Історія годин
Механічні годинники - провісники народження.
Весь розвиток механіки як науки в Середні століття, було направлено на створення і розвиток пристроїв вимірювання часу або, простіше кажучи, механічних годинників. Народження та історія вдосконалення годинникових механізмів, були викликані потребами суспільства. Механіка як наука ініціювала соціальний прогрес. Скільки пафосу в простому на сьогоднішній день понятті - механічні годинники.
Механічні годинники були потрібні всім, церкви - для уточнення часу початку богослужіння. Спочатку з цим завданням успішно справлялися сонячні години, але згодом їх замінили баштові механічні годинники з боєм. Можна припустити, що перші механічні годинники не мали циферблата, а мали тільки один дзвоновий бій, звуком сповіщаючи настання години молитви.
Але і в світських справах потрібно знати точний час! За переказами, королівський намісник в Артуа, що у Франції, дав в 1355 році дав жителям містечка Эрсюр-ля-Лис дозвіл побудувати міську дзвіницю, щоб її механічні годинники відбивали не церковні служби, а час комерційних угод та години роботи ткачів і сукнарів. Точний час хотіли знати і на виробництвах, де результат роботи залежав від часу тривалості технологічних процесів.
У всіх таких випадках не можна обійтися без механічних годинників. Міжнародна торгівля, теж, без механічних годинників обійтися не могла, значне розширення морських торгових шляхів вимагало точних методів навігації. Широту місцевості визначали з допомогою астрономії, але для визначення довготи з допомогою розрахунку за зірками потрібна прив'язка до часу. Необхідна для цього точність вимірів часу була недосяжною навіть у XVIII столітті. І тільки з появою механічних годинників, налаштованих на астрономічний час у відомій точці Землі, порівнюючи його з часом на судні, розрахувати довготу місцевості.
Для виробництва механічних годинників, якими були перші зразки, потрібні набагато більш точні верстати, ніж весь колишній інструментарій. Сучасне точне машинобудування народилося з майстерності механіків годинникарів.
Водяні годинники
Сонячні годинники були простим і надійним покажчиком часу, але страждали деякими серйозними недоліками: їх робота залежала від погоди і була обмежена часом між сходом і заходом Сонця.
Немає сумнівів, що з-за цього учені стали знаходити інші шляхи вимірювання часу, не пов'язані з наглядом небесних тел. Також зрозуміло, що нові прилади вимірювань часу повинні були принципово відрізнятися від сонячних годин.
Одиниця часу для сонячних годин виводилася з обертання Землі та її руху навколо Сонця, для зіркових - з видимого руху зірок. Нові хронометричні прилади (рідинні, піскові, повітряні, вогневі та ін) мали штучний еталон одиниці часу у вигляді його інтервалу, необхідного для витікання, втікання або згоряння певної кількості речовини.
Подібно сонячним годинником, ця група найпростіших годин пройшла довгий шлях розвитку, що супроводжувався відкриттям цікавих принципів дії і конструктивних елементів. Адже вимірювання часу за допомогою годинника «втікання» або «витікання» було досить важкою справою: вони повинні були мати багато шкал або спеціальних пристроїв для регулювання надходження або витікання води. Деякі з них, наприклад зубчасті передачі, ролики, ланцюгові підвіски і гирі, знайшли застосування в подальшій ері хронометрії - ері механічних годинників. Водяні годинники зайняли після сонячних друге місце за кількістю і були найважливішими в цій групі найпростіших годин.
У літературі часто йдеться про них як про «клепсидрах». Ця назва походить від поєднання двох грецьких слів klepto - брати і idor - вода. Багато хто, судячи по грецькому найменуванню, помилково вважають, що саме в Греції вони були придумані. Проте справа йде не так: у примітивному вигляді водяні годинники були відомі єгиптянам, у яких збереглися, по всій ймовірності, найстаріші водяний годинник у світі. Вони були виявлені в 1940 р. в храмі Амона в східних Фебах, а зараз зберігаються в музеї Каїра.
На внутрішній поверхні їх алебастрового корпусу наколками позначено 12 часових шкал для виміру часу у відповідних місяцях.
Пам'ятайте, що сонячні години дають різну тривалість години в різні місяці? Це й було враховано в єгипетських водяних годинниках. Посудину заповнювали до самого верху водою, яка потім витікала через невелике придонное отвір. Однак є і загадка. Справа в тому, що найсуттєвішою проблемою при створенні таких годин була - відпрацювання такої форми посудини, яка забезпечувала б витікання води з рівномірним зниженням рівня.
Згадані Єгипетські годинник вже давали достатню рівномірність зниження рівня, хоч і з деякою похибкою. Це наводить на думку, що вони хоч і найдавніші, але все ж не перші.
В античній Греції водяні годинники застосовували для регламентації часу, наданого ораторам під час судових процесів. Ці годинники були, по суті, великими амфорами, внутрішня поверхня яких мала форму, утворену обертанням параболи або еліпсоїда, що знову показує їх пізніше походження: адже встановити залежність швидкості витікання від висоти стовпа води і форми посудини змогли тільки в середні століття. Схоже на марення Фоменко!
Амфора висотою близько 1 м і шириною трохи більше 40 см вміщала близько 100 л води.
При діаметрі отвору закінчення 1.4 мм було потрібно майже 10 годин на повне спорожнення судини. У воді перебував поплавок з прикріпленим до нього довгим стрижнем, який виступав над краєм судини. На стержні було викарбувано шкала. Час, що минув після початку витікання води, вказувалося на цій шкалі. Поплавок опускався в амфорі рівномірно, оскільки зниження швидкості витікання компенсувалося зменшуваним внутрішнім діаметром судини.
Те, що клепсидра не залежала від світла Сонця, зробило з водяних годин прилад, придатний для безперервного вимірювання часу і вдень, і вночі. До того ж стало можливим розвивати деякі механічні елементи. Почалося змагання конструкторів у винаході дотепних гідравлічних і пневматичних механізмів: для звукової сигналізації про час, для освітлення годин вночі; такі елементи можна знайти у цілого ряду водяних годин арабського походження. В руках обдарованих уявою майстрів виникли видатні твори, що відрізняються високою художньою цінністю і оригінальною функціональністю.
Воістину легендарною постаттю серед майстрів з виготовлення «клепсидр» вважається відомий грецький механік Ктесібій Олександрійський, який жив приблизно за 150 років до н. е. Римлянин Вітрувій навіть називає його винахідником водяних годин. Збереглися повідомлення про двох виготовлених Ктесибієм годинах, які через особливих достоїнств заслуговують хоча б короткого опису. У годиннику, що приводилися в дію водяним колесом, Ктесібій використав передачу сил і руху зубчастим механізмом, проект якого теоретично намітив ще Аристотель (як вважають, в IV столітті до н. е..). Зубчаста передача з'єднувала провідний механізм зі шкалою, розташована на циліндричній поверхні поворотної колони і розділеної вертикальними прямими на чотири основні поля.
Система з 24 похилих ліній утворювала, годинну шкалу для вимірювання планетних годин. Колона зі шкалою, що приводиться водяним колесом, обертаючись навколо своєї осі, здійснюючи один оборот в рік. Тому і камери водяного колеса в нижній частині годин заповнювалися водою повільно, причому вода подавалася в невеликій кількості по особливому трубопроводу. Статуетка зі стрілкою рухалася з допомогою спеціального поплавкового механізму, керованого інший статуеткою, що знаходиться на іншій стороні годин. Сльози, краплі води, що падають з очей статуетки, - накопичувалися в збірники підставки, звідки через трубопровід текли в поплавцеву камеру стрілочного механізму. Крім того, ці годинники мали ще спеціальний пристрій, який через певні інтервали викидало на чашку дрібні камінці, що було звуковою сигналізацією.
Другі годинник Ктесибия відрізнялися від перших тим, що їх стрілка на верхній частині з циферблатом управлялася поплавцем, підвішеним на ланцюгу, навернути навколо валу стрілочного покажчика. Місячний календар з зодіаком в нижній частині годин теж приводився в рух водяним колесом, камери якого були закріплені безпосередньо на задній стороні зодіакальної плити. Але найцікавіше, що такі годинники були зроблені і описані в творі «De dolaribus horologies», виданому в Парижі в 1560 р.
До творів високої художньої творчості, безперечно, належать бронзові водяні годинники, виготовлені в період 799-807 рр., які Гарун-аль-Рашид послав у подарунок Карлу Великому. Ці годинники з багатими орнаментальними прикрасами, мали циферблат, і кожну годину проголошували звуковим ударом металевого кулі, який вискакував з них на декоративну решітку, а опівдні в годинах відкривалися ворота, і з них виїжджали лицарі. Подібна техніка автоматичних рухомих фігур була розвинена в Європі багато пізніше - в період готики, з другої половини XII століття. А до речі, лицарі як стан, з усіма притаманними їм атрибутами, з'явилися не раніше XI століття.
В Індії водяні годинники називалися «яла-янтра». Це були переважно годинник «закінчення» з невеликим отвором у дні. При сході Сонця їх заповнювали водою, яка потім випливала, так що до вечора процес заповнення і витікання води повторювався 5-6 разів.
Вважається, що близько 725 р. з'явилися водяні годинники в Китаї, їх зробив І-Хсинга. Верхом досконалості, безсумнівно, був проект великих пагодных астрономічних водяних годин, розроблений в 1090 р. і здійснений Су-Сунгом в провінції Хонан, тодішньої столиці Китайської імперії. Ці годинники мали сигнальний пристрій, схоже на те, яке було у водяних годин Ктесибия. Астрономічна ж їх частина мала форму армиллярной сфери і небесного глобуса. Багато хто вважає, що принцип регулятора ходу пагодных астрономічних годин Су-Сунга став сполучною ланкою між водяними і механічними хронометрическими приладами. Але не слід забувати, яку дикість зустріли в Китаї єзуїти, прийшовши туди. Так що всі ці чудові годинник, швидше за все або більш пізнього походження, або вигадка. І знову вторгся маячня Фоменковцев!
Арабська інженер Аль-Язари написав у 1206 р. книгу, де описав різні механізми. У шести з десяти глав книги він описує водяні годинник з різними фігурними елементами, а в інших розділах знайомить читачів з деякими видами вогневих свічкових годин. Аль-Язари волів фігурне зображення часу, на відміну від наступних конструкторів, які перейшли на цифрові індикатори. Вказівний механізм водяних годин Аль-Язари складався з скульптурних зображень чотирьох павичів: старий павич, два молодих павича і над ними пава. Ця фігурна частина доповнювалася зверху 15 скляними кулями.
Як же працював механізм управління павичами? Вода витікає з бака в посудину, закріплений в підвісці так, щоб після його наповнення він у певний момент перекинувся, причому його вміст переливалося б в нижню ванну і текло б звідти на лопаті водяного колеса. Водяне колесо приводить у рух передавальний механізм, з'єднаний з павичем, і він починає свій рух. Від води діє і звуковий механізм флейт, і приводний пристрій молодих павичів. Водяне колесо за допомогою тяг відхиляє павичів від їх початкових положень, а вода, що витікає з ванни під водяним колесом у нижній бак, вичавлює з нього повітря на язичок флейт. Цей опис дає уявлення про дотепності авторів та складності приладів, які арабський світ знав набагато раніше, ніж подібні елементи з'явилися в Європі.
Крім сонячних і водяних, з початку XIII століття з'явилися і перші вогневі, або свічкові, годинник. Це тонкі свічки довжиною близько метра з нанесеною по всій довжині шкали. Вони порівняно точно показували час, а в нічні години ще й висвітлювали житла церковних і світських сановників, в тому числі таких правителів, якими були в середині XIII століття Людовик Святий, а в XIV столітті - Карл V. До бічних сторін свічки іноді прикріплювали металеві штирі, які по мірі вигоряння і танення воску падали, і їх удар по металевій чашці підсвічника був свого роду звуковою сигналізацією часу.
Протягом цілих століть також і рослинну олію служило людям не тільки для харчування, але і в якості світильного матеріалу, і як основа для масляних лампадных годин. Як правило, це були прості лампади з відкритою гнотової пальником і зі скляною колбою для масла, забезпеченою годинною шкалою. Обсяг колби підбирали так, щоб її вмісту вистачило для безперервного світіння між 6 годинами вечора і 8 годинами ранку. Товщиною і довжиною палаючого гнота регулювали величину полум'я і витрата масла так, щоб пониження рівня масла в колбі відповідало нанесеним на неї позначень часу. Початкові циліндричні або злегка опуклі скляні судини під масло були джерелом певної похибки у вимірюванні часу. Справа в тому, що ввечері з-за більш високого рівня масла його тиск викликало більш швидке вигоряння, чим ближче до ранку. Тому лампадные годинник більш пізнього походження мали скляну колбу у вигляді розширеної догори груші, щоб таким чином хоча б частково вирівняти швидкість згорання масла і забезпечити точність визначення часу.
Визначити час появи таких годин складно, однак можна сказати напевно, що сталося це не раніше, ніж навчилися виробляти в достатній кількості скло.
Найбільше лампадных годин було в Китаї, який взагалі вважається колискою всіх видів вогневих годин. Крім всякого роду лампадных годин, тут пізніше з'явилися газосветные годинник, які китайці полюбили настільки, що деякі їх типи зберігалися аж до XX століття. До цих пір в Китаї розповідають, що приблизно 3000 років тому Фо-хі, «батько Китаю» і його перший імператор, створив перші вогневі годинник, щоб з їх допомогою вимірювати денний і нічний час.
Існував і інший тип вогневих годин, так звані ґнотові. Їх головною частиною був гніт у вигляді довгої металевої палички, покритої шаром дьогтю з дерев'яними тирсою. Жар тліючих тирси, підпалених на одному кінці палички, поступово пережигал тонкі, поперечно натягнуті волокна з підвішеними до них кульками, які падали в металеву чашку. Іноді гніт згортали в спіраль, форма якої вже сама по собі заміняла годинну шкалу.
Найбільш типові для Китаю ґнотові годинник мали форму дракона, в хребті якого зміцнювався спеціальний тримач для палички. Швидкість згоряння гнота залежала від багатьох обставин, і для визначення її був потрібний великий досвід. Такі годинники ніколи не ставилися до приладів, які за точністю можна було б порівняти з сонячними або водяними годинниками. Причому наявність усіх цих годин в Китаї не дає жодної хронологічної позначки і, у всякому разі, не означає їх давнину.
Дата виникнення перших пісочного годинника теж невідома. Але і вони, як і масляні лампадные, з'явилися не раніше, ніж прозоре скло. Вважається, що в Західній Європі про пісочному годиннику дізналися лише наприкінці середньовіччя; одним з найдавніших згадок про них є повідомлення від 1339 р., виявлене в Парижі. Воно містить вказівку по приготуванню дрібного просіяного піску з порошку чорного мармуру, прокип'яченого у воді і висушеного на сонце.
Несмотря на то, что песочные часы появились в Европе столь поздно, они быстро распространились. Этому способствовали их простота, надежность, низкая цена и не в последнюю очередь возможность измерять с их помощью время в любой момент дня и ночи. Их недостатком был сравнительно короткий интервал времени, который можно было измерить, не переворачивая прибора. Обычные часы были рассчитаны на полчаса или час, реже - на 3 часа, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы на 12 часов хода. Не давало улучшения и соединение нескольких песочных часов в одно целое.
Як і вогневі, пісочний годинник ніколи не досягали точності сонячних. Крім того, при тривалому користуванні ними їх точність змінювалася, оскільки зерна піску поступово дробилися на більш дрібні, а отвір в середині діафрагми, навпаки, поступово истиралось і збільшувалася, так що швидкість проходження піску через них ставала більшою.
