История измерений

Важнейшим и самым распространенным простейшим прибором измерения времени были солнечные часы – единственные из перечисленных видов часов, основанные на суточном движении Солнца. Древний человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от предметов и положением Солнца на небе и поэтому ориентировался в текущем времени по Солнцу. Первые часы - приборы для измерения текущего времени в единицах, меньших, чем одни сутки, были солнечными. Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска - гномона, неизвестна. Сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э. считают самым первым упоминанием о солнечных часах.

В солнечных часах использовался постоянный периодический процесс вращения Земли.

Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле или плоском камне - кадране, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. Но солнечные часы работали только днем и только в ясную погоду, когда светит солнце, да и то недостаточно точно.

Солнечные часы в Запретном городе, Пекин

Водяные часы, огненные часы – свечи с нанесенными на них делениями, и песочные часы могли работать в любое время суток и в любую погоду. Они обеспечивали точность измерения времени уже ± 15-20 мин.

Клепсидра - древнейшие часы. В дне сосуда с водой просверлена дырочка, куда вставлена трубочка маленького диаметра. Вода по ней медленно стекает и падает в другой сосуд, на стенки которого нанесены деления. Роль часовой стрелки выполняет уровень воды. Чем выше он поднимается, тем больше "натекло" времени.

Клепсидра

Ктезибий (ок. 2-1 вв. до н. э.) - древнегреческий механик из Александрии изобрел водяные поплавковые часы. У них циферблат и одна стрелка. Равномерная струя воды текла в сосуд высотой 3 метра, в котором поднимался поплавок – фигурка со стрелкой – палочкой в руке. Палочка направлялась на циферблат, на котором можно было отсчитывать текущее время.

Водяные часы Ктесибия

Песочные часы - простейший прибор для отсчета промежутков времени, состоящий из двух сосудов, соединенных узкой горловиной, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких часов.

Песочные часы

В качестве так называемых "огненных" часов использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.

Надежные часы были необходимы прежде всего церкви - для уточнения времени богослужения. Сначала с этой задачей более или менее успешно справлялись солнечные часы, со временем их заменили башенные часы с боем.

Следующий этап в измерении времени – изобретение механических – башенных колесных часов приписывается монаху Герберту Аврилакскому, позднее ставшему Римским папой Сильвестром II ((950- 1003 гг.). В механических часах использовался постоянный периодический процесс колебаний маятника. В них привод часов осуществлялся гирей, создававшей постоянную силу тяги. Вес гири посредством колесной передачи приводил в действие вращающееся коромысло. Баланс таких часов не имел собственного периода колебаний, поэтому они были не очень точны.

На циферблатах таких часов была только одна стрелка - часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово "clock" - от латинского "clocca" - "колокол"). Позднее к часовой стрелке прибавилась вторая – минутная. Часы идут по часовой стрелке - слева направо - потому что именно в этом направлении движется тень солнечных часов. Однако существуют часы, у которых стрелки двигаются "против часовой стрелки".

В 1288 году уже ходили железные башенные Вестминстерские куранты.

Часы Биг Бен в Лондоне

(Биг-Бен - это название не башни, а 13-тонного колокола, который звонит внутри). В середине XIV в городах Европы строили городские колокольни с часами. Ее колокола отбивали церковные часы, время коммерческих сделок и работы ремесленников. Время необходимо было знать и в мануфактурах, где результат работы зависел от точного соблюдения продолжительности отдельных технологических процессов.

Часы на Пражской ратуше (фото автора)

Механические колесные часы надежно работали только на суше, для морских путешествий они не были приспособлены.

В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. Точность часов значительно возросла, но перевозить такие часы все равно было нельзя. В 1670 году был изобретен анкерный спуск, обеспечивавший равномерный ход часового механизма.

Компактные переносные механические хронометры стало возможным изготовлять после изобретения Гюйгенсом в 1675 году вращательного балансира и использования пружины вместо гирь. Сочетание крутильного маятника, спиральной пружины и анкерного спуска открыло дорогу созданию массовых малогабаритных часов, морских хронометров и значительно повысило точность астрономических наблюдений.