Часы - величайшее техническое изобретение человечества

МИРЭА РЕФЕРАТ На тему: Часы - величайшее техническое изобретение человечества. Студенты: Олькиницкий В.Г Кузнецов Д.М. Группа: ОТО - 1 - 99 Преподаватель: Павленко А.Н. Москва 2000 г. Содержание o Введение … 2 o Солнечные часы … 3 o Водяные часы … 6 o Огневые часы … 9 o Песочные часы … 10 o Механические часы … 11 o

Заключение …. 21 o Список литературы … 22 Введение Путь, пройденный человечеством с глубокой древности до наших дней, можно представить различным образом - можно описать его как вереницу великих событий, как серию биографий великих людей, можно отразить этот путь через историю философии, литературы или искусства, через историю войн и еще многими другими способами. В настоящем реферате мы попытаемся показать развитие человеческой мысли через историю великого

изобретения - часов. Пытливый человеческий разум изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения.

По крайней мере 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы. Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона

Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных. Солнечные часы Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III - первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде

обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток - запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей - восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.

На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении "Архитектура" не менее 13 видов солнечных часов.

К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы - так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320 - 250 гг. до н.э который изготовил также солнечные часы с полукруглыми

шкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса, живший в 408 - 356 гг. до н.э. Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим

на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях. Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года.

При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие

этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения

равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15o. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик

Региомонтан. Экваториальные солнечные часы с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Такие часы назывались гелиохронометрами.

Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время, а не местное солнечное время, как у обычных экваториальных часов. Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы - один из вариантов дорожных солнечных часов которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески.

Главной частью таких часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча

лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале. На подобном принципе строились и так называемые экваториальные кольца - аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с другом круга. Позднее возник новый вариант с поперечиной вместо третьего кольца.

На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой - знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча. Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга. В заключение этого раздела хотелось бы коротко остановиться на одной из моделей дорожных солнечных

часов, используемых индийскими путешественниками. Они представляли собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время,

действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь-июль), в котором совершались путешествия. Солнечные часы никогда не утрачивали своего значения и продолжают конструироваться еще и в наши дни. Римляне усовершенствовали солнечные часы, с которыми мы знакомы в настоящее время, и даже сделали солнечные переносные часы, удобные для путешествий. Они просуществовали тысячелетия и еще долгое время оставались

средством проверки и координации для очень ненадежных колесных часов, пока не были окончательно вытеснены благодаря изобретению спиральной пружины в качестве регулятора хода (1674г.), но об этом мы расскажем ниже. Итак, в этом разделе реферата мы рассмотрели устройство и функционирование солнечных часов, которые с годами совершенствовались и изменялись. Солнечные часы с передвижным по высоте полюсом, компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми

серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы - между восходом и заходом Солнца. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания определенного количества вещества в хронометрическом

устройстве. Водяные часы Около 1500 года до н.э. египетский придворный Аменемхет, судя по надписи на его могиле, изобрел водяные часы, или клепсидру. Время позволяло определить падение уровня воды в сосуде. Такие часы были особенно полезны жрецам, которым нужно было знать ночное время, чтобы вовремя отправлять религиозные ритуалы и жертвоприношения в храме. Самые древние из дошедших до нас водяных часов относятся

ко времени правления Аменхотепа III (начало XIV в. до н.э.), они были найдены в 1905 г. на развалинах храма Амона - Ра в Карнаке. Внешний вид египетских часов из Карнаки. Прибор каждый вечер заполнялся водой, чтобы определить ночное время. Вода постепенно вытекала через тростниковую втулку на дне. Ход времени определялся опусканием воды за отметки "часа".

Так ночь делили на 12 частей независимо от времени года, "время" на часах варьировалось по длине в течение года. Таким образом, 12 линий "часовых" отметок слегка различаются по высоте. Простая форма первых водяных часов постепенно обогащалась новыми элементами. То, что клепсидра не зависела от света Солнца, сделало из водяных часов прибор, пригодный для непрерывного измерения времени и днем, и ночью. Отсюда вытекали и различные стремления к изобретению остроумных гидравлико-

пневматических механизмов для звуковой сигнализации о времени, для освещения часов ночью и т. д. Водяные часы стали обычным средством определения времени в древнем мире, после того как появились в VI в. до н.э. в Китае. В Афинах, где были найдены остатки "городских часов", построенных в 350 г. до н.э они были установлены для общего пользования. Ход часов контролировался поплавком, который опускался, когда вода через проточное отверстие в дне

просачивалась наружу. Поплавок, по-видимому, соединялся с валом, который, опускаясь, передвигал стрелку. Степень износа ступенек, ведущих в колодец, позволяет предположить, что резервуар для воды должен был наполняться каждый день. В греческом мире также занимались разработкой водяных часов. Такие часы были изготовлены александрийским изобретателем Ктесибием около 270 г. до н.э. В часах, приводимых водяным колесом,

Ктесибий осуществил идею передачи сил и движения зубчатым механизмом. Зубчатая передача соединяла ведущий механизм со шкалой времени, расположенной на цилиндрической поверхности поворотной колонны и разделенной вертикальными прямыми на четыре основных поля. Система из 24 наклонных линий образовывала часовую шкалу для измерения планетных часов. Колонна со шкалой, приводимая водяным колесом, вращаясь вокруг своей оси, совершала один оборот в год.

Поэтому и камеры водяного колеса в нижней части часов заполнялись водой медленно, причем вода подавалась в небольшом количестве по особому трубопроводу. Статуэтка со стрелкой двигалась с помощью специального поплавкового механизма, управляемого другой статуэткой, находящейся на другой стороне часов. Слезы - водяные капли капающие из глаз статуэтки, накапливались в сборники-подставки, откуда через трубопровод текли в поплавковую камеру стрелочного механизма.

Кроме того, эти часы имели еще специальное устройство, которое через определенные интервалы выбрасывало на чашку мелкие камешки (это было звуковой сигнализацией ночных часов). Вторые часы Ктесибия усовершенствованы. Они отличаются от первых тем, что их стрелка в верхней части с циферблатом управлялась поплавком, подвешенным на цепи, навернутой вокруг вала стрелочного указателя. Лунный календарь с зодиаком в нижней части часов тоже приводился в движение водяным колесом, камеры

которого были закреплены непосредственно на задней стороне зодиаковой плиты. В Афинской "Башне ветров", построенной астрономом Андроником примерно в начале I в. до н.э на вершине находились солнечные часы, сложные водяные часы были внутри и показывали время на циферблате, а вращающийся диск, показывал движение звезд и солнца через созвездия в течение года. О широком применении водяных часов в самых разных ситуациях писали древние

авторы около 360 г. до н.э. Платон описывал судей, "вынужденных работать по "водяным" часам … без отдыха". Наблюдение за временем уже строго контролировалось. Более важную роль водяные часы играли в греческих и римских судах, где их использовали, чтобы выступающие укладывались в отведенное им время. Если судебное разбирательство ненадолго прерывалось, например, для изучения документов, то трубку стока перекрывали воском до тех пор, пока выступление не возобновлялось.

В спортивных состязаниях часы использовали для определения время на соревнованиях по бегу в Римских играх. Великолепные водяные часы были позднее сделаны в исламском мире. Особенно искусный образец был доставлен из Багдада первому императору священной Римской империи Карлу Великому (742 - 814 гг.) эмиссарами халифа Гарун аль - Рашида. Пара массивных водяных часов из двух сосудов, которые постепенно наполнялись, когда

прибывала луна, а затем опорожнялись, когда она убывала, были сконструированы в XI в. в Толедо арабскими инженерами. Они были настолько искусно сделаны, что служили более 100 лет, не требуя регулировки. Очень старую традицию водяные часы имели в Китае. Верхом совершенства несомненно был проект больших пагодных астрономический водяных часов, разработанный в 1090 году и осуществленный Су-Сунгом . Эти часы имели сигнальное устройство времени, похожее на то,

которое имелось у водяных часов Ктесибия. Астрономическая часть его часов имела форму армилярной сферы и небесного глобуса. Особенностью этих часов является большое водяное колесо с замкнутым кругооборотом воды, приводящее в движение часы в целом и являющееся некоторой аналогией механического спуска, появившегося позднее в Европе у первых механических часов. Таким образом, подобно солнечным часам, и эта группа простейших часов прошла долгий путь развития, сопровождавшийся возникновением интересных принципов действия и конструктивных

элементов. Некоторые из них, например циферблат с перемещающейся по нему стрелкой, груз в качестве движущей силы, зубчатые передачи, ролики, цепные подвески, механизм боя и марионетки, разыгрывавшие различные сцены нашли применение в последующей эре хронометрии - эре механических часов. Но, прежде чем рассматривать механические часы, на наш взгляд, было бы целесообразно коротко остановиться еще на двух разновидностях часов - огневых и песочных, что бы создать более полную картину развития

часового дела. Огневые часы Первые огневые - свечные часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище. Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. Отсюда и происходит обычай измерять длину ночи количеством сгоревших за ночь свечей.

К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени. В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве светильного материала. На основе установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой

фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Объем колбы подбирали так, чтобы ее содержимого хватило для непрерывного свечения между 6 часами вечера и 8 часами утра. Толщиной и длиной горящего фитиля регулировали величину пламени и расход масла так, чтобы понижение уровня масла в колбе соответствовало имевшимся обозначениям времени. Позднее выявилось, что первоначальные цилиндрические или слегка выпуклые стеклянные сосудики под масло

были источником некоторой погрешности в измерении времени. Дело в том, что при более высоком уровне масла его давление вызывало более быстрое выгорание, чем в поздние ночные часы. Поэтому лампадные часы более позднего происхождения имели стеклянную колбу в виде расширенной кверху груши, чтобы таким образом хотя бы частично выровнять скорость сгорания масла. В XVIII и XIX веках появились и другие типы лампадных часов с несколько более сложным принципом действия.

Главной частью иных огневых часов, так называемых фитильных, был фитиль в виде длинной металлической палочки, покрытой слоем дегтя с деревянными опилками. Жар тлеющих опилок, подожженных на одном конце палочки, постепенно пережигал тонкие, поперечно натянутые волокна, с подвешенными шариками, которые падали в металлическую чашку. Иногда фитиль сворачивали в спираль, форма которой уже сама по себе заменяла часовую шкалу.

Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого был специальный держатель для палочки. Скорость сгорания фитиля зависела от многих обстоятельств, и для определения ее требовался большой опыт. Такие часы никогда не относились к приборам, которые по точности можно было бы сравнить с солнечными или водяными часами. И тем не менее, эти часы являются развитием инженерной мысли в области часовых дел. Песочные часы Дата возникновения песочных часов неизвестна.

Однако по сохранившимся данным можно полагать, что принцип песочных часов был известен в Азии значительно раньше начала нашего летоисчисления. Обычно песочные часы рассчитывались на работу в течение получаса или часа. Реже встречались песочные часы, рассчитанные на непрерывное измерение времени в течение 3 часов, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы, рассчитанные на 12 часов хода.

Производство стеклянных колб для песочных часов было возможно благодаря известной уже производственной технологии прозрачного стекла и его формирования в полые сферические колбы. В суженное горлышко в месте стыка обеих колб после заполнения песком вкладывалась небольшая горизонтальная металлическая диафрагма с отверстием, регулирующая количество и скорость пересыпания зернышек песка. Место стыка перевязывалось плотной ниткой и закреплялось смолой.

Точность песочных часов зависела от технологии изготовления самого песка. Колбы заполняли отожженным тонкозернистым песком, просеянным многократно через тонкие сита и тщательно высушенным. Обработанный таким образом песок имел красноватую окраску; светлые беловатые пески происходили из жареных тонкомолотых яичных скорлуп; сероватый песок изготовлялся из цинковой и свинцовой пыли. Точность песочных часов зависела также от формы колб, от гладкости их внутренних стенок, от равномерности

прохождения песка через регулирующую диафрагму в горлышке, но прежде всего - от равномерной зернистости и сыпучести данного песка. В этом отношении самые лучшие результаты давали колбы, заполненные свинцовым песком, зернистость которого бывала более равномерной. Свинцовый песок отличался также тем, что при долгом использовании он меньше, чем другие виды песка, нарушал гладкость внутренних стенок стеклянной колбы.

Песочные часы никогда не достигали точности солнечных часов. Кроме того, при длительном пользовании такими часами, их точность изменялась, поскольку зерна песка постепенно дробились на более тонкие, а отверстие в середине диафрагмы постепенно истиралось и увеличивалось, так что скорость прохождения песка через них становилась большей. Шло время, научная мысль стремительно развивалась.

Перед людьми вставали новые, все более сложные задачи. Водяные часы были непосредственными предшественниками механических часов, подготовившими их изобретение. Механические часы Первые упоминания о башенных колесных часах в Европе приходятся на границу XIII и XIV веков. Могли ли такие часы появиться раньше? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим, из каких основных компонентов состоит часовой механизм.

Таких главных узлов можно выделить шесть: • двигатель; • передаточный механизм из зубчатых колес; • регулятор, создающий равномерное движение; • распределитель, или спуск; • стрелочный механизм; • механизм перевода стрелок и завода часов.