История часов
История их возникновения неразрывно связана со становлением человеческой цивилизации. Как только возникли государства, религии, торговля, у людей появилась надобность организации времени работы и культовых мероприятий.
История часов разделена на 2 длительных этапа:
· Первый охватывает несколько тысяч лет, когда люди пользовались примитивными и неточными приспособлениями: солнечными, водяными, песочными. В самом конце этого периода, в Средневековье, появились механические устройства без маятников.
· Второй период начался, когда в 17 веке Галилео Галилей изобрел часовой маятниковый механизм. Этот этап, ознаменованный совершенствованием часовых конструкций, продолжается до сих пор.
Живые часы
Чтобы приблизительно определить время, первобытные люди наблюдали за объектами живой природы, отмечали их суточные изменения. Например, известно, что цветы раскрываются в 4-5 часов утра. Также древние люди следили за движениями Солнца, Луны, других небесных светил, видимых с земли.
Солнечные часы
Постепенно примитивная палочка, воткнутая в землю, трансформировалась в солнечные часы, которые впервые появились в древнем Египте. С 3500 года до н. э. египтяне начали сооружать солнечные обелиски — неширокие четырехгранные возвышения, бросающие тень, которая делила день на дополуденное и послеполуденное время.
На одной из площадей Рима можно увидеть сохранившийся до наших дней египетский солнечный обелиск, высота которого достигает 34 м.
Примерно в 1500 году до н. э. появились небольшие солнечные часы, разделявшие день на 10 долей, а также утренние и вечерние сумерки. До полудня конструкция была направлена на восток, затем ее переворачивали на запад.
В античный и римский период солнечные обелиски все совершенствовались. В средневековом Китае изобрели конструкцию, дополненную компасом. История солнечных устройств завершилась в позднем Средневековье.
Песочные часы
История песочных часов началась после изобретения стекла, предположительно в римский период. Первые устройства использовали римские сенаторы, определяя время, отведенное на выступление.
Французский монах Лиутпранд, живший в 8-ом веке, признан изобретателем песочной конструкции современного вида. Но востребованным у европейцев устройство стало только в 15 веке, его использовали преимущественно в морских путешествиях.
Благодаря невысокой стоимости, устойчивости к температурам, песочные часы благополучно дожили до нашего времени.
Но теперь пользуются спросом преимущественно как предмет декора.
Часы со спусковым механизмом
Спусковой механизм — устройство, поддерживающее неизменную скорость вращения анкерного колеса, а также колебания маятника с компенсацией потерь на трение. Спуск — промежуточный вариант между колесным механизмом и регулятором. При каждом колебании маятника спусковой механизм высвобождается, это длится до тех пор, пока очередной зубец шестерни не упрется в элемент блокировки. Благодаря периодическому высвобождению и прерыванию энергии, слышится тиканье.
Изобретение спускового механизма — крайне важный этап истории часов. На его основе созданы все устройства механического типа.
Первый спусковой механизм жидкостного типа изобрел китайский монах И Син, в 725 году его изобретение нашло практическое применение. Спуск на ртутной основе сделали в 1277 году, преподнесли в дар испанскому королю Альфонсу X. Но эти механизмы не были точными, так как работали на основе жидкости, равномерности протекания которой через отверстие было сложно добиться.
Механические штыревые спуски стали делать в средневековой Европе. В 14 веке их ставили в башенные часовые механизмы, хотя изначально с их помощью управляли звоном колоколов.
Механические часы
Механические часы появились в Европе в 13 веке, но кто их изобрел, неизвестно. Первые устройства не имели циферблата, а точность определения времени была весьма условной.
Усовершенствованные башенные конструкции появились в 14 веке в Италии. Они имели циферблат и часовую стрелку, били, оповещая о наступлении определенного времени. Двигательным элементом был груз на длинном подвесном элементе. Такие механизмы тоже не были точными, погрешность достигала часа в сутки. А еще их приходилось ежедневно заводить. Но все равно в то время они являли собой чудо инженерного искусства, были гордостью европейского средневекового города. Их всячески декорировали и облагораживали.
Самые красивые из старинных башенных часов — Пражские, созданные в 1410 году. Тысячи туристов съезжаются в Прагу, чтобы полюбоваться их декором.
В конце 15 века появились компактные домашние устройства. В них подвешенный груз заменила пружина. А в 16 веке немецкий ремесленник Петр Генлейн создал первые карманные часы.
Часы с маятником
До 17 века механические конструкции не были точными, имели только часовую стрелку. Но развитие цивилизации требовало большей точности определения времени.
Ученый Галилео Галилей установил, что периодичность маятниковых колебаний не определяется ни амплитудой, ни массой груза. Влияющий на нее параметр — только длина подвеса. А значит, по маятниковым колебаниям можно с довольно высокой точностью определять временные промежутки. Галилео Галилей предпринял попытку создания часов с маятником, но не успел завершить дело из-за потери зрения.
Его дело продолжил физик Христиан Гюйгенс. В 1656 году он сделал маятниковую конструкцию, а в 1657-ом запатентовал. Результат его работы стал самым значимым улучшением конструкции до 20 века, новые устройства шли с погрешностью не больше 10 секунд.
В 1671 году ученый Уильям Клемент изобрел анкерный маятниковый механизм, уменьшивший амплитуду раскачивания маятника. В 1921 году в Великобритании появились устройства, шедшие с погрешностью всего 0,01 секунды. А в 1954 году инженер Феодосий Михайлович Федченко создал точнейшие маятниковые часы, идущие с погрешностью лишь 0,0003 секунды.
Кварцевые часы
Кварцевые — электромеханические устройства, колебательным элементом в которых выступает кристалл кварца. Погрешность хода составляет примерно 15 секунд в месяц.
Изобретение кварцевых часов принадлежит инженерам американской компании Hamilton, но первые модели, выпущенные в 1957 году, были электрическими. Лишь в 1969 году японская компания Seiko выпустила настоящие кварцевые изделия Astron. В 1978-ом американский производитель HP выпустил кварцевые модели с калькулятором.
В 1847 году английский ученый Бейн разработал электрические часы. В них качающийся под электромагнитным воздействием маятник с определенной периодичностью замыкает контакт. Электромагнитный датчик, соединенный со стрелками, определяет и суммирует число колебаний.
1970-е — время появления электронных часов, в которых время показывают не стрелки, а светодиоды, составленные в форме цифр.
Атомные часы
Свет — электромагнитное излучение с волнами определенной длины и частоты. Все химические элементы имеют четкий набор спектральных линий. Каждая линия — результат перескакивания электронов на другой энергетический уровень в атоме. Атом, получающий энергию, всегда испускает излучение фиксированной частоты.
Такую особенность атомов ученые использовали, чтобы измерять время. В 1955 году появился механизм, работающий на атомах цезия. Погрешность хода составляла 1 с/млн. лет. Погрешность модели, разработанной в 2014 году, составляла лишь 1 с на 300 млн. лет. Сегодня разработаны еще более точные атомные часы. Но их практическое использование пока невозможно из-за дороговизны. Применяют их лишь в качестве временных эталонов и для обеспечения спутниковой навигации.