Кто изобрел солнечные часы. История изобретения и развития часов

Первыми показателями для отсчета времени было движение солнца. Восход и заход дневного светила означали новый временной период. Увеличение теней от камней и деревьев давало возможность определять время. Движение звезд в ночном небе указывало на изменение времени и служило древним людям неким подобием огромных часов, ведь издавна люди стали замечать, что небесный свод меняется в течение ночи и на небе можно наблюдать разные звезды. Древние египтяне делили ночь на 12 часовых периодов, которые соответствовали появлению двенадцати различных звезд. Аналогично они делили дневное время, именно поэтому наши сутки составляют 24 часа. Самые первые солнечные часы также появились впервые в древнем Египте. Скорее всего это был простой столп, врытый в землю. Камни, расположенные вокруг него, показывали движение отбрасываемой столбом тени на протяжении светового дня. Так люди получили возможность измерять текущее время.

Примерно 300 лет до нашей эры в Вавилоне изобрели новый вид солнечных часов, который представлял собой чашу со стрелкой в середине. Тень, которую отбрасывала стрелка, двигалась по кругу, и отмечала за день 12 часов. Позже люди изобрели огненные и водные часы. На свечу наносились насечки, которые соответствовали определенному временному промежутку. По мере сгорания свечи и определяли прошедшее время. Для водных часов брали тарелку с маленьким отверстием в дне и опускали ее в емкость с водой. Через определенное время плавающая тарелка наполнялась водой и тонула. Древние греки усовершенствовали водяные часы, применив для этого зубчатое колесо. В емкость, которая постепенно наполнялась водой, был помещен поплавок, передающий поступательное движение на зубчатое колесо. Это колесо и двигало стрелку, отмечая пройденные периоды времени. Около 2000 лет назад был изобретен еще один вид часов – песочные часы. Они состояли из двух стеклянных посудин, соединенных таким образом, чтобы песок мог свободно пересыпаться из одной емкости в другую. Верхнюю чашу песочных часов наполняли песком в заранее определяемом количестве, чтобы он высыпался в нижнюю чашу в течение часа. И сейчас мы иногда пользуемся песочными часами, только это более маленькие часы, которые отмеряют несколько минут.

Первые механические часы были придуманы где-то около 1350 года. В центре круглого циферблата помещалась стрелка, соединенная осью с системой зубчатых колесиков и шестерней. Груз, привязанный веревкой к катушке, поворачивал ее силой тяжести, что, в свою очередь, приводило в движение всю систему, поворачивая стрелку вокруг своей оси. Первые часы появлялись в средневековых монастырях, чтобы сзывать монахов на службы. Самые старые из действующих на сегодняшнее время часов были установлены на соборе английского города Солсбери. И вот уже более шестисот лет они исправно отсчитывают время. К середине XVI века в большинстве городов Европы появились общедоступные часы на городских ратушах, башнях и соборах. В середине XV столетия появились комнатные часы. Изначально они были слишком громоздкими и приводились в движение с помощью груза. Длина хода таких часов составляла только 12 часов, а потом груз нужно было подтягивать. Чуть позже, для приведения часов в действие, решили использовать ходовую пружину. Самые первые часы с пружинным механизмом, имели позолоченный металлический корпус прямоугольной формы с циферблатом в верхней своей части и откидной крышкой для регулировки хода часов и их своевременного завода. Со временем появляется огромное количество всевозможнейших часов. Это и напольные, и каретные, и каминные, и настенные, и консольные, и карманные часы.

В 1656 году Кристиан Гюйгенс предложил использовать в напольных часах маятник. Около 1675 года в карманных часах начали применять спираль, что существенно повысило точность хода. Если раньше отставание или опережение времени составляло от получаса до четверти часа, то после усовершенствования отклонение составляло не более трех минут. Появились минутные стрелки, и часы можно было заводить только один раз на восемь дней. Со временем в часах появляется и секундная стрелка, а некоторые часы могли идти без завода на протяжении нескольких месяцев. Уже в начале XVII века некоторые часовые механизмы включают в себя такие детали, как будильник или даже календарь. Часы становятся предметом роскоши. Некоторые часы украшались золотом, драгоценными камнями, эмалью, жемчугами и представляли собой скорее произведения искусства, нежели механизм для измерения времени.

Первые попытки использования электрических приборов в часах произошли в 40-х годах XIX века. Изначально появились слишком громоздкие электронно-механические часы, и только когда был налажен выпуск компактных батареек стали изготавливать электрические наручные часы. Позже перешли к выпуску часов на полупроводниках и интегральных схемах. Кварцевые часы, где электрические импульсы руководят работой миниатюрного электродвигателя, отличаются высокой точностью хода. Их погрешность составляет всего 2 секунды в сутки. Недавно появились электронные часы – с электронной схемой и цифровым индикатором на жидких кристаллах или светодиодах. Можно сказать, что это мини ЭВМ. Для большей стабильности часового механизма применяется кварцевый генератор. Такие часы называются электронными. Их механизм очень компактен и способен поместиться на пластине размером 0,5 квадратных сантиметров при толщине 0,1 миллиметра.

На протяжении многих столетий менялись внешний вид часов, усовершенствовались технологии времяисчисления, полностью изменились материалы для их изготовления, однако предназначение часов осталось все тем же. Люди используют часы для отсчета периода времени. И хотя в современном мире очень часто мобильные телефоны или другая техника вытесняет из нашей повседневной жизни часовой циферблат, большинство людей остается верно традициям.

Появление солнечных часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время. Создание так называемых теневых (мы их называем солнечными) часов приписывают египтянам, которые придумали их еще во втором тысячелетии до нашей эры. Они представляли из себя простую деревянную доску с отметинами. Теневые часы, разделенные на двенадцать дневных промежутков, и стали первым изобретением человека, предназначенным для ОПРЕДЕЛЕНИЯ времени. Таким образом, «Солнечные часы» - это прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. 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.

Различают солнечные часы горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг), экваториальные. Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы.

Простейшие солнечные часы.

Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии:

Четвертая книга Царств, глава 20

9. И сказал Исаия: вот тебе знамение от Господа, что исполнит Господь слово, которое Он изрек: вперед ли пройти тени на десять ступеней, или воротиться на десять ступеней?

10. И сказал Езекия: легко тени подвинуться вперед на десять ступеней; нет, пусть воротится тень назад на десять ступеней.

11. И воззвал Исаия пророк к Господу, и возвратил тень назад на ступенях, где она спускалась по ступеням Ахазовым, на десять ступеней.

Исаия, глава 38

8. Вот, я возвращу назад на десять ступеней солнечную тень, которая прошла по ступеням Ахазовым. И возвратилось солнце на десять ступеней по ступеням, по которым оно сходило.

В библейском стихе упоминаются солнечные часы, построенные в Иерусалиме при царе Ахазе в VIII веке до н.э.

Одни из первых солнечных часов, найденных в захоронении Наут (Ирландия), датируются 5000 годом до н.э.

Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте - надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306-1290 гг. до н. э. Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце её прикреплён невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад.

Реконструкция по описанию Египетских солнечных часов из гробницы Сети I в послеобеденном положении. Утром они были развернуты в другую сторону.

Сделанные по такому принципу инструменты также были найдены. Один из них восходит ко времени правления Тутмоса III и датируется 1479-1425 гг. до н. э., второй - из Саиса, он на 500 лет моложе. На конце у них есть только брусок, без горизонтальной планки, а также имеется желобок для отвеса для придания устройству горизонтального положения.

Солнечные часы времен правления Тутмоса III. Эти часы так же требовалось разворачивать после полудня.

Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса. С одной стороны модели - две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня - на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу-вверх, в полдень тени не было. С другой стороны модели - две наклонные плоскости без ступеней, этот тип часов действовал аналогично часам со ступенями.

Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 до н. э. с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом. Плоскость ориентировалась на Солнце.

Рисунок часов с наклонной плоскостью. Примерно так выглядели часы из Кантары.

В 2013 году учёные Базельского университета сообщили о находке солнечных часов, предположительно вертикальных, возрастом в 3,3 тысячи лет, нарисованных на остраконе известняка. Они были обнаружены в Долине царей возле жилища рабочих между гробницами KV29 и KV61.

Часы – скафис.

По рассказу Витрувия, вавилонский астроном Берос, поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши - так называемым скафисом. Эти солнечные часы были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. Древние греки и римляне, как и египтяне, делили промежуток времени от восхода до заката Солнца на 12 часов, и поэтому их час (как мера времени) был различной длины в зависимости от времени года. Поверхность выемки в солнечных часах и «часовые» линии на них подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Последующие геометры и астрономы (Евдокс, Аполлоний, Аристарх) придумывали разнообразные формы солнечных часов. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда гномон, отбрасывающий тень, располагался параллельно оси земли.

Из Греции солнечные часы достигли Рима. В 293 г. до н. э. Папирий Курсор велел соорудить солнечные часы в храме Квиринал, а в 263 г. до н. э. другой консул, Валерий Мессала, привёз солнечные часы из Сицилии. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 г. до н. э. Марцием Филиппом.

Скафис - солнечные часы древних. На сфероидальной выемке нанесены линии часов. Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут, или шарик в центре инструмента. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Поэтому строились такие часы в том месте, где должны были и использоваться.

Горизонтальные солнечные часы.

Горизонтальные солнечные часы состоят из кадрана и гномона . Кадран устанавливается параллельно плоскости горизонта. Чаще всего гномон представляет собой треугольник, перпендикулярный плоскости кадрана, а одна из его сторон наклонена к ней на угол, равный географической широте места установки часов. Линия пересечения гномона и кадрана направляется параллельно полуденной линии - линии, вдоль которой в данном месте направлена тень вертикального стержня в истинный полдень.

Старинные горизонтальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы обычно размещают на стенах зданий и различных строений. Поэтому их кадран вертикален - перпендикулярен плоскости горизонта, но может быть повёрнут в различные стороны. От стороны, в которую повёрнут кадран, зависит расположение часовых делений на кадране. Симметричными относительно полуденного деления они будут лишь при кадране, обращённом строго на юг (географический, а не магнитный!) - в северном полушарии, или на север - в южном полушарии, иными словами - при кадране, перпендикулярном полуденной линии. Для так направленного кадрана гномон должен лежать в плоскости небесного меридиана, иными словами - быть перпендикулярным как плоскости кадрана, так и плоскости горизонта, а одна из его сторон должна быть параллельной земной оси.

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные Солнечные Часы на фасаде храма Мерафима Саровского в Помосковье. Инаерманский известняк, медь, 100х50см.

Вертикальные Солнечные часы, 1623. Реконструкция в 1991г.

В Московском планетарии установлены вертикальные солнечные часы, показывающие время и дату.

Это редкая конструкция солнечных часов, в которых гномон, указывающий на Полярную звезду, нижним концом соединен с диоптром. Световое отверстие в виде Солнца с короной отбрасывает зайчик на вертикальный щит-циферблат, на поверхности которого нанесена система дат и часов. Плоскость часов ориентирована в направлении запад-восток.

Сверху вниз по стенду идет веер прямых линий, размеряющих часы и минуты, а по горизонтали – пучок гипербол, вдоль которых тень от Солнца скользит в разные месяцы на разной высоте. Солнечный зайчик одновременно указывает время суток и время года.

Хорошо видно, что в день летнего солнцестояния, когда Солнце отдаляется максимально высоко от небесного экватора и достигает тропика Рака, зайчик ходит по нижней кромке координатной сетки. В дни весеннего и осеннего равноденствий солнечный круг пройдет по средней горизонтальной линии, по экватору. А зимой зайчик будет ходить по верхам.

Экваториальные часы.

Экваториальные солнечные часы так же состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона. Часовые деления на кадран наносятся через равные угловые промежутки, как на циферблате обыкновенных часов, а гномон обычно представляет собой металлический стержень, устанавливаемый на кадране перпендикулярно его поверхности. Затем кадран ориентируется в горизонтальной плоскости так, чтобы прямая, соединяющая основание гномона и часовое деление, соответствующее полудню, была направлена параллельно полуденной линии в сторону юга - для Северного полушария, или в сторону севера - для Южного полушария, и наклоняется относительно плоскости горизонта, соответственно, в сторону севера или сторону юга на угол α=90°-φ, где φ - географическая широта места установки солнечных часов. Кадран будет параллелен небесному экватору (отсюда - название этого типа солнечных часов), а поскольку небесная сфера в течение дня вращается равномерно, то и тень от гномона за любой час дня будет описывать равные углы (поэтому часовые деления и проводятся так же, как на циферблате обычных часов).

Схема Экваториальных солнечных часов. Их еще называют наклонными.

Равные угловые промежутки (t=15°) между соседними часовыми делениями, как на циферблате обычных часов, и перпендикулярность гномона кадрану являются основными преимуществами экваториальных солнечных часов над горизонтальными и вертикальными. Главный недостаток экваториальных солнечных часов - то, что они, в отличие от горизонтальных, будут работать только от дня весеннего равноденствия до дня осеннего равноденствия (в Северном полушарии весеннее равноденствие - в марте, осеннее - в сентябре, в Южном полушарии весеннее равноденствие - в сентябре, осеннее - в марте). В остальную часть года они работать не будут, поскольку Солнце будет находиться по другую сторону от плоскости небесного экватора, и вся верхняя поверхность кадрана будет в тени. Конечно, этот недостаток можно устранить, если сделать кадран в виде пластины, нанести часовые деления и на верхнюю, и на нижнюю поверхность, а гномон продолжить под пластину, но и тогда в дни, близкие к дню весеннего или осеннего равноденствия солнечные часы не будут работать - Солнце будет светить на пластину не сверху и не снизу, а сбоку.

В средние века арабские астрономы (Сабит ибн Корра, Ибн аш-Шатир, Абу-л-Хасан ибн Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось ещё направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы.

С введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники значительно упростилась: вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если штифт расположен по направлению земной оси, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол Солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору (экваториальные, или равноденственные часы); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.

Гномоника занималась составлением правил нахождения различных положений тени на этих поверхностях. Солнечные часы, как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных часов, которая указывала бы «средний» полдень в различное время года. В средневековой Европе гномоникой занимались: Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI в. Мюнстер был признан «отцом гномоники».

В Китае, в эпоху Чжоу применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпоху Цин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные - опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные - с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определённые инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове, и на странный узор («меандры») над ними. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли ещё в XI веке.

Во время царствования Анны Иоанновны, 23 августа 1739 года вышел сенатский указ, в соответствии с которым на дороге из Санкт-Петербурга в Петергоф устанавливались деревянные верстовые столбы-обелиски, в 1744 году был издан указ о столблении дороги из Санкт-Петербурга в Царское Село. Вместо верстовых столбов-обелисков впоследствии поставили «мраморные пирамиды» с оформлением по работам Антонио Ринальди. Некоторые из них имели солнечные часы, и путник мог узнать по ним расстояние и время. «Мраморные пирамиды» с солнечными часами сохранились в следующих местах: в Санкт-Петербурге на углу набережной реки Фонтанки и Московского проспекта (отмечающий одну версту от здания Почтамта) и в Пушкине у Орловских ворот, расположенных на южной границе Екатерининского парка. На «мраморной пирамиде» у Орловских ворот указана дата установки - 1775 год.

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

Солнечные часы

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 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.

Поиски альтернативы

Несмотря на то что солнечные часы были удобными и точными, они имели серьезные недостатки объективного характера. Они полностью зависели от погоды, а их функционирование ограничивалось частью суток, заключенной в промежуток между восходом и закатом. В поисках альтернативы ученые стремились найти другие способы измерения отрезков времени. 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.

Клепсидры

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.

Огневые часы

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.

Песочные часы

Когда они появились на свет, точно не известно. Можно с уверенностью утверждать лишь то, что они не могли появиться раньше изобретения стекла.

Песочные часы представляют собой две прозрачные стеклянные колбы. Через соединительную горловину содержимое пересыпается из верхней колбы в нижнюю. И в наше время все еще можно встретить песочные часы. Фото изображает одну из моделей, стилизованную под старину.

Средневековые мастера при изготовлении приборов украшали песочные часы изысканным декором. Их использовали не только для измерения отрезков времени, но и в качестве украшения интерьера. В домах многих вельмож и сановников можно было увидеть роскошные песочные часы. Фото представляет одну из таких моделей.

В Европу песочные часы попали достаточно поздно - в конце Средневековья, однако распространение их было стремительным. Благодаря простоте, возможности использования в любое время они быстро стали очень популярными.

Один из недостатков песочных часов - довольно короткий отрезок времени, измеряемый без их переворачивания. Не прижились кассеты, составленные из них. Тормозили распространение таких моделей их невысокая точность, а также износ при длительной эксплуатации. Происходило это следующим образом. Калиброванное отверстие в диафрагме между колбами истиралось, увеличиваясь в диаметре, частицы песка - наоборот, дробились, уменьшаясь в размере. Скорость истечения увеличивалась, время - уменьшалось.

Механические часы: предпосылки появления

Потребность в более точном измерении отрезков времени с развитием производства и общественных отношений неуклонно возрастала. Лучшие умы работали над решением этой проблемы.

Изобретение механических часов - эпохальное событие, которое произошло в Средние века, ведь они - самый сложный прибор, созданный в те годы. В свою очередь, это послужило толчком к дальнейшему развитию науки и техники.

Изобретение часов и их совершенствование требовало более совершенного, точного и высокопроизводительного технологического оборудования, новых методов расчета и конструирования. Это стало началом новой эпохи.

Создание механических часов стало возможным с изобретением шпиндельного спуска. Это устройство преобразовывало поступательное движение висящей на веревке гири в колебательное движение взад-вперед часового колеса. Здесь четко прослеживается преемственность - ведь сложные модели клепсидр уже имели и циферблат, и зубчатую передачу, и бой. Нужно было только поменять движущую силу: заменить струю воды тяжелой гирей, с которой проще было обращаться, и добавить спусковое устройство и регулятор хода.

На этой основе были созданы механизмы для башенных часов. Куранты со шпиндельным регулятором вошли в обиход примерно с 1340 года и стали гордостью многих городов и соборов.

Становление классической колебательной хронометрии

История возникновения часов сохранила для потомков имена ученых и изобретателей, которые сделали возможным их создание. Теоретической базой послужило открытие, которое сделал Галилео Галилей, озвучив законы, описывающие колебания маятника. Он же - автор идеи механических маятниковых часов.

Реализовать идею Галилея удалось в 1658 году талантливому голландцу 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.

Кварцевые часы

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 изготовили лишь в 1937 году. От классических механических вновь созданные кварцевые модели отличались поразительной точностью. Началась эра часов электронных. В чем их особенность?

Кварцевые часы имеют механизм, состоящий из электронного блока и так называемого шагового электродвигателя. Как это работает? Двигатель, получая сигнал от электронного блока, передвигает стрелки. Вместо привычного циферблата в кварцевых часах может использоваться цифровой дисплей. У нас их называют электронными. На Западе - кварцевыми с цифровой индикацией. Сути это не меняет.

Фактически, кварцевые часы - это мини-компьютер. Очень легко добавляются дополнительные функции: секундомер, указатель фаз Луны, календарь, будильник. Цена часов при этом, в отличие от механики, возрастает не так сильно. Это делает их более доступными.

Кварцевые часы очень точные. Их погрешность составляет ±15 секунд/месяц. Корректировать показания приборов достаточно дважды в год.

Настенные электронные часы

Цифровая индикация и компактность - вот отличительная особенность такого рода механизмов. 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.

Настенные часы с кукушкой

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.

Часы-будильник

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 и сигнала. Заводятся они по отдельности.

С появлением кварцевых часов популярность механических будильников упала. Причин тому несколько. 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: Гарри Трумэн, Ричард Никсон и Линдон Джонсон.

История часов для детей

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 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 Одно из занятий можно посвятить тайм-менеджменту.

История изобретения часов наглядно показывает преемственность поколений, ее изучение - эффективное средство формирования мировоззрения молодого человека.

Жизнь людей давно и тесно связана с таким необходимым прибором, как часы. История изобретения часов уходит корнями в давние века и весьма интересна.

Часы древности

За свою многовековую историю часы неоднократно меняли не только свою форму и вид, но и сам принцип работы. Само слово «часы» появилось в средневековье – в 14 веке, что в переводе с латинского означало «звонок».

Но задолго до того как состоялось изобретение часов механических, ещё в античные времена люди научились ориентироваться по перемещению на небе светил. Хотя данный способ не позволял установить точного времени. Можно было лишь выяснить по положению Солнца на небосклоне примерно утренние, дневные и вечерние часы, а по положению Луны можно было судить примерно о времени ночи.

Затем появились самые первые часы – солнечные, первые сведения о которых появились ещё примерно 3,5 тысячи лет до нашей эры. Их принцип работы был простейший: в углу размеченного сектора ставился прутик, а тень от него падала на отметки на этом секторе, указывающие, который сейчас час – это первые часы, сделанные своими руками человеком.

Две тысячи лет спустя (примерно в 1400 году до н.э.) древние египтяне изобрели водяные часы, которые назывались «клепсирда». Они состояли из двух сосудов, наполненных водой, но установленных на разных уровнях. Сосуды соединялись трубой, по которой вода из верхнего сосуда медленно перетекала в нижний. На стенках сосудов были метки, по которым можно было определить время, когда уровень воды их достигал. Но кто изобрел часы данного типа, история умалчивает.

Особенно популярны водяные часы были в древней Греции, где и были усовершенствованы. В них вода капала из верхнего сосуда в нижний, в котором находился поплавок с проградуированной верхушкой – оная указывала время по мере подъёма из сосуда.

История механических часов

Вокруг обстоятельств и времени изобретения механических часов историки до сих пор ведут жаркие споры. Наиболее распространённое мнение по поводу того, кто изобрел механические часы, склоняется к монаху Герберту из Оверни, который изобрёл их в конце 10-го века. Этот монах был воспитателем у будущего императора Оттона Третьего, а сам стал впоследствии Папой Сильвестром Вторым. Однако каково было устройство изобретённых Гербертом часов, конкретной информации нет, достоверно лишь то, что к ним общество осталось равнодушным и вскоре забыло.

Видео об истории изобретения часов

Широко же механические часы начали использоваться в позднем средневековье, между 13 и 14 веками. Местная английская легенда говорит, что первые древние часовые механизмы появились там во второй половине 13-го века, а в Париже примерно в 1300 году первые часы изготовил Пьер Пипенар.

Но это всё были штучные изделия. В почти промышленном масштабе же механические часы стали изготавливаться в начале 14-го века в Италии. Данте в своей «Божественной комедии», написанной как раз в это время, впервые письменно упомянул о механических часах.

В первых механических часах не было циферблата, они лишь через определённые временные отрезки подавали звуковые сигналы. По сути это был колокол, по которому через определённые промежутки времени наносились удары. Особенно удобной эта конструкция оказалась для канонических часов в соборах. В 14-м веке ударное устройство приобретает форму человеческих или животных фигурок, которые в нужный момент ударяли в колокол. В крупнейших европейских городах стали появляться достаточно точные и красиво оформленные механические часы.

Башенные часы

Например, в любой книге, посвящённой часовому искусству в средние века, не обходится без описания знаменитых часов собора в Страсбурге. В 1354 году на Страсбургском соборе установили часы с курантами, которые могли отбивать каждый час. Они были украшены движущимися фигурами Богоматери с Иисусом, вечным календарём и звёздным небом. В часах был предусмотрен не только годовой, но и пасхальный календарь, который управлял процессией волхвов, которая ежедневно шествовала перед фигурой Мадонны, одновременно раздавался пронзительный крик механического петуха.

Башенными механическими часами в 14-м веке смогли обзавестись свыше 20 европейских городов. Когда генуэзцы в 1374 году установили такие часы в Кафе (ныне Феодосия), то они стали первыми часами на территории всей будущей Российской империи. А за последующие два столетия уже каждый уважающий себя монастырь и город обзавелись башенными часами.

Титан Возрождения Леонардо да Винчи также не обошёл своим вниманием часовое мастерство. Он оставил нам наброски устройства часов с маятником. Изобретение механических часов интересовало даже коронованные особы, например, император Священной Римской империи Карл Пятый был знатоком часового дела.

Первые на Руси механические часы появились в 1404 году в Московском кремле. Устроены они были наоборот: имели одну неподвижную стрелку и вращающийся циферблат. Затем башенные часы появились в 1436 году в Великом Новгороде, а следом в 1476 году в Пскове. В 16-м веке стали появляться часы и в монастырях, а в следующем веке уже повсеместно распространяться по России.

История карманных часов

Изготовление индивидуальных часов долгое время сдерживалось громоздкостью первых часовых механизмов. Но до середины 15-го века домашние часы были большой редкостью, поскольку были не слишком привлекательного вида. Их подвижные колёса были довольно большими и выступали за пределы конструкции. Ближе к 1450 году в Италии стали делать часы с приводом от пружины, благодаря чему их удалось значительно уменьшить в размерах. С точки зрения начала массового производства часов выдающуюся роль сыграл Петер Генлейн из Нюрнберга, который в начале 16-го века наладил производство портативных часов. Именно его имя упоминают при вопросе, в каком веке изобрели часы, которые мы всегда имеем при себе.

В то время изделия Генлейна вызывали восхищение. Благодаря его и последователей деятельности Нюрнберг быстро превращается в столицу европейского часового дела. Здесь появились знаменитые карманные часы, которым дали прозвище «нюрнбергские яйца». В других европейских городах также появляются крупные часовые центры.

Маятниковые часы

Конец 16-го века ознаменовался изобретением маятниковых часов. Галилей заинтересовался движением лампад в Пизанском соборе и установил, что периоды колебания цепей с подвешенными на них лампадами зависят от их длины. Отсюда родилась идея маятниковых часов.

Сами часы этой конструкции изобрёл Х. Гюйгенс в 1657 году. Его трактат «Часы» произвёл настоящую революцию в часовом деле. Устройство, предложенное голландским учёным, вызвало большой интерес, в результате чего маятниковые часы довольно быстро набрали популярность и вытеснили прежние часовые конструкции. Они имели немало преимуществ, главным из которых была намного большая точность хода . Важным усовершенствованием Гюйгенсом своего механизма было присоединение спиральной пружинки к колёсику-маховику в 1674 году.

Независимо от Гюйгенса колебательный механизм был разработан англичанином Робертом Гуком – так появился балансирный механизм. Преимущество этого механизма заключается в том, что он может работать в различных положениях, поэтому пригоден для переносных часов. Для маятниковых механизмов это было недоступно, поскольку они могли работать только в неподвижных напольных и настенных часах. Затем ещё несколько десятилетий механизм часов усовершенствовался, пока, наконец, в 17-м веке он не стал напоминать в принципе механизм современных часов. Точность прибора времени подтверждала и появившаяся в это время секундная стрелка.

По мере развития техники часовой механизм постепенно усложнялся, повышалась и точность хода. Например, в начале 18-го века впервые для шестерёнок и балансира были задействованы опоры из сапфира и рубина, что позволило одновременно уменьшить трение, повысить точность хода и ресурс работы механизма. Карманные часы дополнялись всё более сложными механизмами, в результате чего появились:

• автоподзавод;
• вечный календарь;
• термометр;
• независимый секундомер;
• минутный репетир;
• индикатор запаса хода.

Видео об изобретении часов

Чтобы была видна работа всего механизма, заднюю крышку стали делать из горного хрусталя. Сейчас люди по всему миру следят за стрелками часовых механизмов тысяч разнообразных моделей часов. На быт и сознание современного человека механические часы произвели наибольшее воздействие в сравнении с другими средневековыми изобретениями.

А Вы носите часы? Знали ли Вы историю их изобретения? Расскажите об этом в

Фото 1 – слева солнечные часы – календарь индийского храма; справа – старинные английские солнечные часы.

Самое первое осознание размерности времени произошло в Древнем Египте более 3500 лет назад. Наблюдения жрецов за движением «небесной колесницы» бога Солнца – Ра открыло закономерности астрономических циклов планеты Земля.

Принцип работы солнечных часов

Фото 2 – схема простейших солнечных часов.

Фото 3 – солнечные часы в Древнем Египте

Тень от вертикально установленного колышка перемещалась вслед за солнцем ежедневно, удлиняясь и укорачиваясь на одинаковую величину.

Фото 4 - тень обелиска и метки солнечных часов

Служители храмов, отмечая значимость этого открытия, перед входами воздвигали священные обелиски – гномоны.

Фото 5 - обелиск перед египетским храмом

Их тень перемещалась по размеченной окружности. Равномерно нанесенные риски отмеряли равные отрезки времени.

Фото 6 – модель солнечных часов в музее Каира, Египет.

Применяя законы движения Солнца на видимом небосводе, вращение земли вокруг своей оси, лунные циклы, мастера создавали солнечные часы из камня, ценных пород дерева, драгоценных металлов. Гномоны устанавливали в общественных местах: цирках, банях, на площадях.

Фото 7 – Башня Ветров с солнечными часами в Афинах.

Большие солнечные часы на башне Ветров в античных Афинах датируются 1 веком до н.э. Грандиозное сооружение диаметром 8 метров поднималась на двенадцати метровую высоту.

Фото 8 – артефакт часов для отсчета ночного времени.

Гениальное озарение египетских мастеров явило изобретение часов, указывающих время ночью. Два священных прямоугольных бруска с прикрепленными нитями размещали параллельно небесному меридиану, направляя на Полярную звезду. Количество звезд на небе, пересекающих эту ориентированную линию, отмеряло время.

Фото 9 – египетские солнечные часы 13 век.

Недостатками первых примитивных «приборов» времени являлась их существенная погрешность, зависящая от долготы места расположения, работа ограничивалась видимостью солнечного диска над линией горизонта.

Артефакты солнечных часов в эпохи древних цивилизаций Междуречья, Египта, Китая находят при целенаправленных археологических раскопках культурных слоев земли. Механик Ветрувий, живший в эпоху расцвета Римской Империи описал около тридцати различных типов солнечных часов.

Виды солнечных часов

Древние солнечные часы состоят из двух элементов: гномон (указатель) и циферблат. Различают конструкции по ориентировке этих частей друг относительно друга и их внешнему виду.

Полярные солнечные часы с горизонтальным циферблатом – парковые . Гномон ориентирован по оси вращения Земли в направлении Полярной звезды.

Полярные солнечные часы с вертикальным циферблатом

Обычно устанавливаются на южной стене зданий.

Фото 14 – вертикальные солнечные часы и указатель расстояния на верстовом столбе в Петербурге

Экваториальные солнечные часы . Циферблат часов разделен на 24 равные части, расположен параллельно плоскости экватора. В зимнее время, когда солнце находится ниже экватора, время определяется по обратной стороне циферблата. Нумерация отсчета идет против часовой стрелки.

Фото 15 - экваториальные солнечные часы. Испания

Гномон и циферблат расположены полярно, параллельно оси вращения Земли . Недостатком является рабочее состояние конструкции от 7 до 17 часов.

Солнечные часы с вертикальным гномоном – аналемматические. (Аналемма – это кривая линия, соединяющая точки движения Солнца на небосводе в одно и то же время в течение года).

Самые древние аналемматические солнечные часы, датируемые 12 веком до н.э., были обнаружены археологической экспедицией 2011 года на раскопках кургана бронзового века в Донецкой области России.

Фото 16 – схема установки часов из артефактов кургана бронзового века в Донецкой области.

Представляют собой каменную плиту 100 на 70 см, весом более 130 кг. Самые большие солнечные часы Самурат Янтра находятся в индийском городе Джайпур штата Раджастан.

Грандиозное сооружение возведено в 1734 году.

Высота гномона 21,34 м, размеры полукруглых шкал – циферблатов составляет около 15 м, точность показаний не превышает 2 минуты.

Самый высокий обелиск 35 метров установлен на площади Святого Петра в Ватикане. Он был вывезен из Египта императором Калигулой. Четырехгранный шпиль высечен из розового гранита, увенчан бронзовым шаром. Легенда гласит, что в шаре заключен прах Юлия Цезаря.

Фото 19 - обелиск на площади Святого Петра в Ватикане

Экваториальные солнечные часы династии Чжоу, Китай.

Огромный диск из белого мрамора параллелен экватору. На его двух сторонах видны деления циферблата. Железный гномон направлен на ось земного шара. В зависимости от положения Солнца над экватором определялось «зимнее» или «летнее» время. Эти каменные часы из Запретного города в Пекине – олицетворение символа власти и могущества императора.