Путешествие в историю математики - Свечников А. А. 1995

Усовершенствование часов

Солнечные часы показывают время недостаточно точно и толь­ко в солнечные дни. А людям нуж­но знать его в любую погоду и в любое время суток. Вот почему вслед за солнечными были изоб­ретены водяные, песочные, огненные и другие часы.

До наших дней сохранилось вы­ражение: «Много воды утекло с тех пор». Здесь речь идет о той во­де, которая прошла через водя­ные часы, т. е. о прошедшем времени. Кто именно изобрел первые водяные часы, неизвестно, но ими пользовались уже в Древнем Египте.

Изготовить водяные часы не­трудно. Надо в дне банки сделать маленькое отверстие. Под банку подставить бутылку с горизон­тальными делениями на равных расстояниях друг от друга. Затем наполнить банку водой и просле­дить, через сколько времени жид­кость в бутылке будет поднимать­ся от одной метки до другой. Это время написать против каждой черточки. Вот часы и готовы.

В некоторых городах Средней Азии еще в прошлом веке суще­ствовали водяные часы. На сту­пеньках каменной лестницы сто­яло друг под другом несколько медных котлов. Верхний котел был наполнен водой, которая медленно переливалась из него во второй котел, из второго в тре­тий и т. д. Служитель, наблюдав­ший за водяными часами и днем и ночью, громко объявлял каждый час и вывешивал табличку, на ко­торой указывалось, сколько вре­мени прошло от полуночи или от полудня.

Подобно водяным часам дела­ли и песочные. Они состояли из двух расположенных один над другим сосудов, из которых верх­ний наполняли мелким сухим пес­ком. Песок медленно пересыпался из верхнего сосуда в нижний за определенное время. И до сих пор в некоторых лабораториях и про­цедурных кабинетах иногда при­меняют песочные часы. Долгое время песочные часы использо­вали на кораблях. Песок пересы­пался из одной емкости в другую. Вахтенный матрос переворачи­вал часы и ударом в колокол от­мечал прошедшее время. Так как песочные часы были стеклянные, то сохранилось выражение: бить склянки.

Старинные песочные часы.

У водяных и песочных часов должен был постоянно дежурить человек. А людям хотелось, что­бы часы сами подавали сигнал че­рез определенное время. Грече­ский философ Платон, живший в IV в. до н. э., изобрел ночные ча­сы — своеобразный водяной бу­дильник. Он состоял из двух вме­стительных сосудов, расположен­ных один над другим. В верхний сосуд равномерно поступала во­да. Когда она достигала опреде­ленного уровня, то под ее давле­нием открывалась гибкая за­движка в трубке, которой были соединены оба сосуда. При этом в нижнем сосуде воздух сжимался и с силой вырывался через вто­рую трубу, издавая довольно сильный звук. По сигналу этого будильника ученики Платона со­бирались на занятия в академию. Подобные часы греки называли клепсидра.

Древние китайские песочные часы.

В Китае был изобретен огнен­ный будильник. Медленно тле­ющий стержень из опилок, скле­енных смолой, укладывали над звонкой продолговатой чашкой, заранее рассчитав, сколько часов он будет гореть. На ниточке, пере­кинутой через стержень, над ча­шечкой подвешивали два грузи­ка. Как только огонь доходил до ниточки, она перегорала, грузики падали в чашечку и издавали ме­лодичный звон.

В середине I в. до н. э. в Греции Ктесибием были изобретены бо­лее точные водяные часы. Глав­ной частью их был сосуд, в кото­рый равномерно поступала вода. Уровень ее в сосуде постепенно повышался и поднимал легкий по­плавок, на котором была укрепле­на стрелка, указывающая на вра­щающийся барабан. На последнем были проведены линии, против ко­торых обозначены часы и минуты.

Часы с колокольным боем русского умельца Базина.

Огненный будильник Древнего Китая.

Некоторые водяные часы со стрелкой внешне выглядели ина­че. Стрелку укрепляли на торце вала, через который был переки­нут шнур с поплавком на одном конце и грузом на другом. Попла­вок плавал в сосуде с водой, уро­вень которой постепенно повы­шался, так как в него равномерно вливалась вода из другого сосу­да. С повышением уровня воды поднимался поплавок, а шнур, перемещаясь, поворачивал вал вмеcте со стрелкой.

Следует заметить, что прежде, чем изобрести приборы, отсчиты­вающие секунды, люди обнару­жили естественный счетчик, приблизительно соответству­ющий этой мере времени, — пульс в кровеносных сосудах человека. У здорового взрослого человека он делает приблизительно 60 уда­ров в минуту, и, следовательно, промежуток между ударами со­ставляет одну секунду. Весьма вероятно, что 60 ударов пульса в минуту послужили поводом для деления минуты на 60 секунд. Но все же вести отсчет секунд, поль­зуясь пульсом, было неудобно; на­до было изобрести прибор, отсчи­тывающий секунды.

Значительно более точными по сравнению со всеми предшеству­ющими часами стали колесные, а вернее, механические часы. Пер­вое упоминание о них относится к концу XIII в. Первые колесные ча­сы не имели маятника, и поэтому их ход был неточен, они постоян­но нуждались в регулировке.

В 1583 г. итальянский ученый Г. Галилей открыл, что время од­ного качания маятника зависит не от того, как далеко отвести его от положения равновесия, а только от длины самого маятника. Это открытие позволило сконстру­ировать достаточно совершенный прибор. В1612 г. в Праге изготови­ли часы с маятником. Такие часы были очень точным механизмом и за год могли допустить ошибку не более чем на 1 секунду. Однако и такая точность в наше время уже не удовлетворяла современную науку и технику. Поэтому были сконструированы атомные часы, у которых ошибка в отсчете време­ни в 100 раз меньше, чем в меха­нических часах с маятником.

Первые механические часы с боем стоили очень дорого. И все- таки ими пользовались в больших городах. Так, в летописи упоминается, что в 1404 г. в Московском кремле были установлены колес­ные часы. По ночам, когда на баш­не били часы, по всему городу раз­носился стук и трезвон. Это сто­рожа на каждой улице, услышав бой часов, ударяли соответству­ющее количество раз в подве­шенные доски или скороводы.

Водяные часы (клепсидра).

Слева — механизм часов с боем (наиболее ранний из известных), XIVв., Италия. Справа — наиболее ранний башенный часовой механизм, 1386 г., Солсберийский собор, Англия.

В XVIII в. на Спасской башне в Кремле были установлены более точные маятниковые часы, при­обретенные по приказу Петра I в Голландии.