Поначалу человеку хватало наблюдений за повторяющимися явлениями: за сменой дня и ночи, движением Солнца по небу, регулярной сменой сезонов. Земледельцу важно было знать, когда начинать посев, мореплавателю — находить ориентиры по небесным телам, а жрецам — определять время обрядов и астрономических событий. Постепенно такие наблюдения за природными циклами сложились в систему счёта. Так появились деления суток, а позже — часы, минуты и секунды.
Первые приборы: тень, вода и песок
Разные народы независимо друг от друга искали способы измерять время, используя то, что было доступно: движение тени, течение воды, пересыпание песка или горение материалов.
Солнечные часы: от простого столба до гномона
Самый простой способ узнать время — посмотреть на тень. Древнейшие известные египетские теневые часы датируются примерно XVI веком до н. э. Вертикальный столб отбрасывал тень, и по её направлению и длине можно было судить о положении Солнца.
Позже эту идею развили в более сложных устройствах. В солнечных часах с размеченным циферблатом особый указатель — гномон — отбрасывал тень на поверхность с делениями. По тому, где оказывалась тень, определяли время суток.
У таких часов был понятный недостаток: ночью они не помогали, а в облачную погоду становились почти бесполезными.
Водяные часы: время без Солнца
Эту проблему решали водяные часы, или клепсидры. Самые древние свидетельства их применения относятся к Египту и Вавилону и датируются примерно XVI веком до н. э.
Устройство было простым: вода вытекала из сосуда через отверстие, а по тому, насколько менялся её уровень, определяли прошедшее время.
Клепсидра работала и ночью, и в помещении — там, где солнечные часы были бесполезны. Водяные часы использовали судьи, ораторы и военные, например чтобы отмерять длительность речи или какого-либо действия.
У ранних клепсидр была своя слабость: вода не всегда вытекала с одинаковой скоростью. Из-за этого точность оставалась ограниченной.
Песочные и огневые часы: измерение нужного промежутка
Песочные часы решали несколько иную задачу: они отмеряли заданный интервал — например, час или несколько минут. Самое раннее достоверное изображение такого прибора — фреска Амброджо Лоренцетти «Аллегория доброго правления», созданная в 1338 году в Сиене. Письменное упоминание морских песочных часов относится примерно к 1345 году.
Особенно удобны они были на кораблях: качка мешала водяным часам, а песок продолжал пересыпаться из одной колбы в другую. Когда песок заканчивался, прибор просто переворачивали.
Были и огневые часы. Время по ним определяли по скорости горения свечи или верёвки с узлами: каждый сгоревший участок соответствовал определённому промежутку.
Механические часы: шестерёнки меняют распорядок дня
Первые механические часы появились в Европе в конце XIII века. Это были крупные конструкции с гирями: гиря опускалась под действием силы тяжести и приводила в движение систему шестерёнок.
Точность таких часов была невысокой: они позволяли лишь приблизительно ориентироваться во времени и не давали надёжно отсчитывать минуты. Поэтому обычно у них была только часовая стрелка или же время обозначалось боем. Скорость механизма регулировал спусковой механизм, который попеременно останавливал и отпускал зубчатое колесо, не давая ему вращаться слишком быстро.
Ещё в конце XI века китайский учёный Су Сун создал в Кайфэне сложную башню с водяными часами и астрономическими функциями. Позже в Европе башенные часы ставили на соборах и ратушах, и их бой слышал весь город.
Время становилось общим ориентиром. По нему можно было назначать богослужения, работу рынков и судебные заседания.
Маятник Гюйгенса: часы становятся точнее
Чтобы понять, как часы начали идти точнее, нужно разобраться с их главным элементом — спусковым механизмом, или эскапементом. Он дозирует передачу энергии от гири или пружины к механизму. Каждый «тик» — это один небольшой шаг зубчатого колеса. Без спуска колёса просто прокручивались бы под действием накопленной энергии.
В 1656 году нидерландский учёный Христиан Гюйгенс построил первые работающие маятниковые часы. Он использовал маятник как регулятор хода. Период колебаний маятника зависит прежде всего от его длины и ускорения свободного падения. Благодаря этому маятник задавал механизму гораздо более стабильный ритм.
Точность часов резко выросла: суточная погрешность уменьшилась примерно с 15 минут до 15 секунд.
Позже точные механические часы стали важны и для навигации. В XVIII веке морские хронометры помогли решить одну из главных проблем эпохи — определять долготу в открытом море.
Карманные и наручные часы: время становится личным
Большие башенные часы нельзя было взять с собой. Для создания компактного механизма понадобилось заменить гиревой привод пружинным. Закрученная пружина накапливала энергию и постепенно отдавала её часовому механизму. Это позволило уменьшить размер устройства и сделать его переносным.
Карманные часы появились в XVI веке. Теперь человеку не нужно было искать ближайшую башню или ориентироваться по церковному колоколу: время можно было носить с собой.
Первые современные наручные часы появились в XIX веке. Массовое распространение они получили позже — в том числе благодаря Первой мировой войне. Военным было удобнее посмотреть время на запястье, чем доставать устройство из кармана, особенно во время управления техникой или ведения боя.
Параллельно точные морские хронометры использовали для навигации. Если знать точное время на Гринвичском меридиане и сравнить его с местным временем, можно определить долготу корабля.
Кварцевые и атомные часы: когда важны уже не минуты
В XX веке часы стали гораздо точнее. На смену механическим регуляторам пришли кварцевые резонаторы, а затем атомные часы.
Кварцевый резонатор: вибрация вместо маятника
Механические часы задают ритм с помощью маятника или баланс-колеса. Эти детали подвержены влиянию температуры, положения часов и износа.
В кварцевых часах ритм задаёт кристалл кварца. Под действием электрического сигнала кристалл кварца начинает колебаться со стабильной частотой. Электронная схема считает колебания и преобразует их в сигнал для стрелок или цифрового дисплея.
Первый такой механизм появился в 1927 году, а массовым стал во второй половине XX века.
Он оказался точнее большинства механических часов и при этом дешевле в производстве.
Атомные часы: как измерять время с невероятной точностью
Атомные часы используют свойства атомов. С 1967 года секунда в Международной системе единиц определяется через атом цезия-133: одна секунда — это длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего этому переходу.
Цезий даёт настолько стабильный частотный эталон, что атомные часы стали основой современной системы измерения времени. При этом в лабораториях уже существуют оптические часы, которые потенциально могут быть ещё точнее.
Атомное время используется в спутниковой навигации, телекоммуникациях и компьютерных сетях. Например, GPS рассчитывает положение устройства по сигналам спутников, синхронизированных с помощью атомных часов.

- сразу в цитатник  [x]
- редактировать  

Понравилось? Поделись с друзьями: