Кто создал часы и в каком году. История изобретения и развития часов

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.

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.

История часов насчитывает тысячи лет.

Самые первые часы на земле - солнечные. Они были гениально простыми: шест, воткнутый в землю. Вокруг него нарисована шкала времени. Тень от шеста, передвигаясь по ней, показывала, который сейчас час. Позднее такие часы делали из дерева или камня и устанавливали на стенах общественных зданий. Затем появились переносные солнечные часы, которые изготавливали из ценных пород дерева, слоновой кости или бронзы. Были даже часы, которые условно можно назвать карманными; их нашли при раскопках древнего римского города. Эти солнечные часики, сделанные из посеребренной меди, имели форму окорока, на котором прочерчены линии. Шпилем - стрелкой часов - служил свиной хвостик. Часы были небольшие. Их вполне можно было бы поместить в кармане. Но карманов жители древнего города еще не придумали. Вот и носили такие часы на шнурке, цепочке или прикрепляли к тросточкам из дорогого дерева.

Солнечные часы имели один существенный недостаток: они могли «ходить» только на улице, да и то на освещенной солнцем стороне. Это, конечно, было крайне неудобно. Видимо, поэтому изобрели водяные часы. По капелькам вода перетекала из одного сосуда в другой, и по тому, сколько воды вытекло, определяли, сколько прошло времени. Много сотен лет такие часы - их называли клепсидрами - служили людям. В Китае, например, ими пользовались 4,5 тысячи лет назад. Кстати, первый будильник на земле тоже был водяным - и будильником, и школьным звонком одновременно. Его изобретателем считают древнегреческого философа Платона, жившего за 400 лет до нашей эры. Этот прибор, придуманный Платоном для созыва своих учеников на занятия, состоял из двух сосудов. В верхний наливалась вода, откуда она понемногу вытекала в нижний, вытесняя оттуда воздух. Воздух по трубке устремлялся к флейте, и она начинала звучать. Причем будильник регулировался в зависимости от времени года. Клепсидры были очень распространены в древнем мире.

Солнечные часы. Песочные часы.

Тысячу лет назад в Багдаде правил халиф Харун ар-Рашид - герой многих сказок «Тысяча и одной ночи». Правда, в сказках он изображен как добрый и справедливый государь, а на самом деле был вероломным, жестоким и мстительным. Халиф поддерживал торговые и дипломатические отношения с правителями многих стран, в том числе и с франкским королем Карлом Великим. Ему в 807 году Харун ар-Рашид сделал подарок, достойный халифа, - водяные часы из позолоченной бронзы. Стрелка могла показывать время от 1 часа до 12. Когда она подходила к цифре, раздавался звон, который производили шарики, падавшие на бронзовый лист.

Одновременно появлялись фигурки рыцарей, которые проходили перед зрителями и удалялись.

Кроме водяных часов были известны еще часы песочные и огневые (чаще всего будильники). На Востоке последние представляли собой палочки или шнуры, сделанные из медленно горящего состава.

Их клали на специальные подставки и над тем отрезком палочки, куда огонь должен был подойти в определенный срок, на нитке низко подвешивали металлические шарики. Пламя подбиралось к нити, та перегорала, и шарики со звоном падали в медную чашку. В Европе для этих целей использовали свечу с нанесенными на ней делениями. В требуемое деление втыкали булавку с привязанным к ней грузиком. Когда свеча догорала до этого деления, грузик падал на металлический поднос или просто на пол.

Вряд ли найдется человек, который назовет имя первого изобретателя механических часов. Такие часы впервые упоминаются в древних византийских книгах (конец VI века). Некоторые историки приписывают изобретение чисто механических часов Пацификусу из Вероны (начало IX века), другие - монаху Герберту, впоследствии ставшему папой римским. Он сделал башенные часы для города Магдебурга в 996 году. В России первые башенные часы установлены в 1404 году в Московском Кремле монахом Лазарем Сербиным. Они представляли собой хитросплетения зубчатых колес, канатов, валов и рычагов, а тяжелая гиря приковывала часы к месту. Такие сооружения создавались годами. Не только мастера, но и владельцы часов стремились хранить в тайне секреты устройства механизмов.

Первые персональные механические часы возила лошадь, а за их исправностью следил конюх. Только с изобретением упругой пружины часы стали удобными и безотказными. Первой пружинкой для карманных часов служила свиная щетинка. Ее применил нюрнбергский часовщик и изобретатель Петер Генлейн в начале XV века.

А в конце XVI века было сделано новое открытие. Молодой ученый Галилео Галилей, наблюдая за движением самых разных лампад в Пизанском соборе во время богослужения, установил, что ни вес, ни форма лампад, а лишь длина цепей, на которых они подвешены, определяет периоды их колебаний от ветра, врывающегося в окна. Ему и принадлежит идея создания часов с маятником.

Голландец Христиан Гюйгенс ничего не знал об открытии Галилея и повторил его через 20 лет. Но он изобрел и новый регулятор равномерности хода, что значительно повысило точность часов.

Многие изобретатели старались усовершенствовать часы, и в конце XIX века они стали вещью обыденной и необходимой.

В 30-е годы XX века были созданы кварцевые часы, которые имели отклонения суточного хода около 0,0001 секунды. В 70-х годах появились атомные часы с погрешностью 10" 13 секунд.

В наше время создано множество различных часов. Самые распространенные - наручные.

Современные часы.

Их циферблат все больше становится похожим на приборный щит самолета или, по меньшей мере, автомобиля. Кроме времени суток часы часто показывают месяц, число и день недели. Благодаря водонепроницаемым часам аквалангисты узнают глубину погружения, а также когда закончатся запасы воздуха в баллонах. Иногда на циферблат выводят еще одно показание - частоту пульса. Есть радиоуправляемые часы с солнечным питанием. Они допускают отклонение времени в 1 секунду от астрономического за 150 тысяч лет, автоматически переключаются с учетом сезонного и поясного времени. Созданы наручные часы с вмонтированным телевизором, часы-термометр, измеряющие температуру воздуха или воды, часы-словарь на 1700 слов.

Сложнее, совершеннее стали и современные будильники. Французские механики, например, сконструировали такие, что в заданное время начинают не только звенеть, но и... танцевать: две широкие ножки, на которых установлен механизм, ритмично ударяют по столу; могут отплясывать и чечетку, и твист. Существует будильник для храпящих во сне. Он похож на обычную мыльницу, только в ней находятся не мыло, а микрофон, усилитель и вибратор. Прибор кладут под матрац, и, как только человек всхрапнет больше пяти раз, будильник начинает так трястись, что спящий обязательно со спины перевернется на бок - и храп прекратится. Есть будильник и для лежебок. В назначенное время он нагнетает воздух в положенную под матрац камеру, которая раздувается и... сбрасывает любителя поспать с постели. Словом, изобретательская мысль не дремлет...

Знаешь ли ты?

Физики сделали шокирующее открытие – в природе времени не существует и никогда не существовало! В природе имеют место только процессы, они могут быть периодическими или непериодическими. Понятие «время» было придумано людьми для собственного удобства. Время – это мера измерения расстояния между двумя событиями.

Кто придумал первые часы?

Человек изобрел много способов измерения времени. Сначала измеряли время в восходах и заходах солнца. Увеличение или уменьшение тени, падающей от разных предметов – камней, деревьев, помогало человеку хоть как-то ориентироваться во времени. Определяли время и по звездам (ночью в разное время видны разные звезды).

Древние египтяне поделили ночь на двенадцать промежутков. Каждый промежуток начинался с восходом одной из двенадцати определенных звезд. На столько же промежутков поделили египтяне и день. На этом основывается наше деление суток на 24 часа.

Позже египтяне создали теневые часы (мы их называем солнечными). Они представляют собой простую деревянную палку с отметками. Теневые часы и стали первым изобретением человека, предназначенным для измерения времени. Конечно, солнечные часы не могли определять время в пасмурный день и ночью. Одним из старинных письменных документов, датируемых 732г до н.э. о солнечных часах является Библия (двадцатая глава Книги Царств). В ней упоминаются обелисковые часы царя Ахаза. Обнаруженные при раскопках солнечные часы XIII и XV в.в. до н.э. свидетельствуют о том, что в действительности солнечные часы появились гораздо раньше, чем об этом говорят письмена.

Древние египтяне создали и водяные часы. Они отмеряли отрезок времени, за который жидкость перетекает из одного сосуда в другой.

В VIII веке появились песочные часы. Они представляют собой две спаянные колбы. Песок, насыпанный в одну из колб, пересыпается сквозь узкую горловину другой колбы за определенный промежуток времени, например за час. После этого часы переворачивают. Песочные часы дешевы, надежны, поэтому до сих пор не исчезли из .

Механические часы появились в Европе в 1300 – х годах, они работали при помощи и пружин. У них не было стрелок, а о прохождении часа свидетельствовал звонок.

В современных электронных и кварцевых часах используют колебания кристалликов кварца.

Эталоном являются атомные весы. Они измеряют время перехода атома с отрицательного на положительное энергетическое состояние и обратно.

История часов, возможно, имеет более глубокие корни, чем принято считать сегодня, когда попытки изобрести часы связывают с зарождением цивилизации в Древнем Египте и Месопотамии, что повлекло за собой возникновение ее постоянных спутников – религии и бюрократии. Это и повлекло за собой необходимость людям более эффективно организовывать свое время, благодаря чему первые часы появились на берегах Нила. Но, вероятно, история часов берет свое начало еще тогда, когда первобытные люди каким-то образом пытались отмечать время, например, определяя часы для удачной охоты. А некоторые и до сих пор утверждают, что способны определять время суток, наблюдая за цветами. Их ежедневное раскрытие указывает на определенные часы дня, так одуванчик открывается около 4:00, а лунный цветок – только с наступлением темноты. Но основными инструментами, до изобретения первых часов, с помощью которого человек оценивал течение времени, были солнце, луна и звезды.

Все часы, независимо от их типа, должны иметь регулярный или повторяющийся процесс (действие) с помощью которого можно было бы отмечать равные промежутки времени. Первыми примерами таких процессов, которые удовлетворяли необходимые требования, были как природные явления, такие как движение солнца по небу, так и действия, созданные искусственно, как равномерное горение зажженной свечи или пересыпание песка из одного резервуара в другой. Кроме того, часы должны иметь средства для отслеживания изменения времени и, таким образом, быть в состоянии отобразить полученный результат. Поэтому история часов – это история поиска все более последовательных действий или процессов, регулирующих темп часов.

История солнечных часов

Одними из первых, кто пытался формализировать разделение своего дня на промежутки времени, напоминающие часы, были древние египтяне. В 3500 году до нашей эры в Египте появилось первое подобие часов – обелиски. Это были стройные, сужающиеся кверху, четырехсторонние сооружения, падающая тень от которых позволяла египтянам разделить день на две части, четко указывая на полдень. Такие обелиски принято считать первыми солнечными часами. Они также показывали самый длинный, и короткий день в году, а несколько позже, вокруг обелисков появилась маркировка, которая дала возможность отмечать не только время до и после полудня, но и другие промежутки дня.

Дальнейшее развитие конструкции первых солнечных часов привело к изобретению более портативного варианта. Такие первые часы появились приблизительно в 1500 году до нашей эры. Это устройство разделяло солнечный день на 10 частей, плюс два, так называемых, «сумеречных» отрезка времени, в утренние и вечерние часы. Особенностью таких часов было то, что их необходимо было переставлять в полдень с направления на восток в противоположное западное.

Первые солнечные часы претерпевали дальнейшие изменения и усовершенствования, становясь все более сложными конструкциями, вплоть до применения в часах полусферического циферблата. Так знаменитый римский архитектор и механик, Марк Витрувий Поллион, живший в первом веке до нашей эры, описывал историю появления и конструкцию 13 различных видов часов солнечных первых, используемых в Греции, Малой Азии и Италии.

История солнечных часов продолжалась до позднего средневековья, когда получили распространение оконные часы, а в Китае стали появляться первые солнечные часы, снабженные компасом, для правильной их установки относительно сторон света. Сегодня, история появления часов, использующих движение солнца, навсегда увековечена в одном из сохранившихся до наших дней египетском обелиске, настоящем свидетеле истории часов. Он имеет высоту 34 метра и располагается в Риме, на одной из его площадей.

Клепсидры и другие

Часы первые, не зависящие от положения небесных тел, были названы греками клепсидрами, от греческих слов: klepto – скрывать и hydor – вода. Такие водяные часы основывались на процессе постепенного вытекания воды из узкого отверстия, и по ее уровню определялось истекшее время. Первые часы появились ориентировочно в 1500 году до нашей эры, что подтверждается одним из образцов водяных часов, найденных в гробнице Аменхотепа I. Позже, около 325 г. до н.э., подобные приспособления стали использоваться греками.

Первыми водяными часами были керамические сосуды с небольшим отверстием вблизи дна, из которых вода могла капать с неизменной скоростью, медленно наполняя другой сосуд, отмеченный маркировкой. При постепенном достижении водой разных уровней и отмечали промежутки времени. Водяные часы имели несомненное преимущество перед их солнечными собратьями, так как они могли применяться и в ночное время и такие часы не зависели от климатических условий.

История водяных часов имеет и другой вариант, используемый в некоторых районах Северной Африки вплоть до сегодняшнего дня. Эти часы представляют собой металлическую чашу с донным отверстием, которая помещается в емкость, наполненную водой, и начинает медленно и равномерно тонуть, тем самым отмеряя промежутки времени до полного затопления. И хотя первыми водяными часами были довольно примитивные устройства, дальнейшее их развитие и усовершенствование привело к интересным результатам. Так появились водяные часы способные открывать и закрывать двери, демонстрируя маленькие фигурки людей или перемещая указатели по циферблату. Другие часы заставляли звонить колокола и гонги.

История часов не сохранила имен создателей первых водяных часов, упоминается лишь Ктесибий Александрийский, который за 150 лет до н. э. пробовал применить в клепсидрах механические принципы, основанные на разработках Аристотеля.

Песочные часы

По принципу водяных часов работают и хорошо нам известные часы песочные. Когда такие первые часы появились, истории доподлинно неизвестно. Ясно только, что не раньше, чем люди научились изготавливать стекло – необходимый элемент для их производства. Существует предположение, что история песочных часов началась в сенате древнего Рима, где они использовались во время выступлений, отмечая одинаковые отрезки времени для всех выступающих.

Лиутпранд – монах, живший в восьмом веке во французском Шартре, считается первым изобретателем песочных часов, хотя, как можно увидеть, в этом случае не учтены более ранние свидетельства истории возникновения часов. Широкого распространения в Европе подобные часы достигли лишь к XV столетию, о чем свидетельствуют письменные упоминания о песочных часах, найденные в журналах судов того времени. Часов песочных первые упоминания говорят и о большой популярности их использования на кораблях, поскольку движение судна никак не могло повлиять на работу песочных часов.

Использование в часах гранулированных материалов, таких как песок, значительно увеличило их точность и надежность по сравнению с клепсидрами (водяными часами), чему, помимо прочего, способствовала невосприимчивость песочных часов к воздействию температурных изменений. В них не образовывался конденсат, как это происходило в часах водяных. Часов песочных история не ограничилась средними веками.

По мере повышения спроса на «отслеживание времени», недорогие в производстве и поэтому очень доступные песочные часы, продолжали использоваться в различных сферах и дожили до сегодняшних дней. Что правда, сегодня песочные часы изготавливаются больше в декоративных целях, чем для измерения времени.

Механические часы

Греческий астроном Андроник руководил строительством Башни Ветров в Афинах в первом веке до нашей эры. Это восьмиугольное сооружение сочетало в себе солнечные часы и механическое устройство, которое состояло из механизированной клепсидры (водяных часов) и индикаторов ветров, откуда и название башни. Вся эта сложная конструкция, помимо показателей времени, способна была отображать сезоны года и астрологические даты. Римляне, примерно в это же время, также применяли механизированные водяные часы, но сложность таких комбинированных устройств, предшественников механических часов, не давала им преимущества, в сравнение с более простыми часами того времени.

Как уже упоминалось ранее, попытки соединить водяные часы (клепсидры) с неким механизмом успешно осуществлялись в Китае в период от 200 до 1300 годов, результатом чего стали механизированные астрономические (астрологические) часы. Одну из самых сложных башен-часов построил китаец Су Сен в 1088 году. Но все эти изобретения нельзя было назвать механическими часами, а скорее симбиозом водяных или солнечных часов с механизмом. Тем не менее, все сделанные ранее наработки и изобретения и привели к созданию механических часов, которыми мы пользуемся и сегодня.

История часов полностью механических начинается в X веке (по другим данным раньше). В Европе употребление механического механизма для измерения времени начинается в XIII веке. Первые такие часы функционировали в основном с помощью системы весов и противовесов. Как правило, часы не имели привычных нам стрелок (или имели только часовую), а производили звуковые сигналы, вызываемые ударом в колокол или гонг через каждый прошедший час или меньший промежуток времени. Таким образом, первые механические часы сигнализировали о начале какого-нибудь события, например процедуры богослужения.

Самые первые изобретатели часов, несомненно, имели некоторые научные наклонности, многие из них были известными астрономами. Но часов история также упоминает ювелиров, слесарей, кузнецов, плотников и столяров, которые внесли свой вклад в производство и усовершенствование часов. Среди сотен, если не тысяч, людей, которые внесли свою лепту в разработку механических часов, три были выдающиеся: Христиан Гюйгенс, голландский ученый, который был первым (1656), кто использовал маятник, чтобы регулировать движение часов; Роберт Гук, англичанин, который изобрел анкерный якорь для часов в 1670-х годах; Питер Генлейн, простой слесарь из Германии, который на рубеже XV столетия разработал и использовал горнила, что позволило изготавливать часы небольших размеров (изобретение получило название «нюрнбергские яйца»). Кроме того, Гюйгенсу и Гуку приписывают изобретение спиральных пружин и балансировочного колеса для часов.