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.
.jpg)
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?
История создания часов
насчитывает несколько тысяч лет. Издавна человек пытался измерить время, сначала по дневному и ночному светилам и звездам, затем с помощью примитивных приспособлений и, наконец, применяя современные высокоточные сложнейшие механизмы, электронику и даже ядерную физику.
История развития часов это непрерывное совершенствование точности измерения времени. Достоверно известно, что в Древнем Египте измеряли время в сутках, разделяя его на два периода по 12 часов. Есть также сведения, что современная шестидесятиричная модель измерения пришла из Шумерского Царства около 2000 года до нашей эры.
Солнечные часы.
Принято считать, что история создания часов начинается с изобретения солнечных часов или гномона . Такими часами представлялось возможным измерять только дневное время, так как в основе принципа их действия лежала зависимость расположения и длины тени от положения солнца.
Водяные часы.
История создания водяных часов начинается в Древней Персии и Китае около 2500 - 1600 года до нашей эры. А оттуда, вполне вероятно с торговыми караванами, водяные часы были завезены в Египет и Грецию.
Огневые часы.
Огненными часами пользовались около 3000 лет тому назад в Китае, во времена первого императора этой страны по имени Фо-хи. Распространены огневые часы были в Японии и Персии.
Песочные часы.
Создание песочных часов датируется приблизительно около III века до нашей эры во времена ученого Архимеда. Местом их изобретения долгое время считалась Древняя Греция, однако некоторые археологические находки позволяют предполагать, что первые песочные часы были созданы жителями Ближнего Востока.
Механические часы.
История создания первых механических часов начинается в 725 году нашей эры в Китае и является значимым событием в истории развития часов. Хотя, еще ранее, предположительно во II-м веке до нашей эры в Древней Греции, был создан механизм, позволяющий отслеживать с большой точностью положения небесных тел. Этот механизм состоял из 30 шестеренок помещенных в корпус из дерева, на лицевой и тыльной сторонах которого имелись циферблаты со стрелками. Этот древнейший механический календарь можно определить как прототип первых механических часов.
Электрические часы.
С открытием электричества берет свое начало история электрических часов, изобретенных в середине XIX века. Создание и дальнейшее развитие электрических часов положило конец неудобству по синхронизации времени в разных частях света.
В 1847 году миру были представлены электрические часы, разработанные англичанином А. Бейном, в основу которых был положен следующий принцип: раскачивающийся посредством электромагнита маятник переодически замыкал контакт, а электромагнитный счетчик, который соединен был системой шестерен со стрелками часов, считывал и ссумировал количество колебаний.
Атомные часы.
В 1955 году история развития часов совершила крутой поворот. Британец Луи Эссен заявил о создании первых атомных часов на цезии-133. Они обладали небывалой точностью. Погрешность составляла одну секунду на миллион лет. Устройство стали считать цезиевым эталоном частоты. Всемирным стандартом времени стал эталон атомных часов.
Электронные часы.
Начало 70-х годов 20-го века является точкой отчета истории создания и развития электронных часов, осуществляющих показ времени не стрелками, а при помощи светодиодов, которые, хотя и были изобретены в середине 20-х годов, практическое применение нашли лишь через десятилетия.
История солнечных часов уже насчитывает не одно тысячелетие, но когда именно люди начали их применять достоверно неизвестно. Установлено, что в Древнем Египте, Вавилоне и Китае такими приборами пользовались ранее, чем за тысячу лет до нашей эры. Первые упоминания об определении времени по солнечным лучам с помощью специального устройства относятся к 1306-1290 гг. до н.э.
Любые солнечные часы имеют циферблат со шкалой и часовую стрелку, называемую гномоном. При этом по их ориентации солнечные часы подразделяются на горизонтальные, вертикальные и экваториальные. Существует множество их модификаций, такие как ступенчатые, кольцевые, пластинчатые, зеркальные, бифилярные и другие.
Солнечные часы это не обязательно диск, имеющий перпендикулярный гномон. Так, циферблат может быль полусферой или кольцом. Универсальными экваториальными часами можно пользоваться на всех широтах. В их конструкции участвуют два перпендикулярных друг другу кольца и гномон. Для определения времени необходимо выставить широту по шкале на одном из колец и установить дату. Затем часы поворачивают вокруг вертикальной оси, до появления на циферблате точки, показывающей время. В этот момент одно кольцо ориентировано на север вдоль меридиана, а второе - параллельно плоскости экватора.
В горизонтальных солнечных часах плоскость циферблата не перпендикулярна гномону, который должен быть параллелен земной оси, а также указывать на север, то есть угол между ними равен широте местности. Горизонтальные часы удобны и просты в установке. Для их использования на другой широте достаточно изменить угол и направить гномон на север.
В Древнем Египте были сконструированы разные модели солнечных часов, например, с горизонтальной шкалой, которая составляла угол 90 градусов с плоскостью местного меридиана, а гномонами их являлись обелиски, высота которых обычно достигала нескольких метров. Для того чтобы по ним узнать время, использовалось направление, которое указывала тень от гномона. Еще одни солнечные часы, именуемые «ступенчатыми», имели две поверхности, наклоненные на восток и на запад и поделенные на уровни. При движении солнца тень перемещалась с одной ступени на другую, и время определялось по ее длине.
В Центральной Европе до XV века широкое распространение получили настенные вертикальные солнечные часы, гномон которых был горизонтальным. Правда точность определения времени по ним была невысока.
В тоже время существовало несколько вариантов дорожных хронометров, например, кольцевые солнечные часы. Они представляли собой два кольца, в одном из которых было отверстие для прохождения солнечного луча, а на другое наносились шкалы месяцев и часов. Были еще пластинчатые часы, в конструктивное решение которых входили две, иногда три, одинаковые пластинки, имевшие прямоугольную форму и скрепленные между собой, при этом на нижней устанавливался компас.
Имеется описание средневековых восьмигранных палок с четырьмя сквозными отверстиями в ручках, в которые для определения времени надо было вставлять металлические стержни. Примерно тогда же появились оконные хронометры. Они относились к вертикальным. Принцип работы солнечных часов заключался в использовании окна ратуши или храма в качестве циферблата с нанесенной полупрозрачной шкалой. Это давало возможность узнавать время, находясь внутри помещения. Зеркальные солнечные часы использовали отраженный с помощью зеркала солнечный луч, который они направляли на стену здания, где находился циферблат.
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.
Loading...