Хто винайшов перший маятниковий годинник. Маятниковий годинник

Чи часто замислюються люди над питанням, коли і хто винайшов маятник, спостерігаючи за коливанням маятника в годиннику? Цим винахідником був Галілео. Після розмов з батьком, (докладніше: ) Галілей повернувся до університету, але вже не на медичний факультет, а на філософський, де викладали математику та фізику. На той час ці науки ще відділялися від філософії. На філософському факультеті Галілей вирішив терпляче вивчити, вчення якого ґрунтувалося на спогляданні та не підтверджувалося дослідами.

Галілей у Пізанському соборі

Винайшов маятник Галілей

Прилад пульсологій

Перший механічний годинник.

Перші згадки про механічний годинник відносяться до кінця VI століття. Швидше за все, це був водяний годинник, в який був вбудований механічний пристрій для приведення в дію додаткових функцій, наприклад механізму бою.

Справжній механічний годинник з'явився в XIII столітті в Європі. Вони ще не були достатньо надійними, тому доводилося постійно перевіряти час сонячним годинником. Їх годинниковий механізм працював, використовуючи енергію вантажу, що опускається, в якості якого довгий час застосовувалися кам'яні гирі. Щоб запустити такий годинник, доводилося піднімати дуже важку гирю на значну висоту.

Варто зазначити, що механічний годинник, створений у XIII-XIV століттях, був дуже великим і використовувався вкрай рідко. Їх встановлювали лише в монастирях, щоб ченці могли вчасно збиратися на службу. Саме ченці і вирішили завдати на коло 12 поділів, кожне з яких відповідало одній годині. Тільки в XVI столітті годинник з'явився на міських будівлях.

У XIV-XV століттях був створений перший підлоговий і настінний годинник. Спочатку вони були досить важкими, оскільки наводилися на дію за допомогою вантажу, який треба було підтягувати кожні 12 годин. Такий годинник виготовляли із заліза, а трохи пізніше з латуні, і по конструкції вони повторювали баштовий годинник.

У другій половині XV століття був створений перший годинник із пружинним двигуном. Джерелом енергії в такому годиннику була сталева пружина, яка під час розкручування повертала колеса годинникового механізму. Перший настільний пружинний годинник був виготовлений невідомим майстром з бронзи. Висота цього годинника становила півметра.

Перший переносний пружинний годинник був зроблений з латуні і мали форму круглої або квадратної коробки. Циферблат такого годинника був горизонтальним. На ньому по колу розміщувалися опуклі кульки з латуні, що допомагало визначати час на дотик у темний час доби. Стрілка була виконана у формі дракона чи іншої міфічної істоти.

Наука продовжувала розвиватися, а разом з нею вдосконалився механічний годинник. У XVI столітті з'явився перший кишеньковий годинник. Такі прилади були великою рідкістю, тому дозволити собі їхнє придбання могли лише багаті люди. Дуже часто кишеньковий годинник прикрашав коштовним камінням. Але й тоді час продовжували звіряти сонячним годинником. Деякий годинник навіть мав два циферблати: з одного боку механічний, а з іншого — сонячний.

У 1657 році Християн Гюйгенс зібрав механічний маятниковий годинник. Вони відрізнялися незвичайною точністю порівняно з усіма існуючими на той час приладами для відліку часу. Якщо до появи маятника точними вважалися години, що відстають або поспішають на 30 хвилин на добу, то тепер похибка становила не більше 3 хвилин на тиждень. У 1674 році Гюйгенс удосконалив регулятор пружинного годинника. Його винахід вимагає створення якісно нового спускового механізму. Трохи пізніше цей механізм вигадали. Ним став анкер.

Винаходи Гюйгенса набули широкого поширення у багатьох країнах. Годинна майстерність почала активно розвиватися. Поступово знижувалася похибка ходу годинника, до того ж заводити механізми можна було вже раз на вісім днів.

У зв'язку з підвищенням точності годинників у 1680 році були створені перші механізми з хвилинною стрілкою. На циферблатній пластині з'явився другий ряд цифр для позначення хвилин, в якому використовувалися арабські цифри. А в середині XVIII століття з'явився годинник із секундною стрілкою.

У цей час у всіх видах мистецтва панував стиль рококо. У годинниковій справі його вплив виявилося у різноманітності форм годинників і матеріалів, що використовуються, різноманіття різьблених візерунків, завитків, зовнішніх прикрас із золота і дорогоцінного каміння. У той же час увійшли в моду каретний годинник. Вважається, що дорожній, або каретний годинник з'явився завдяки французькому механіку і годинникареві Абрагаму-Луї Бреге.

Найчастіше вони мали прямокутну форму зі скляними бічними стінками. Зверху до корпусу кріпилася латунна ручка, яка служила для перенесення годинника. Усі латунні поверхні годинника мали покриття із золота. Варто зауважити, що зовнішній вигляд дорожнього годинника практично не змінювався протягом усього століття.

Завдяки вдосконаленням годинникового механізму в другій половині XVIII століття годинник став більш плоским і зменшився в розмірах. Але, незважаючи на зміни зовнішнього вигляду годинника, вони все ще продовжували залишатися прерогативою обраних. Лише у другій половині ХІХ століття їх почали виробляти у великих кількостях у Німеччині, Англії, США, і навіть Швейцарії.

Механічний годинник розвивався не менше п'яти століть. Сьогодні їх умовно підрозділяють не лише за типом годинникового механізму (маятникові, балансові, камертонні, кварцові, квантові), а й за призначенням (побутові та спеціальні).

До побутових годинників можна віднести баштовий, настінний, настільний, наручний і кишеньковий годинник. Спеціалізовані годинники поділяють залежно від призначення. Серед них можна зустріти годинник для підводного плавання, сигнальний, шаховий, антимагнітний годинник, а також багато інших. Прототипом сучасного механічного годинника є створений у 1657 році маятниковий годинник Х. Гюйгенса.

Проблема виміру часу давно стоїть перед людиною. Сьогоднішнє людське суспільство взагалі не змогло б напевно існувати без годинника - приладів для точного виміру часу. Потяги не змогли б ходити відповідно до розкладу, робітники заводу не знали б, коли приходити на роботу, а коли йти додому. З цією ж проблемою зіткнулися школярі та студенти.

В принципі, відміряти досить великі проміжки часу людина навчилася давно, ще на світанку свого розвитку. Такі поняття, як "добу", "місяць", "рік" з'явилися ще тоді. Першими, хто розділив добу на проміжки часу, були, напевно, стародавні єгиптяни. У їхній добі було 40 унут. І якщо проміжок часу на добу можна виміряти природним чином (це час між двома кульмінаціями Сонця), то для вимірювання більш коротких проміжків часу необхідні спеціальні прилади. Це - сонячний, пісочний і водяний годинник. (Хоча, момент кульмінації Сонця теж без спеціальних приладів не визначиш. Найпростіший спеціальний прилад - це палиця, встромлена в землю. Але про це - якось іншим разом.) Всі ці види годинників були винайдені ще в античні часи і мають ряд недоліків : вони або занадто неточні, або відміряють занадто короткі проміжки часу (наприклад, пісочний годинник, більш відповідний як таймер).

Особливу важливість точне вимір часу набуло в середні віки, в епоху бурхливого розвитку мореплавання. Знання точного часу було необхідне штурману корабля визначення географічної довготи. Тому потрібно було особливо точний прилад для вимірювання часу. Для роботи такого приладу необхідний якийсь еталон, коливальна система, що здійснює коливання за рівні проміжки часу. Такою коливальною системою став маятник.

Маятником називають систему, що підвішена в полі тяжкості і здійснює механічні коливання. Найпростішим маятником є ​​кулька, підвішена на нитці. Маятник має низку цікавих властивостей. Найважливішим із них є те, що період коливань маятника залежить тільки від довжини підвісу і не залежить від маси вантажу та амплітуди коливань (тобто величини розмаху). Цю властивість маятника було вперше досліджено Галілеєм.

Галілео Галілей

Пізанський собор. У центрі знімка - та сама люстра.

Так чи інакше, але на кілька століть вперед еталоном для регулювання ходу годинника став маятник. Маятникові годинники, створені в цей період мали досить високу точність, щоб використовувати їх у навігації і в наукових дослідженнях і просто в побуті. Тільки в середині ХХ століття він поступився місцем кварцового осцилятора, що застосовується майже повсюдно, так як частота його коливань більш стабільна. Для ще більш точного вимірювання часу служить атомний годинник з ще більш стабільною частотою коливань регулятора ходу. Вони для цього використовується цезієвий зразок часу.

Християн Гюйгенс

Математично, закон коливань маятника виглядає так:

У цій формулі: L- Довжина підвісу, g- прискорення вільного падіння, Т- Період коливань маятника. Як бачимо, період Тне залежить від маси вантажу, ні від амплітуди коливань. Він залежить тільки від довжини підвісу і ще від значення прискорення вільного падіння. Тобто, наприклад, на Місяці період коливань маятника буде іншим.

А тепер, як я і обіцяв, даю відповідь на завдання, опубліковане в минулому повідомленні. Для того щоб виміряти об'єм кімнати, треба виміряти її довжину, ширину і висоту, а потім перемножити їх. Отже, необхідний якийсь зразок довжини. Який? Лінійки - то в нас немає! Ми беремо черевик за шнурок і розгойдуємо його як маятник. Секундоміром ми вимірюємо час кількох коливань, наприклад - десяти, і поділивши його число коливань, отримуємо час скоєння одного коливання, тобто - період Т. А якщо відомий період коливань маятника, то з вже відомої вам формули нічого не варто вирахувати довжину підвісу, тобто шнурка. Знаючи довжину шнурка, ми користуючись ним як лінійкою легко обчислимо довжину, ширину і висоту кімнати. Ось таке рішення здавалося б складного завдання!

Дякую за увагу!!!

13/05/2002

Понад триста років тривала еволюція маятникового годинника. Тисячі винаходів на шляху до досконалості. Але в історичній пам'яті надовго залишаться лише ті, хто поставив першу та останню крапку у цій великій епопеї

Понад триста років тривала еволюція маятникового годинника. Тисячі винаходів на шляху до досконалості. Але в історичній пам'яті надовго залишаться лише ті, хто поставив першу та останню крапку у цій великій епопеї.

Годинник з телевізора
Перед будь-якими програмами новин на телебаченні ми бачимо годинник, секундна стрілка якого з великою гідністю відраховує останні миті до початку передачі. Цей циферблат - видима частина айсберга під назвою АЧФ-3, астрономічний годинник Федченка. Не кожен прилад має ім'я конструктора, не про всі винаходи повідомляють в енциклопедіях.

Годинник Феодосія Михайловича Федченка удостоєно такої честі. У будь-якій іншій країні про винахідника такого рівня знав би кожен школяр. А у нас уже 11 років тому тихо і скромно пішов із життя видатний конструктор і ніхто про нього навіть згадує. Чому? Напевно, свого часу був упертий, не вмів лестити й лицемірити, що так не подобалося чиновникам від науки.
Допомогла винайти Федченку знаменитий годинник випадковість. Одна з тих загадкових випадків, яка так прикрашає історію науки.

Дві перші точки в історії маятникових годинників поставили два великих вчених - Галілео Галілей і Християн Гюйгенс незалежно один від одного, що створили годинник з маятником, причому відкриття законів коливання маятника прийшло до Галілея теж випадково. Комусь на голову впаде цегла - і нічого, навіть струсу мозку не станеться, а іншому досить простого яблука, щоб розбудити думка, що дрімала в підсвідомості, для відкриття закону всесвітнього тяжіння. Великі випадковості відбуваються, зазвичай, з великими особистостями.

У 1583 році в Пізанському соборі допитливий юнак на ім'я Галілео Галілей не так слухав проповідь, як милувався рухом люстр. Спостереження за світильниками видалися йому цікавими і, повернувшись додому, дев'ятнадцятирічний Галілей виготовив дослідну установку для дослідження коливань маятників - свинцевих кульок, укріплених на тонких нитках. Власний пульс служив йому добрим секундоміром.

Так, експериментальним шляхом Галілео Галілей відкрив закони коливання маятника, які сьогодні вивчають у кожній школі. Але Галілей на той час був надто молодим, щоб думати про впровадження в життя свого винаходу. Навколо стільки цікавого треба поспішати. І тільки наприкінці життя, старий, хворий і сліпий старий, згадав про свої юнацькі досліди. І його осяяло - приставити до маятника лічильник коливань, - і вийде точний годинник! Але сили Галілея були вже не ті, вчений зміг зробити лише креслення годинника, завершив же роботу його син Вінченцо, який незабаром помер і широкого розголосу створення маятникового годинника Галілеєм не набуло.

Згодом Християну Гюйгенсу все життя необхідно було доводити, що саме йому належить честь створення першого маятникового годинника. З цього приводу в 1673 він писав:
"Дехто стверджує, що Галілей намагався зробити цей винахід, але не довів справу до кінця; ці особи швидше зменшують славу Галілея, ніж мою, тому що виходить, що я з більшим успіхом, ніж він, виконав те саме завдання".

Не так вже й важливо хто з цих двох великих учених "перш" у справі створення годинника з маятником. Набагато важливіше те, що Християн Гюйгенс не просто виготовив черговий тип годинника, він створив науку хронометрію. З цього часу у справі конструювання годинника було наведено порядок. "Кінь" (практика) вже не біг попереду "паровозу" (теорії). Ідеї ​​Гюйгенса втілював у життя паризький годинник Ісаак Тюре. Так побачили світ годинник з різними конструкціями маятників, винайдених Гюйгенсом.

Початок "кар'єри" вчителя фізики
Феодосії Михайлович Федченко, який народився 1911 року, нічого не знав про пристрасті по маятнику трьохсотрічної давності. Та й взагалі про годинник він не думав. Його "кар'єра" розпочалася у бідній сільській школі. Простий учитель фізики змушений був стати мимовільним винахідником. Як же інакше, не маючи належного обладнання, пояснити допитливим дітлахам основоположні закони природи.

Талановитий педагог конструював складні демонстраційні настанови і, ймовірно, його уроки школярі не пропускали. Війна внесла корективу долі молодого винахідника, Федченко став неабияким механіком танкових приладів. І ось перший дзвіночок долі – після закінчення війни Феодосію Михайловичу запропонували роботу в Харківському інституті заходів та вимірювальних приладів, у лабораторії, де серед наукових тем була записана і така: "Пошук можливості збільшення точності ходу годинника з вільним маятником типу "Шорт"".

Його настільною книгою став "Трактат про годинник" Християна Гюйгенса. Так заочно познайомився Ф. М. Федченко зі своїми знаменитими попередниками Християном Гюйгенсом та Вільгельмом X. Шортом.

Передостання точка в історії годинника з маятником була поставлена ​​англійським ученим Вільгельмом X. Шортом. Щоправда, довгий час вважалося, що створити годинник із маятником точніше, ніж годинник Шорта неможливо. У 20-ті роки XX століття вирішили, що еволюцію маятникових приладів часу завершено. Кожна обсерваторія не вважалася достатньо оснащеною, якщо не мала астрономічного годинника Шорта, але платити за них доводилося золотом.

Один екземпляр годинника Шорта придбала Пулковська обсерваторія. Англійська фірма, яка встановила зберігач часу, забороняла до них навіть торкатися, інакше знімала з себе будь-яку відповідальність за налаштування хитрого механізму. У 30-ті роки Головній палаті заходів та терезів у Ленінграді доручили розгадати секрет годинника Шорта і почати виготовляти подібні пристрої власними силами. Талановитий метролог І. І. Кванберг довго розглядав механізм годинника через герметичне скло циліндра і спробував, не маючи креслень, виготовити копію. Копія була досить гарною, але не ідеальною. Всіх англійських тонкощів через скло було неможливо розглянути. Проте до війни на заводі "Еталон" було випущено кілька екземплярів годинника Кванберга.
Ось таку "простеньку" тему - виготовити годинник точніше, ніж це зробив Шорт - і доручили новачкові Ф. М. Федченку, який прийшов після війни до харківськогоінститут.

Повернення до витоків
Харківський умілець встановив, що ще в 1673 році Християн Гюйгенс у "Трактаті про годинник" практично все сказав про те, як робити маятниковий годинник. Виявляється, для того, щоб годинник був точним, необхідно, щоб центр ваги маятника в просторі описував не дугу кола, а частину циклоїди: кривою, по якій рухається точка на обід колеса, що котиться по дорозі. В цьому випадку коливання маятника будуть ізохронними, що не залежать від амплітуди. Сам Гюйгенс теоретично обгрунтував, намагався досягти мети, роблячи тисячі винаходів, але до ідеалу не наблизився.

Послідовники Гюйгенса, в тому числі і Шорт, домагалися точності іншим шляхом - максимально ізолювали маятник від зовнішніх впливів, поміщаючи точний годинник глибоко у підвал, у вакуум, де мінімально змінюється вібрація, температура
Федченко ж захотів здійснити мрію Гюйгенса і створити ізохронний маятник. Кажуть, що все ідеальне – просто. Так і Федченко всього підвісив маятник на три пружини - дві довгі - з боків і одну коротку - в середині. Здавалося б, нічого особливого, але на шляху до відкриття були тисячі дослідів. Були перепробовані пружини товсті та тонкі, довгі та короткі, плоскі та зі змінним перетином. П'ять довгих років терплячої та копіткої роботи, зневіра колег, на нього вже просто перестали звертати увагу і раптом щасливий випадок завдяки елементарній помилці у складанні підвісу.

Кілька гвинтів погано закрутили, і підвіс повівся так, що маятник почав здійснювати ізохронні коливання. Досвіди перевіряли і перевіряли ще раз, все залишалося як і раніше. Трьох пружинний підвіс маятника вирішував завдання Гюйгенса - при зміні амплітуди коливання період залишався незмінним.
Столиця, звісно, ​​переманила талановитого винахідника. 1953 року Ф.М. Федченка перевели до Москви, в лабораторію маятникових приладів часу Всесоюзного науково-дослідного інституту фізико-технічних і радіотехнічних вимірювань, що створювався.

Звісно, ​​у Харкові це не сподобалося. Федченку завдали удару нижче пояса, - не віддали високоточний імпортний верстат, що коштував величезних грошей. До Москви винахідник привіз лише три екземпляри першого досвідченого годинника АЧФ-1. Для продовження роботи верстат був необхідний, у магазинах країни таке обладнання не продавали. У приватників, насилу, але можна було знайти потрібний верстат, і Федченко знайшов. Але як платити? Готівку в державній установі не видавали, тим більше таку суму - одинадцять тисяч рублів.

Зневірившись Федченко, розуміючи, що без прецизійного обладнання він, як без рук, пішов на справжню авантюру. Він безпосередньо звернувся до керуючого Держбанку і знайшов такі переконливі слова про значення свого винаходу, що розумна і смілива людина, професіонал у своїй справі, повіривши майстру, видала йому потрібну суму готівкою, як документ вимагавши просто розписки. Це один із прикладів "очевидного, але неймовірного".

Ще кілька десятиліть удосконалювали механізм астрономічного годинника Федченка, поки не з'явилася знаменита модель - "АЧФ-3", яка принесла славу як автору, так і країні. Високоточний годинник демонструвався на Всесвітній виставці в Монреалі, нагороджений медалями ВДНГ; описи годинника включені в енциклопедії і в різні серйозні видання з хронометрії.

Блиск та трагедія винаходу Федченка
Ф. М. Федченко - створив високоточний електронно-механічний маятниковий годинник у той час, коли вже почали з'являтися кварцові, молекулярні та атомні прилади часу. Ці системи не можна порівнювати. Кожна виконує свої конкретні завдання та у своїй галузі незамінна. Але, на жаль, не всі це розуміють. Феодосія Михайлович Федченко ніколи не був обділений увагою вчених, своїх колег. Але чиновники, від яких часто залежить як доля самого винахідника, так і його винаходи, не завжди знають, що творять.

У Держстандарті СРСР ставилися до знаменитого конструктора прохолодно. У 1973 році ВНІІФТРІ запропонував виплатити винахіднику гідну винагороду за більш ніж двадцятип'ятирічну роботу зі створення вітчизняного астрономічного годинника, який приніс країні величезний економічний ефект і незалежність від імпорту прецизійних годинникових механізмів. У Держстандарті вважали за можливе урізати запропоновану винагороду в 9 разів, пославшись на те, що "точність ходу годинника АЧФ-3 нижча за діючий атомний годинник". Звісно, ​​нижче. Але атомний годинник один на всю країну, його обслуговує цілий колектив співробітників, це Державний еталон часу і частоти, а у годинника Федченка зовсім інше призначення - це зберігачі часу. Досі годинами Федченка оснащено багато телецентрів, аеропортів, космодромів, обсерваторій.

Хіба хтось додумається порівнювати за швидкістю велосипед і космічну ракету. А в Держстандарті порівняли маятниковий годинник Федченка, який дає похибку в одну секунду за 15 років з атомним годинником, що помилявся на ту ж секунду за триста тисяч років. Оцінювати можна лише аналогічного класу системи. Наприклад, годинник Федченка порівняно з годинником Шорта, набагато дешевшим, економічнішим, надійнішим, зручнішим в експлуатації та на порядок точнішим. Не звертатимемо уваги на недалекоглядних та недобросовісних чиновників усіх рангів. Головне, запам'ятаємо, і будемо пишатися, що наш співвітчизник Феодосії Михайлович Федченко поставив останню крапку у розвитку маятникового годинника. Послухайте, як це гордо звучить – від Галілея та Гюйгенса до Федченка!

Майстер, звичайно, знав ціну собі і знав, що знайдуться злостивці, які намагатимуться применшити значення його винаходу. Щоб не забули про справу всього його життя, Федченко сам прийшов у 1970 році до Політехнічного музею з пропозицією взяти в дар і експонувати годинник його конструкції. Сьогодні в маленькій залі московського музею можна побачити багато шедеврів вартового мистецтва, у тому числі й годинник - винахідника з великої літери - Феодосія Михайловича Федченка

Перша наука про час – астрономія. Результати спостережень у давніх обсерваторіях використовувалися для ведення сільського господарства та відправлення релігійних обрядів. Проте з розвитком ремесел виникла потреба у вимірі коротких проміжків часу. Таким чином людство дійшло винаходу годин. Процес був довгим, наповненим напруженою працею найкращих умів.

Історія годинника налічує багато століть, це найстаріший винахід людства. Від устромленої в землю палиці до надточного хронометра - шлях довжиною в сотні поколінь. Якщо скласти рейтинг досягнень людської цивілізації, то в номінації «великі винаходи» годинник опиниться на другому місці після колеса.

Був час, коли людям було достатньо календаря. Але виникли ремесла, виникла потреба у фіксації тривалості технологічних процесів. Потрібен був годинник, призначення якого - вимірювання проміжків часу коротше доби. Для цього людина протягом століть використовувала різні фізичні процеси. Відповідними були і конструкції, що їх реалізують.

Історія годинника ділиться на два великі періоди. Перший - довжиною кілька тисячоліть, другий - менше одного.

1. Історія виникнення годинників, званих найпростішими. До цієї категорії належать сонячні, водяні, вогневі та пісочні прилади. Період закінчується вивченням механічного годинника домятникового періоду. То були середньовічні куранти.

2. Нова історія годинника, що починається з винаходу маятника та балансу, що ознаменував початок розвитку класичної коливальної хронометрії. Цей період поки

Сонячний годинник

Найдавніші, що дійшли до нас. Тому саме історія сонячного годинника відкриває парад великих винаходів у галузі хронометрії. Незважаючи на простоту, їх відрізняло велика різноманітність конструкцій.

В основу покладено рух Сонця протягом доби. Відлік ведеться по тіні, що відкидається віссю. Їх використання можливе лише у сонячний день. Стародавній Єгипет мав сприятливі кліматичні умови для цього. Найбільшого поширення на берегах Нілу набули сонячні годинники, що мали вигляд обелісків. Їх встановлювали біля входу до храмів. Гномон у вигляді вертикального обеліска і шкала, нанесена на землі, - так виглядав древній сонячний годинник. Фото, подане нижче, демонструє один із них. До наших днів зберігся один із єгипетських обелісків, перевезених до Європи. Гномон заввишки 34 метри нині височить на одній із площ у Римі.

Звичайний сонячний годинник мав істотний недолік. Про нього знали, але довго мирились. У різні сезони, тобто влітку та взимку, тривалість години була неоднаковою. Але в період, коли панували аграрний устрій та ремісничі відносини, у точному вимірі часів потреби не було. Тому сонячний годинник благополучно проіснував до пізнього Середньовіччя.

На зміну гномону прийшли прогресивніші конструкції. Удосконалений сонячний годинник, в якому цей недолік був усунений, мали шкали криволінійної форми. Крім цього удосконалення використовувалися різні варіанти виконання. Так, у Європі був поширений настінний і віконний сонячний годинник.

Подальше удосконалення мало місце у 1431 році. Полягало воно в орієнтуванні тіньової стрілки паралельно земної осі. Така стрілка називалася піввіссю. Тепер тінь обертаючись навколо півосі, рухалася рівномірно, повертаючись за годину на 15°. Подібна конструкція дозволяла виготовити досить точний для свого часу сонячний годинник. Фото демонструє один із таких приладів, що збереглися в Китаї.

Для правильної установки конструкцію стали забезпечувати компасом. З'явилася можливість використовувати годинник повсюдно. Вдалося зробити навіть переносні моделі. З 1445 року сонячний годинник почав будувати у вигляді порожнистої півсфери, з стрілкою, тінь від якої падала на внутрішню поверхню.

Пошук альтернативи

Незважаючи на те, що сонячний годинник був зручним і точним, він мав серйозні недоліки об'єктивного характеру. Вони повністю залежали від погоди, а їхнє функціонування обмежувалося частиною доби, укладеною у проміжок між сходом та заходом сонця. У пошуках альтернативи вчені прагнули знайти інші способи виміру відрізків часу. Потрібно, щоб вони не були пов'язані зі спостереженням руху зірок та планет.

Пошуки призвели до створення штучних стандартів часу. Наприклад, це був інтервал, необхідний для перетікання чи згоряння певної кількості речовини.

Створений на цій основі найпростіший годинник пройшов довгий шлях розвитку та вдосконалення конструкцій, тим самим підготувавши ґрунт для створення не тільки механічного годинника, а й пристроїв автоматики.

Клепсидри

За водяним годинником закріпилася назва «клепсидри», тому існує помилка про те, що вперше винайшли їх у Греції. Насправді було негаразд. Найдавніша, дуже примітивна клепсидра була знайдена у храмі Амона у Фебах і зберігається у музеї Каїра.

При створенні водяного годинника необхідно забезпечити рівномірне зниження рівня води в посудині при її закінченні через донський отвір, що калібрується. Досягалося це за рахунок надання посудині форми конуса, що звужується ближче до дна. Отримати закономірність, що описує швидкість витікання рідини залежно від її рівня та форми ємності, вдалося лише у Середньовіччі. До цього форма судини для водяного годинника підбиралася досвідченим шляхом. Наприклад, єгипетська клепсидра, про яку йшлося вище, давала рівномірне зниження рівня. Нехай і з певною похибкою.

Оскільки клепсидра не залежала від доби та погоди, вона максимально відповідала вимогам безперервного вимірювання часу. Крім того, необхідність подальшого вдосконалення приладу, додавання різних функцій надавала простір польоту фантазії конструкторам. Так, клепсидри арабського походження були художні твори у поєднанні з високою функціональністю. Вони були забезпечені додатковими гідравлічними та пневматичними механізмами: звуковий сигналізатор часу, система нічного освітлення.

Не багато імен творців водяного годинника зберегла історія. Їх виготовленням займалися у Європі, а й у Китаї, в Індії. До нас дійшла інформація про грецького механіка на ім'я Ктесібій Олександрійський, який жив за 150 років до нової ери. У клепсідрах Ктесібій використовував зубчасті передачі, теоретичні розробки яких були виконані ще Аристотелем.

Вогневий годинник

Ця група виникла на початку 13 століття. Першим вогневим годинником були тонкі свічки до 1 метра заввишки з нанесеними на них мітками. Іноді певні поділки оснащували металевими штирями, які, падаючи на металеву підставку при вигорянні навколо них воску, видавали чіткий звук. Такі пристрої стали прообразом будильника.

З появою прозорого скла вогневий годинник трансформується в лампадні. На стінці наносилася шкала, за якою, у міру вигоряння олії, і визначався час.

Найбільшого поширення такі пристрої набули у Китаї. Поряд з лампадними в цій країні був поширений інший різновид вогневого годинника - гноти. Можна сказати, що це була тупикова гілка.

Пісочний годинник

Коли вони з'явилися на світ, точно не відомо. Можна з упевненістю стверджувати лише те, що вони не могли з'явитися раніше за винахід скла.

Пісочний годинник є дві прозорі скляні колби. Через сполучну горловину вміст пересипається з верхньої колби до нижньої. І в наш час все ще можна зустріти пісочний годинник. Фото зображує одну із моделей, стилізовану під старовину.

Середньовічні майстри при виготовленні приладів прикрашали пісочний годинник вишуканим декором. Їх використовували не тільки для вимірювання відрізків часу, але і як прикраса інтер'єру. У будинках багатьох вельмож і сановників можна було побачити розкішний пісочний годинник. Фото представляє одну з таких моделей.

У Європу пісочний годинник потрапив досить пізно - наприкінці Середньовіччя, проте поширення його було стрімким. Завдяки простоті, можливості використання у будь-який час вони швидко стали дуже популярними.

Один з недоліків пісочного годинника - досить короткий відрізок часу, що вимірюється без їх перевертання. Не прижилися касети, складені їх. Гальмували поширення таких моделей їх невисока точність, а також зношування при тривалій експлуатації. Відбувалося це так. Калібрований отвір у діафрагмі між колбами стирав, збільшуючись в діаметрі, частинки піску - навпаки, дробилися, зменшуючись у розмірі. Швидкість закінчення збільшувалася, час зменшувався.

Механічний годинник: передумови появи

Потреба більш точному вимірі відрізків часу з недостатнім розвитком виробництва та суспільних відносин неухильно зростала. Найкращі уми працювали над вирішенням цієї проблеми.

Винахід механічного годинника - епохальна подія, що сталася в Середні віки, адже він - найскладніший прилад, створений у ті роки. У свою чергу, це послужило поштовхом до подальшого розвитку науки та техніки.

Винахід годинника та їх вдосконалення вимагало більш досконалого, точного та високопродуктивного технологічного обладнання, нових методів розрахунку та конструювання. Це стало початком нової доби.

Створення механічного годинника стало можливим з винаходом шпиндельного спуску. Цей пристрій перетворював поступальний рух гирі, що висить на мотузці, в коливальний рух взад-вперед годинникового колеса. Тут чітко простежується наступність – адже складні моделі клепсидр уже мали і циферблат, і зубчасту передачу, і бій. Потрібно було тільки змінити рушійну силу: замінити струмінь води на важку гирей, з якої простіше було поводитися, і додати спусковий пристрій і регулятор ходу.

На цій основі були створені механізми для баштового годинника. Куранти зі шпиндельним регулятором узвичаїлися приблизно з 1340 року і стали гордістю багатьох міст і соборів.

Становлення класичної коливальної хронометрії

Історія виникнення годинників зберегла для нащадків імена вчених та винахідників, які уможливили їх створення. Теоретичною базою стало відкриття, яке зробив Галілео Галілей, озвучивши закони, що описують коливання маятника. Він же - автор ідеї механічного маятникового годинника.

Реалізувати ідею Галілея вдалося 1658 року талановитому голландцю Християну Гюйгенсу. Він же - автор винаходу балансового регулятора, що дозволило створити кишеньковий, а потім і наручний годинник. У 1674 році Гюйгенс розробив удосконалений регулятор за рахунок приєднання до коліщатка-маховика спіральної пружинки у вигляді волоска.

Інший знаковий винахід належить вартовому майстру з Нюрнберга на ім'я Петер Генлейн. Він винайшов заводну пружину, а в 1500 році на її основі створив кишеньковий годинник.

Паралельно відбувалися зміни зовнішнього вигляду. Спочатку було достатньо однієї стрілки. Але оскільки годинник став дуже точним, він вимагав відповідної індикації. У 1680 році була додана хвилинна стрілка, і циферблат набув звичного нам вигляду. У вісімнадцятому столітті почали встановлювати секундну стрілку. Спочатку бічну, а потім вона стала центральною.

У сімнадцятому столітті створення годинника було переведено в категорію мистецтва. Вишукано декоровані корпуси, прикрашені емаллю циферблати, які на той час накривали склом, - усе це перетворювало механізми на предмет розкоші.

Робота з удосконалення та ускладнення приладів тривала безперервно. Підвищувалася точність ходу. На початку вісімнадцятого століття стали використовувати як опори для балансиру і шестерень камені - рубінові та сапфірові. Це дозволило знизити тертя, підвищити точність та збільшити запас ходу. З'явилися цікаві ускладнення – вічний календар, автоматичний завод, покажчик запасу ходу.

Поштовхом до розвитку маятникового годинника послужив винахід англійського годинникара Клементу. Приблизно 1676 року він розробив якірно-анкерний узвіз. Цей пристрій добре підходив до маятникових годинників, які мали невелику амплітуду коливань.

Кварцевий годинник

Подальше вдосконалення приладів вимірювання часу відбувалося лавиноподібно. Розвиток електроніки та радіотехніки підготував ґрунт для появи кварцового годинника. Їхня робота заснована на п'єзоелектричному ефекті. Він був виявлений у 1880 році, але кварцовий годинник виготовили лише у 1937 році. Від класичних механічних новостворені кварцові моделі відрізнялися вражаючою точністю. Почалася ера годинника електронного. У чому їхня особливість?

Кварцовий годинник має механізм, що складається з електронного блоку і так званого крокового електродвигуна. Як це працює? Двигун отримуючи сигнал від електронного блоку, пересуває стрілки. Замість звичного циферблата в кварцовому годиннику може використовуватися цифровий дисплей. У нас їх називають електронними. На Заході – кварцовими із цифровою індикацією. Сутності це не змінює.

Фактично, кварцовий годинник - це міні-комп'ютер. Дуже легко додаються додаткові функції: секундомір, покажчик фаз Місяця, календар, будильник. Ціна годинника при цьому, на відміну від механіки, зростає не так сильно. Це робить їх доступнішими.

Кварцовий годинник дуже точний. Їхня похибка становить ±15 секунд/місяць. Коригувати показання приладів достатньо двічі на рік.

Настінний електронний годинник

Цифрова індикація та компактність - ось відмінна риса такого роду механізмів. повсюдно використовуються як інтегровані. Їх можна побачити на дошці автомобіля, в мобільному телефоні, в мікрохвильовій печі і телевізорі.

Як елемент інтер'єру частіше можна зустріти популярніше класичне виконання, тобто зі стрілочною індикацією.

Годинники електронні настінні органічно вписуються в інтер'єр у стилі хай-тек, модерн, техно. Вони приваблюють насамперед своєю функціональністю.

За типом дисплея електронний годинник буває рідкокристалічним і світлодіодним. Останні більш функціональні, оскільки мають підсвічування.

За типом джерела живлення годинник електронний (настінний і настільний) поділяється на мережевий, що працює від мережі 220В, і батарейний. Більш зручні прилади другого типу, тому що не вимагають наявності поблизу розетки.

Настінний годинник з зозулею

Німецькі майстри почали виготовляти їх із початку вісімнадцятого століття. Традиційно настінний годинник із зозулею виготовлявся з деревини. Багато декоровані різьбленням, виконані у вигляді будиночка для пташки, вони були прикрасою багатих особняків.

Свого часу недорогі моделі були популярні в СРСР та на пострадянському просторі. Довгі роки настінний годинник зі зозулею марки «Маяк» випускав завод у російському місті Сердобськ. Гирки у вигляді ялинових шишок, прикрашений нехитрою різьбленням будиночок, паперові хутра звукового механізму - такими запам'яталися вони представникам старшого покоління.

Зараз класичний настінний годинник з зозулею - рідкість. Пов'язано це із високою ціною якісних моделей. Якщо не брати до уваги кварцові вироби азіатських умільців, виготовлені з пластику, казкові зозулі кукують лише в будинках справжніх цінителів екзотики. Точний, складний механізм, шкіряне хутро, вишукане різьблення на корпусі - все це вимагає великого обсягу ручної висококваліфікованої праці. Лише найбільші виробники можуть випускати такі моделі.

Годинник будильник

Це найпоширеніші «ходики» в інтер'єрі.

Будильник – перша додаткова функція, яка була реалізована у годиннику. Запатентований у 1847 році французом Антуаном Редьє.

У класичному механічному настільному будильнику звук робиться за рахунок ударів молоточком по металевих тарілочках. Електронні моделі мелодійніші.

По виконанню будильники поділяються на малогабаритні та великогабаритні, настільні та дорожні.

Настільний годинник-будильник виготовляють з роздільними двигунами і сигналу. Заводяться вони окремо.

З появою кварцового годинника популярність механічних будильників впала. Причин тому кілька. з кварцовим механізмом мають перед класичними механічними приладами низку переваг: вони точніші, не вимагають щоденного заводу, легко підібрати під дизайн приміщення. Крім того, вони легкі, не так бояться ударів та падінь.

Наручний механічний годинник з будильником зазвичай називають «сигнал». Подібні моделі випускають небагато фірм. Так, колекціонерам відома модель під назвою «президентський цвіркун»

«Цвіркун» (англ. cricket) - під цією назвою швейцарська компанія Vulcain випускала наручний годинник з функцією будильника. Відомі вони тим, що їхніми власниками були американські президенти: Гаррі Трумен, Річард Ніксон та Ліндон Джонсон.

Історія годинників для дітей

Час - складна філософська категорія та водночас фізична величина, яка потребує виміру. Людина живе у часі. Вже з дитячого садка програмою навчання та виховання передбачено розвиток у дітей навичок орієнтування у часі.

Привчати дитину до користування годинником можна, як тільки він засвоїв рахунок. Допоможуть у цьому макети. Можна поєднати годинник із картону з розпорядком дня, розмістивши все це для більшої наочності на аркуші ватману. Організувати заняття можна з елементами гри, використовуючи загадки з малюнками.

Історія віком 6-7 років вивчається на тематичних заняттях. Матеріал подавати необхідно так, щоб викликати інтерес до цієї теми. Дітей у доступній формі знайомлять з історією годинника, їх видами у минулому та сьогоденні. Потім закріплюють отримані знання. Для цього демонструють принцип роботи найпростіших годинників - сонячних, водяних та вогневих. Ці заняття пробуджують у дітей інтерес до досліджень, розвивають творчу уяву та допитливість. Вони виховують дбайливе ставлення до часу.

У школі, у 5-7 класах, вивчається історія винаходу годинника. Вона виходить з знаннях, отриманих дитиною під час уроків астрономії, історії, географії, фізики. У такий спосіб закріплюється засвоєний матеріал. Годинник, їхній винахід та вдосконалення розглядаються як частина історії матеріальної культури, досягнення якої спрямовані на задоволення потреб суспільства. Тему заняття можна сформулювати так: «Винаходи, що змінили історію людства».

У старших класах доцільно продовжити вивчення годинника як аксесуара з погляду моди та естетики інтер'єру. Важливо познайомити дітей з етикетом годинника, розповісти про основні принципи підбору Одне із занять можна присвятити тайм-менеджменту.

Історія винаходу годинника наочно показує наступність поколінь, її вивчення - ефективний засіб формування світогляду молодої людини.