные часы, сложные водяные часы были внутри и показывали время на циферблате, а вращающийся диск, показывал движение звезд и солнца через созвездия в течение года.
О широком применении водяных часов в самых разных ситуациях писали древние авторы около 360 г. до н.э. Платон описывал судей, "вынужденных работать по "водяным" часам … без отдыха".
Наблюдение за временем уже строго контролировалось. Более важную роль водяные часы играли в греческих и римских судах, где их использовали, чтобы выступающие укладывались в отведенное им время. Если судебное разбирательство ненадолго прерывалось, например, для изучения документов, то трубку стока перекрывали воском до тех пор, пока выступление не возобновлялось. В спортивных состязаниях часы использовали для определения время на соревнованиях по бегу в Римских играх.
Великолепные водяные часы были позднее сделаны в исламском мире.Особенно искусный образец был доставлен из Багдада первому императору священной Римской империи Карлу Великому (742 - 814 гг.) эмиссарами халифаГарун аль - Рашида. Пара массивных водяных часов из двух сосудов, которые постепенно наполнялись, когда прибывала луна, а затем опорожнялись, когда она убывала, были сконструированы в XI в. в Толедо арабскими инженерами.Они были настолько искусно сделаны, что служили более 100 лет, не требуя регулировки.
Очень старую традицию водяные часы имели в Китае. Верхом совершенства несомненно был проект больших пагодных астрономический водяных часов, разработанный в 1090 году и осуществленный Су-Сунгом .
[pic] [pic]
Эти часы имели сигнальное устройство времени, похожее на то, которое имелось у водяных часов Ктесибия. Астрономическая часть его часов имела форму армилярной сферы и небесного глобуса. Особенностью этих часов является большое водяное колесо с замкнутым кругооборотом воды, приводящее в движение часы в целом и являющееся некоторой аналогией механического спуска, появившегося позднее в Европе у первых механических часов.
Таким образом, подобно солнечным часам, и эта группа простейших часов прошла долгий путь развития, сопровождавшийся возникновением интересных принципов действия и конструктивных элементов. Некоторые из них, например циферблат с перемещающейся по нему стрелкой, груз в качестве движущей силы, зубчатые передачи, ролики, цепные подвески, механизм боя и марионетки, разыгрывавшие различные сцены нашли применение в последующей эре хронометрии - эре механических часов.
Но, прежде чем рассматривать механические часы, на наш взгляд, было бы целесообразно коротко остановиться еще на двух разновидностях часов - огневых и песочных, что бы создать более полную картину развития часового дела.
Огневые часы
Первые огневые - свечные часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище. Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. Отсюда и происходит обычай измерять длину ночи количеством сгоревших за ночь свечей. К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве светильного материала. На основе установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Объем колбы подбирали так, чтобы ее содержимого хватило для непрерывного свечения между 6 часами вечера и 8 часами утра. Толщиной и длиной горящего фитиля регулировали величину пламени и расход масла так, чтобы понижение уровня масла в колбе соответствовало имевшимся обозначениям времени. Позднее выявилось, что первоначальные цилиндрические или слегка выпуклые стеклянные сосудики под масло были источником некоторой погрешности в измерении времени. Дело в том, что при более высоком уровне масла его давление вызывало более быстрое выгорание, чем в поздние ночные часы. Поэтому лампадные часы более позднего происхождения имели стеклянную колбу в виде расширенной кверху груши, чтобы таким образом хотя бы частично выровнять скорость сгорания масла. В XVIII иXIX веках появились и другие типы лампадных часов с несколько более сложным принципом действия.
Главной частью иных огневых часов, так называемых фитильных, был фитиль в виде длинной металлической палочки, покрытой слоем дегтя с деревянными опилками. Жар тлеющих опилок, подожженных на одном конце палочки, постепенно пережигал тонкие, поперечно натянутые волокна, с подвешенными шариками, которые падали в металлическую чашку. Иногда фитиль сворачивали в спираль, форма которой уже сама по себе заменяла часовую шкалу. Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого был специальный держатель для палочки. Скорость сгорания фитиля зависела от многих обстоятельств, и для определения ее требовался большой опыт. Такие часы никогда не относились к приборам, которые по точности можно было бы сравнить с солнечными или водяными часами. И тем не менее, эти часы являются развитием инженерной мысли в области часовых дел.
Песочные часы
Дата возникновения песочных часов неизвестна. Однако по сохранившимся данным можно полагать, что принцип песочных часов был известен в Азии значительно раньше начала нашего летоисчисления. Обычно песочные часы рассчитывались на работу в течение получаса или часа. Реже встречались песочные часы, рассчитанные на непрерывное измерение времени в течение 3 часов, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы, рассчитанные на 12 часов хода.
Производство стеклянных колб для песочных часов было возможно благодаря известной уже производственной технологии прозрачного стекла и его формирования в полые сферические колбы. В суженное горлышко в месте стыка обеих колб после заполнения песком вкладывалась небольшая горизонтальная металлическая диафрагма с отверстием, регулирующая количество и скорость пересыпания зернышек песка. Место стыка перевязывалось плотной ниткой и закреплялось смолой. Точность песочных часов зависела от технологии изготовления самого песка. Колбы заполняли отожженным тонкозернистым песком, просеянным многократно через тонкие сита и тщательно высушенным. Обработанный таким образом песок имел красноватую окраску; светлые беловатые пески происходили из жареных тонкомолотых яичных скорлуп; сероватый песок изготовлялся из цинковой и свинцовой пыли.
Точность песочных часов зависела также от формы колб, от гладкости их внутренних стенок, от равномерности прохождения песка через регулирующую диафрагму в горлышке, но прежде всего - от равномерной зернистости и сыпучести данного песка. В этом отношении самые лучшие результаты давали колбы, заполненные свинцовым песком, зернистость которого бывала более равномерной. Свинцовый песок отличался также тем, что при долгом использовании он меньше, чем другие виды песка, нарушал гладкость внутренних стенок стеклянной колбы.
Песочные часы никогда не достигали точности солнечных часов. Кроме того, при длительном пользовании такими часами, их точность изменялась, поскольку зерна песка постепенно дробились на более тонкие, а отверстие в середине диафрагмы постепенно истиралось и увеличивалось, так что скорость прохождения песка через них становилась большей.
Шло время, научная мысль стремительно развивалась. Перед людьми вставали новые, все более сложные задачи. Водяные часы были непосредственными предшественниками механических часов, подготовившими их изобретение.
Механические часы
Первые упоминания о башенных колесных часах в Европе приходятся на границу XIII и XIV веков. Могли ли такие часы появиться раньше? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, из каких основных компонентов состоит часовой механизм. Таких главных узлов можно выделить шесть:
. двигатель;
. передаточный механизм из зубчатых колес;
. регулятор, создающий равномерное движение;
. распределитель, или спуск;
. стрелочный механизм;
. механизм перевода стрелок и завода часов.
[pic]
Первые часовые механизмы приводились в движение энергией опускающегося груза. Приводной механизм состоял из гладкого деревянного вала и намотанного на него пенькового каната с каменной, а позднее металлической гирей на конце. Благодаря силе тяжести гири, канат начинал разматываться и вращал вал. На вал было насажено большое или главное зубчатое колесо, находившееся в сцеплении с зубчатыми колесами передаточного механизма.Таким образом, вращение от вала передавалось механизму часов.
Период вращения колес в зубчатой передаче зависит от отношения диаметров входящих в нее колес (или отношения числа зубьев). Подбирая колеса с разным количеством зубьев, несложно добиться, например, чтобы одно из них совершало оборот за 12 часов. Если насадить на вал этого колеса стрелку, то она будет совершать полный оборот за то же время. Понятно, что так же можно подобрать колеса, делающие полный оборот за минуту или за час; с ними можно соединить секундную и минутную стрелки. Но такие часы появились значительно позже - только в XVIII веке, а до этого использовалась единственная часовая стрелка. Назначение передаточного механизма в таких часах состояло в том, чтобы передать и преобразовать соответствующим образом движение от главного зубчатого колеса к часовому колесу.
Однако, чтобы часы могли служить для измерения времени, стрелка должна совершать свои обороты с одной и той же периодичностью. Между тем груз движется под действием сил притяжения с ускорением. Если бы гиря опускалась свободно, то вал вращался бы ускоренно, соответственно стрелка делала бы каждый следующий оборот за более короткое время, чем предыдущий.Столкнувшись с этой проблемой, средневековые механики сообразили, что ход часов не может зависеть только от движения груза. Механизм необходимо было дополнить еще одним устройством. Это устройство должно было обладать собственным, независимым "чувством времени" и в соответствии с этим управлять движением всего механизма. Так родилась идея регулятора.
В первых механических часах регулятором служило коромысло (билянец).Коромысло с древних времен применялось в таком широко распространенном устройстве, как весы. Если на каждое плечо таких коромысловых весов поместить равные грузы, а потом вывести весы из состояния равновесия, коромысло будет совершать достаточно равные колебания наподобие маятника.Хотя эта колебательная система уступает во многих отношениях маятнику, она вполне может использоваться в часах. Но любой регулятор, если постоянно не поддерживать его колебания, рано или поздно остановится. Для того чтобы часы работали, необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса постоянно поступало к маятнику или билянцу. Эту задачу в часах выполняет устройство, которое называется распределителем, или спуском.Спуск всегда был и остается самым сложным узлом в механических часах. Через него осуществляется связь между регулятором и передаточным механизмом. С одной стороны, спуск передает толчки от двигателя к регулятору, необходимые для поддержания колебаний последнего, а с другой стороны, подчиняет движение передаточного механизма (а следовательно, и действие двигателя) закономерности движения регулятора. Правильный ход часов зависит главным образом от спуска. Именно над его конструкцией больше всего ломали голову изобретатели. Самый первый спуск представлял собой шпиндель с палетами, поэтому его называют шпиндельным.
В первых часах не было специального механизма завода. Вследствие этого подготовка часов к работе требовала очень больших усилий. Мало того, что по несколько раз в день приходилось поднимать на значительную высоту очень тяжелую гирю, надо было еще и преодолевать огромное сопротивление всех зубчатых колес передаточного механизма. (Понятно, что главное колесо, если оно жестко сидит на валу двигателя, при подъеме гири будет вращаться вместе с валом, а с ним будут вращаться и остальные колеса). Поэтому уже во второй половине XIV века главное колесо стали крепить таким образом, что при обратном вращении вала (против часовой стрелки) оно оставалось неподвижным.
Таким образом, из шести описанных нами главных узлов часового механизма большая часть по отдельности уже использовалась в античности.Новыми были только два изобретения: идея подвешивать груз в качестве двигателя для часов и идея использовать шпиндель в качестве спуска.Любопытно, что обе эти технические находки средневековая легенда приписывает одному человеку - ученому монаху Герберту, который позже сделался римским папой под именем Сильвестра II. Известно, что Герберт всю жизнь очень интересовался часами и в 996 году собрал первые в истории башенные часы для города Магдебурга. Так как эти часы не сохранились, по сей день остается открытым вопрос - какой принцип действия они имели.Большинство современных исследователей уверены, что они были водяными. В пользу этого говорит так же то обстоятельство, что следующие башенные часы, которые с большим или меньшим основанием можно считать механическими, появились в Европе только через триста лет.
Но как бы то ни было, эра механических часов в Европе началась только в конце XIII века. В 1288 году башенные часы были установлены вВестминстерском аббатстве в Англии. В 1292 году часами обзавелся храм вКентербери. В 1300 году встречается сообщение о том, что башенные часы сооружены во Флоренции (упоминание об этих часах сохранилось в"Божественной комедии" Данте). В 1314 году часы были уже во французскихКаннах.
Ни один из этих ранних механизмов не сохранился до наших дней, имена их создателей тоже неизвестны. Однако мы можем достаточно точно представить себе их устройство. Самый простой часовой механизм (если не брать во внимание механизм боя) может включать в себя всего три зубчатых колеса.Очевидно, что все упомянутые ранее часы представляли собой пример простого трехколесного механизма с однострелочным циферблатом.
От главного колеса, посаженного на вал двигателя, движение передавалось на маленькую шестерню, находившуюся на одной оси с коронным(или ходовым) колесом, которое было снабжено зубцами, имеющими форму зубьев пилы и расположенных перпендикулярно оси колеса. Это колесо было неотъемлемой частью спускового устройства, или шпиндельного спуска, имевшего своей задачей регулирование скорости движения зубчатой передачи.
[pic]
Коронное колесо, получая энергию от зубчатой передачи, затрачивало ее на вращение шпинделя, с которым оно находилось в постоянной связи.
Шпиндель был снабжен двумя палетами, размещенными на нем против нижнего и верхнего зуба коронного колеса. Палеты по отношению друг к другу располагались под углом 90 градусов и поочередно зацепляли зубцы коронного колеса, вызывая вращение шпинделя с палетами то в одну, то в другую сторону. Когда, например, выступающий зуб колеса сталкивался с нижней палетой и ударялся об нее, это приводило к вращению шпинделя на его оси и следовательно, к тому, что верхняя палета через некоторое время входила в промежуток между зубьями, находящимися в верхней части колеса. Давление, оказываемое верхним зубом, изменяло вращение шпинделя на обратное. Зуб ходового колеса при каждом таком повороте шпинделя освобождался. Но колесо сразу попадало в контакт с другой палетой, и так весь процесс повторялся снова. При каждом повороте шпинделя колесо успевало повернуться только на один зубец. Скорость поворота шпинделя определялась регулятором, который представлял собой, как уже говорилось, коромысло с передвигающимися по нему грузами. Если грузы перемещали ближе к оси, шпиндель начинал поворачиваться быстрее, и часы ускоряли свой ход. Если грузы перемещали ближе к краю - ход часов замедлялся.
Такой была концепция ранних механических часов. Но уже очень скоро устройство их заметно усложнилось. Прежде всего, увеличилось число колес передаточного механизма. Вызвано это было тем, что при значительной разнице в числе зубьев между ведущим и ведомым колесами получались очень большие передаточные отношения, механизм испытывал сильную нагрузку и быстро изнашивался. Груз в таких часах опускался очень быстро и его приходилось поднимать по пять, шесть раз в сутки. К тому же для создания больших передаточных отношений требовались колеса слишком большого диаметра, что увеличивало габариты часов. Поэтому стали вводить промежуточные дополнительные колеса, в задачу которых входило плавно увеличивать передаточные отношения.
Посмотрим, например, на устройство часов Вика установленных в 1370 году в королевском дворце в Париже.
[pic]
Вокруг деревянного вала А, диаметром около 30 см, был намотан канат с гирейВ на конце. Гиря весом около 500 фунтов (200 кг) падала с высоты 10 м в течение 24 часов. Гири большого веса требовались в связи со значительным трением в колесном зацеплении и наличием тяжеловесного регулятора - билянца. Все детали часов изготавливались кузнецами на наковальне. На валуА располагалось главное колесо Е, которое передавало вращение остальным колесам механизма. Для облегчения завода оно соединялось с валом не жестко, а посредством собачки F и храпового колеса G. Таким образом, вращаясь по часовой стрелке, вал приводил в движение колесо Е, а вращаясь против часовой стрелки, оставлял его свободным. Для заводки часов служило зубчатое колесо С, сцепленное с шестерней D. Оно облегчало поворот рукоятки.Большое колесо приводило в движение шестерню, сидящую на оси, где находилось второе колесо - Н, а это последнее приводило в движение шестерню, находящуюся на оси, где сидело третье, или ходовое, колесо I.Шпиндельный спуск J с коромыслом N и палетами К действовал здесь так же, как описанный выше.
Башенные часы были довольно капризным механизмом, требующим постоянного наблюдения. В течение дня несколько раз приходилось поднимать груз. Ход часов зависел от силы трения, поэтому они нуждались в постоянной смазке. Погрешность их суточного хода по современным меркам была очень велика. Но, несмотря на это, они долгое время оставались самым точным и распространенным прибором для измерения времени. С каждым десятилетием механизм часов усложнялся. С часами стали связывать множество других приспособлений, выполнявших самые различные функции. В конце концов, башенные часы превратились в сложное устройство со многими стрелками, автоматическими подвижными фигурами, разнообразной системой боя и великолепными украшениями. Например, известному мастеру Джунелло Турриано потребовалось 1800 колес для создания башенных часов, которые воспроизводили дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движениеСолнца, движение Луны, а так же всех планет в соответствии с птолемеевской системой мироздания. В других часах марионетки разыгрывали настоящие театральные представления. Так, в Пражских башенных часах (сооруженных в1402 году) перед боем раскрывались два оконца над циферблатом и из них выходило 12 апостолов. Страшная фигура Смерти, стоявшая на правой стороне циферблата, держала в руках косу и песочные часы. При каждом бое часов она поворачивала косу, а затем песочные часы, напоминая о конце жизни. Человек, стоявший рядом, кивал головой, как бы подчеркивая роковую неизбежность. На другой стороне циферблата находились еще две фигуры. Одна изображала человека с кошельком в руках; каждый час он звенел лежавшими там монетами, показывая, что время - деньги. Другая фигура - путника, мерно ударявшего посохом в землю. Она показывала, как с течением времени движется по жизненной дороге человек, или суетность жизни. После боя часов появлялся петух и три раза кричал. Последним в оконце появлялся Христос и благословлял всех стоявших внизу зрителей. Создание таких автоматов требовало особых программных устройств. Их приводил в движение большой диск, управляемый часовым механизмом. Все подвижные части фигур имели свои рычаги. Во время вращения круга они то поднимались, то опускались, когда рычаги попадали в особые вырезы и зубцы вращающегося диска. Помимо этого башенные часы имели отдельный механизм для боя (многие часы по-разному отбивали четверть часа, час, полдень и полночь), приводимый в движение собственной гирей, и четыре циферблата (на каждой стороне башни).
Ко второй половине XV века относятся самые первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем, который открыл путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина, которая представляла собой эластичную, тщательным образом закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний - соединялся с валом барабана. Стремясь развернуться, пружина приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо, которое в свою очередь передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Конструируя такие часы, мастера должны были разрешить несколько сложных технических задач. Главная из них касалась работы самого двигателя. Ведь для правильного хода часов пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для этого необходимо заставить ее разворачиваться медленно и равномерно.
Толчком к созданию пружинных часов послужило изобретение запора, не позволявшего пружине развернуться сразу. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться только так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним - колеса часового механизма.Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитроумным ухищрениям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них отпала необходимость. Сейчас в недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время.Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерна.
Самые значительные усовершенствования в механизм часов были внесены во второй половине XVII века знаменитым голландским физиком Гюйгенсом, создавшим новые регуляторы как для пружинных, так и для гиревых часов.Использовавшееся до этого в течение нескольких веков коромысло имело много недостатков. Его даже трудно назвать регулятором в буквальном смысле этого слова. Весь регулятор должен быть способен к самостоятельным колебаниям с собственной частотой. Коромысло же было, вообще говоря, только маховиком.Множество посторонних факторов влияло на его работу, что отражалось на точности хода часов. Механизм стал гораздо совершеннее, когда в качестве регулятора начали использовать маятник.
Впервые мысль применить маятник в простейших приборах для измерения времени пришла великому итальянскому ученому Галилео Галилею. Сохранилось предание, что в 1583 году девятнадцатилетний Галилей, находясь в Пизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. Он заметил, отсчитывая удары пульса, что время одного колебания люстры остается постоянным, хотя размах делается все меньше и меньше. Позже, приступив к серьезному изучению маятников, Галилей установил, что при малом размахе (амплитуде) раскачивания (всего несколько градусов) период колебания маятника зависит только от его длины и имеет постоянную длительность. Такие колебания стали называть изохронными. Очень важно, что при изохронных колебаниях период колебания маятника не зависит от его массы. Благодаря этому свойству маятник оказался очень удобным прибором для измерения небольших отрезков времени. На его основе Галилей разработал несколько простых счетчиков, которые использовал при проведении своих экспериментов. Но из-за постепенного затухания колебаний маятник не мог служить для измерения длительных промежутков времени.
Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. В конце жизниГалилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло.Первые маятниковые часы были созданы уже после смерти великого ученого его сыном. Однако устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого влияния на развитие техники. Независимо от Галилея в 1657 году механические часы с маятником собрал Гюйгенс.
[pic]
При замене коромысла на маятник первые конструкторы столкнулись со сложной проблемой: как уже говорилось, маятник создает изохронные колебания только при малой амплитуде, между тем шпиндельный спуск требовал большого размаха.В первых часах Гюйгенса размах маятника достигал 40-50 градусов, что неблагоприятно сказывалось на точности хода. Чтобы компенсировать этот недостаток, Гюйгенсу пришлось проявить чудеса изобретательности. В конце концов, он создал особый маятник, который в ходе качания изменял свою длину и колебался по циклоидной кривой. Часы Гюйгенса обладали несравнимо большей точностью, чем часы с коромыслом. Их суточная погрешность не превышала 10 секунд (в часах с коромысловым регулятором погрешность колебалась от 15 до60 минут).
Около 1676 года английский часовщик Клемент изобрел якорно-анкерный спуск, который очень удачно подходил к маятниковым часам, имевшим небольшую амплитуду колебания.
[pic]
В этой конструкции спуска на ось маятника насаживался якорь с палетами.Раскачиваясь вместе с маятником, палеты попеременно внедрялись в ходовое колесо, подчиняя его вращение периоду колебания маятника. При каждом колебании колесо успевало повернуться на один зуб. Благодаря такому спусковому механизму маятник получал периодические толчки, которые не давали ему остановиться. Толчок происходил всякий раз, когда ходовое колесо, освободившись от одного из зубьев якоря, ударялось с определенной силой о другой зуб. Этот толчок передавался от якоря к маятнику.
Маятниковый регулятор Гюйгенса произвел подлинный переворот в технике часового дела. Позже Гюйгенс немало потрудился над усовершенствованием карманных пружинных часов. Главная проблема, которая стояла в то время перед часовщиками, заключалась в создании собственного регулятора для карманных часов. Если и в стационарных башенных часах коромысло считалось недостаточно подходящим, то что можно было сказать про карманные часы, которые постоянно находились в движении, покачивались, тряслись и меняли свое положение? Все эти колебания оказывали воздействие на ход часов. В XVI веке часовщики стали заменять двуплечный билянец в виде коромысла круглым колесиком-маховиком. Это улучшило работу часов, но она оставалась неудовлетворительной. Важное усовершенствование регулятора произошло в 1674 году, когда Гюйгенс присоединил к колесику-маховику спиральную пружину - волосок. Теперь при отклонении колесика от нейтрального положения волосок воздействовал на него и старался возвратить на место. Однако массивное колесико проскакивало через точку равновесия и раскручивалось в другую сторону до тех пор, пока волосок снова не возвращал его назад. Таким образом был создан первый балансовый регулятор или балансир со свойствами, подобными свойствам маятника. Выведенное из состояния равновесия, колесико балансира начинало совершать колебательные движения вокруг своей оси.Балансир имел постоянный период колебания, но в отличие от маятника мог работать в любом положении, что очень важно для карманных и ручных часов.Усовершенствование Гейгенса произвело среди пружинных часов такой же переворот, как введение маятника в стационарные настенные часы.
Новый регулятор потребовал новой конструкции спуска. В последующие десятилетия разные часовщики разработали несколько остроумных спусковых устройств.
Наиболее простой цилиндрический спуск для пружинных часов был изобретен в 1695 году Томасос Томпионом. Спусковое колесо Томпиона было снабжено пятнадцатью зубьями особой формы "на ножках".
[pic]Сам цилиндр представлял собой полую трубку, верхний и нижний концы которой были плотно забиты двумя тампонами. На нижнем тампоне был насажен балансир с волоском. При колебании балансира вправо и влево в соответствующую сторону вращался и цилиндр. На цилиндре находился вырез в 150 градусов, проходящий на уровне зубцов спускового колеса. Когда колесо двигалось, его зубья попеременно одно за другим входили в вырез цилиндра. Благодаря этому изохронное движение цилиндра передавалось спусковому колесу и через него - всему механизму, а балансир получал импульсы, поддерживающие его колебания.
Целых три столетия механические часы оставались самым сложным техническим устройством. Поэтому с полной уверенностью можно сказать, чтоXIV-XVII века в истории техники прошли под знаком часов.
Заключение
Таким образом, заканчивая наш реферат, мы можем сказать, что создание часов имело огромное значение для истории техники. Дело даже не столько в том, что люди получили в свое распоряжение удобный прибор для измерения времени. Влияние этого изобретения было несравненно шире. Часы стали первым автоматом, созданным для практических целей и получившим повсеместное распространение. Не было другой такой области техники, где было бы приложено столько изобретательности, знания и остроумия, как при создании и усовершенствовании часового механизма. По сравнению с примитивными прежними устройствами часы стали как бы большим качественным шагом вперед. Создание их требовало сложных расчетов и кропотливого труда, особых инструментов и новых материалов, они давали прекрасную возможность для соединения науки и практики. Многие конструкторские идеи, получившие потом распространение в других отраслях техники, были поначалу опробованы в часах, а для многих механизмов, созданных в последующие времена, часы послужили образцом. Они явились как бы опытной моделью всего механического искусства вообще. Трудно назвать еще какое - либо устройство, давшее столь богатое поле для работы человеческой мысли.
Список литературы:
1. Джеймс П., Торп Н. Древние изобретения. ООО "Попурри", 1997
2. Лурье И. Очерки по истории техники Древнего Востока. М., 1940
3. Михаль С. Часы. М. Знание, 1983
4. Рыжов К.В. 100 великих изобретений. М. Вече, 1999
5. Большая иллюстрированная энциклопедия древностей. Прага, Артия, 1980
6. Энциклопедия для детей. Том 14. Техника. М. ЗАО "Дом Книги 'Аванта+'",
1999
www.neuch.ru
