Солнечные, водяные и огневые хронометрические приборы завершили первую фазу развития хронометрии и ее методов. Постепенно выработались более четкие представления о времени и стали изыскиваться более совершенные способы измерения времени. Революционным изобретением, ознаменовавшим совершенно новые этапы развития в этом направлении, было создание первых колесных часов, с появлением которых началась современная эра хронометрии. Наименование «колесные часы», пущенное в ход старыми чешскими часовщиками, было, по-видимому, выведено из немецкого слова «Raderuhr», но оно не полностью отражало сущность этих часов. Тут речь шла о механических часах со спусковым механизмом и осциллятором, которыми эти часы принципиально отличаются от всех прежних часов.
Иронией судьбы является то, что именно крупные открытия и изобретения зачастую не имеют авторов. В этом отношении не являются исключением и механические часы. Самыми старыми, документально не подтвержденными сообщениями о механических часах считают косвенные упоминания о них, идущие еще из Х в. Изобретение приписывают римскому папе Сильвестру II (950.
КТО И КОГДА ИЗОБРЁЛ ЧАСЫ?
1003), который, еще будучи простым монахом Гербертом из Ориллака, имел возможность во время своих учебных поездок не раз знакомиться с принципами построения различных арабских астрономических приборов, и прежде всего водяных часов. Если вспомнить о том, что арабы были весьма передовыми в этом отношении, то можно с основанием предполагать, что часами Герберта были скорее всего водяные часы. Конечно, не исключено, что имеющееся сообщение могло касаться и некоторых особых конструкций солнечных часов, поскольку, по другим источникам, Герберт был автором солнечных часов, изготовление которых было в 996 г. закончено для города Магдебурга. Впрочем, использованный при этом термин «хорология» (horologium) имел тогда широкое значение и относился ко всякого рода приборам для измерения времени. Неправдоподобность приоритета Герберта в изобретении механических часов подтверждается также тем, что ни в одном более позднем источнике нет упоминания о том, что идею Герберта кто-то стал развивать после его смерти.
С другим, намного более поздним, сообщением о механических часах мы встречаемся и в «Божественной комедии» Данте Алигьери (1265. 1321).
Современная специальная литература считает колыбелью механических часов страны Западной Европы, откуда, согласно различным источникам, распространялось в конце XIII в. производство железных башенных часов, начиная с английских Вестминстерских часов 1288 г. Следующее сообщение от 1292 г. говорит о часах храма в Кентербери, далее есть сообщения о часах, построенных в 1300 г. во Флоренции, на 14 лет позднее – в Каннах, в 40-х годах XIV в. – в Модене, Падуе, о бельгийских часах – в Брюгге и об английских часах – в Дувре. В 1352 г. были построены монументальные куранты в кафедральном соборе Страсбурга, на 4 года позднее появились башенные часы в Нюрнберге, в 1370 г. появились такие часы в Париже, в 1381 г. появились первые подобные часы в Базеле и, наконец, в 1410 г. появились такие часы в Праге, ставшие основой позднейших пражских курантов.
Башенные механические часы | Первые механические часы | История часов | Познавательное видео
Самым старым документом о механических часах, содержащим описание и чертеж и опубликованном в 11 различных рукописях (из них по крайней мере одна исходит непосредственно от автора часов), является, по всей видимости, сообщение об «астрарии» – астрономических часах, которые после 16 лет труда над ними закончил в 1364 г. профессор астрономии и медицины Джиованни де Донди для Палаццо дель Капитане в Падуе.
Сохранились, конечно, и сообщения о других часах более ранней эры, но они не вполне обоснованны. По одному из таких сообщений, Генри де Вик из Поррэна изготовил примерно около 1370 г. башенные часы с боем для королевского дворца Карла V. По Другим данным, первые башенные часы с боем изготовил Висконти в 1335 г. для башни костела Беата Вирджинни (ныне Сен-Готард) в Милане.
В наши страны механические часы попали несколько позднее, вероятнее всего, в люксембургскую эпоху, скорее всего, во времена правления Карла IV, когда при его дворе появились около 1376 г. первые упоминания о часовщиках и о строителях курантов. Введение пружинного привода в начале XVI в. существенно расширило возможности использования механических часов. В ходе постепенных совершенствовании благодаря открытиям Галилея, Гюйгенса и других ученых XVII в. этот новый тип часов стал все больше преобладать над прочими часами, которые, несмотря на наличие у них ряда достоинств, не могли долго конкурировать с современными им конструкциями механических часов.
Механические часы развивались в течение сравнительно долгого времени, не менее чем в течение пяти веков, а поэтому, по крайней мере когда речь идет об истории, рассмотрим только важнейшие ступени развития этих часов. Сначала познакомимся с их главными элементами, с их функциями и с некоторыми данными о часовых механизмах и о часовщиках, имена помогут интересующимся определять происхождение и возраст тех или иных часов.
Как уже было сказано, с изобретением механических часов началась новая эра хронометрии. Время начали измерять по новому принципу, который сохранил свое значение в течение ряда столетий. Из него вышли затем системы всех позднейших типов часов, независимо от того, использована ли для привода часов энергия механическая, электрическая или даже ядерная.
Источник: www.watches.ru
Как появились механические часы?
Время и обстоятельства изобретения механических часов остаются в настоящее время темой научных дискуссий. Наиболее широко распространено мнение, что их изобрел в конце X века Герберт из Оверни, монах, служивший воспитателем будущего германского императора Оттона III и впоследствии ставший римским папой под именем Сильвестра II (999−1003). Однако об устройстве сделанных Гербертом часов неизвестно ничего конкретного; во всяком случае ясно, что они не нашли широкого применения и вскоре были забыты.
Механические часы стали использоваться на рубеже еков. В Англии местная полулегендарная традиция относит ко второй половине XIII века появление нескольких древнейших часовых механизмов. В Париже первые часы соорудил около 1300 года Пьер Пипенар. Но непрерывная практика изготовления механических часов берет начало в Италии в начале XIV века.
Написанная между 1319 и 1321 годами «Божественная комедия» считается первым письменным источником, сохранившим несомненное упоминание о механических часах.
Первые механические часы не имели циферблата и способны были лишь подавать звуковые сигналы через определенные отрезки времени. В сущности, они представляли собой колокол, по которому с некоторой регулярностью наносились удары. Такое устройство делало их особенно полезными для отбивания канонических часов в церквах.
Уже в XIV веке ударное устройство оформляют в виде фигурок людей или животных, в определенный час ударяющих в колокол. Города Европы обзаводятся высокохудожественными по исполнению и достаточно точными механическими часами. Ни одна книга о средневековом часовом искусстве не обходится без описания прославленных часов Страсбургского собора. Часы, снабженные годовым и пасхальным календарями, имели устройство, для приведения в действие процессии волхвов, которые каждый полдень проходили перед фигурой Богородицы. В это же время пронзительно кричал игрушечный петух.
В XIV веке башенными механическими часами обзавелись более двух десятков городов. В 1374 году генуэзцы установили часы в Кафе (ныне город Феодосия) в Крыму; это — первые механические часы, появившиеся на территории нашей страны. В еках уже большинство европейских городов и многие монастыри имеют башенные часы.
Часовое искусство вызывало интерес ученых-гуманистов. Достаточно сказать, что Леонардо да Винчи оставил в своих рукописях наброски устройства маятниковых часов. К механическим часам проявляли внимание коронованные особы. Знатоком часового дела был император Священной Римской империи Карл V.
На Руси первые механические часы были установлены в Кремле в 1404 году. Часы имели вращающийся циферблат с одной неподвижной стрелкой.
Следующие башенные часы появились в Новгороде в 1436 году, затем в Пскове в 1476 году. В XVI веке обзавелись часами некоторые русские монастыри. В XVII веке башенные часы распространяются на Руси повсеместно. Громоздкость ранних часовых механизмов затрудняла изготовление часов индивидуального пользования.
Однако домашние механические часы в еках являлись большой редкостью и не отвечали требованиям высокого эстетического вкуса. Движущие колеса в них делались больших размеров и выступали за раму.
К середине XV века в Италии появились часы, приводимые в действие пружиной, что позволяло значительно уменьшить их размеры. Выдающуюся роль в истории массового производства сыграл нюрнбергский механик Петер Генлейн, начавший в первые годы XVI века изготовление портативных часов. Его считают (хотя и не вполне обоснованно) изобретателем часов индивидуального пользования.
Часы Генлейна вызывали всеобщее восхищение. Благодаря деятельности Генлейна и его учеников Нюрнберг скоро становится крупнейшим в Европе центром часового искусства. Здесь производят миниатюрные карманные часы, получившие название «нюрнбергские яйца». Крупными центрами часового искусства становятся и другие города Европы.
Дальнейшее усовершенствование часов связано с использованием маятника. Можно считать установленным, что первую конструкцию маятниковых часов детально разработал Галилео Галилей.
Несомненно, что революция в часовом деле произошла в результате выхода в свет трактата Гюйгенса «Часы» (1658 год). Предложенное голландским ученым устройство вызвало огромный интерес, маятниковые часы приобрели колоссальную популярность и вскоре вытеснили более ранние конструкции. Наряду с иными преимуществами они отличались от своих предшественников значительно большей точностью.
Маятниковые часы, которые мы теперь иногда видим в домах своих знакомых, отвечали возникшим общественным потребностям. Несомненно, что большая часть европейцев научилась пользоваться часами как единицей измерения времени, следя за стрелкой часового механизма. Механические часы, в большей степени, чем какие-либо иные технические усовершенствования позднего средневековья, оказали революционизирующее воздействие на сознание и быт людей.
Источник: www.shkolazhizni.ru
Механические часы
Механические часы — первый в истории автомат, получивший широкое распространение. Совершенствуя его, механики и учёные сделали много изобретений и открытий. Старейшие в мире механические часы, о которых имеются достоверные сведения, — это первые башенные часы Вестминстерского аббатства в Лондоне, построенные в 1288 г.
На месте сгоревшей часовой башни 1288 г. в Вестминстерском аббатстве в 1859 г. появились новые башня и часы, которые в народе называют «Биг — Бен»
Сложный механизм
До открытия антикитерского механизма часы считались самым сложным техническим устройством, созданным человечеством до начала Нового времени. Часы вобрали в себя конструкторские идеи, воплощённые в разных механизмах прошлого, и потребовали от механиков решения новых технических задач.
О Вестминстерских часах 1288 г. известно мало, но, вероятно, это был трёхколёсный механизм с однострелочным циферблатом, приводимый в движение силой тяжести гири. В таких колёсных башенных часах выделяют 6 главных узлов:
- двигатель (гиря);
- передаточный механизм из зубчатых колёс (шестерёнок);
- регулятор (билянец);
- спуск;
- стрелочный механизм;
- механизм завода.
Шестерёнки с востока
Зубчатая передача, используемая в мельницах, была слишком громоздка и примитивна, чтобы лечь в основу сложного часового механизма. Считается, что идея механических часов пришла в Европу с Востока — уже в VIII в. арабы делали сложнейшие шестерёнчатые (т. е. с зубчатой передачей) механизмы для клепсидр с двигающимися фигурками и боем. Тонкости устройства зубчатой передачи мог донести до европейцев механик-монах Герберт (будущий римский папа Сильвестр II), изучавший в Испании арабские астрономические приборы и клепсидры.
Старейший из дошедших до нас часовых механизмов (1386 г.) из собора английского города Солсбери. У этих часов не было циферблата, каждый час они отмечали только ударами колокола.
Гиря с запада
Герберту приписывают создание в 1000 г. первых часов, движущей силой которых была не струя воды, как в клепсидре, а тяжёлая гиря. Об использовании гири как двигателя Герберт мог узнать из описания механизма открывания дверей Герона. Если Герберт и был создателем первых механических часов (что не подтверждено), в X в. его идея не прижилась.
Но в конце XIII в. механизм с двигателем-гирей появился в Вестминстерских часах, и по их образцу были устроены десятки колёсных башенных часов XIII-XV вв. Объёмный механизм с большой и тяжёлой гирей на длинном канате требовал вместительного корпуса — поэтому-то часы и помещались в башнях. Канат гири наматывался на гладкий деревянный вал. Гиря тянула канат вниз, разматывая его и вращая вал. На вал насаживали главное зубчатое колесо, сцепленное с шестерёнками передаточного механизма, передающими вращение вала стрелке.
Но под воздействием силы тяжести груз опускается не равномерно, а с ускорением: чем ближе к земле, тем быстрее падает гиря и скорее вращается вал. Следовательно, все шестерёнки вращаются с ускорением, двигая стрелку часов всё быстрее и быстрее, и каждый следующий час получается короче предыдущего. Так время не измерить.
Гиря (1), опускаясь, разматывает канат (2) и вращает вал (3) и сцепленное с ним коронное колесо (4). Колебания билянца (5) вращают туда — сюда шпиндель (6) с лопатками. Когда одно плечо (7) билянца опускается, первая лопатка (8) зубцом коронного колеса и тормозит его вращение. Когда опустится другое плечо (9), первая лопатка отпустит зубец, и колесо провернётся на один зубец, пока вторая лопатка (10) не войдёт в сцепление со следующим зубцом по своей стороне. Так создается прерывистое вращение коронного колеса, передающееся главному колесу (11), валу, а через него и колесу (12), вращающему стрелку (13).
Часам от весов
Средневековые механики ничего не знали об ускорении, но на практике увидели, что нельзя доверять ход часов только силе падения груза. Нужно снабдить механизм регулятором — устройством, сводящим ускорение на нет. Идею подсказали рычажные весы. Издавна заметили, что, если в чашки весов положить равный груз и вывести весы из равновесия, коромысло весов будет довольно равномерно раскачиваться.
С каждым разом плечи коромысла будут подниматься и опускаться с меньшим размахом (амплитудой), но период (длительность) колебаний коромысла останется неизменной. За первую минуту плечи весов качнутся столько же раз, сколько и за каждую последующую до полной остановки. Механики придумали использовать равные периоды колебаний коромысла для преобразования плавного вращения вала во вращение прерывистое, когда колесо делает равные подвижки за равные промежутки времени. В часах коромысло называется билянцем (фолио) — это стержень-рычаг с равными грузиками на концах.
Шпиндельный спуск
Для поддержания колебаний регулятора-билянца и связи его с передаточным шестерённым механизмом служил спусковой механизм — шпиндель с двумя лопатками, которые располагались под углом 90° друг к другу и вклинивались между зубцами коронного (храпового или ходового) колеса. Коронное колесо, вращаемое колёсной передачей от вала, вращало и шпиндель, воздействуя на его лопатки. Одновременно на шпиндель воздействовали колебания билянца, к центру которого он также был прикреплён.
Как только одно плечо билянца опускалось, шпиндель поворачивался, и одна из его лопаток входила в зацепление с зубцом коронного колеса, тормозя его вращение. Однако, когда плечо билянца поднималось, поворачивая шпиндель в обратном направлении, лопатка под давлением колеса отпускала зубец и давала колесу провернуться. Но тут же другая лопатка вклинивалась между следующими зубцами, снова останавливая колесо. Так в соответствии с постоянностью периодов колебания билянца лопатки шпинделя в равные промежутки времени поочередно останавливали и отпускали колесо. Регулируя вращение коронного колеса, билянец в то же время получал от него энергию движения, не позволяющую его коромыслу вернуться в состояние равновесия и остановиться.
Шпиндельный спуск с вертикальным коронным колесом. Лопатки (А, Б) шпинделя (9) поочерёдно входят в сцепление с зубцами коронного колеса (10), прерывая его вращение. Для сопротивления проворачиванию коронного колеса на плечи (а, б) сцепленного со шпинделем билянца навешивались грузы. Билянец вращался в горизонтальной плоскости, а коронное колесо — в вертикальной.
Стрелки и завод
Прерывистое движение храпового колеса делало прерывистым и движение вала, и всех шестерёнок, включая ту, что вращала стрелку. Эта единственная часовая стрелка за сутки обходила циферблат с 24 делениями, указывая текущий час. В Средневековье этого было достаточно — минутами время тогда не мерили.
В первых часах не было механизма завода. Как только тяжёлая гиря опускалась, обслуге часов приходилось с помощью системы блоков снова поднимать её на высоту башни, преодолевая сопротивление всех зубчатых колёс, проворачиваемых в обратном направлении.
Циферблат башенных часов XIV в. Кьоджа. Италия. Возможно, создан астрономом Дж. Донли.
Маятник с якорем
В начале XVII в. итальянский физик, астроном и механик Галилео Галилей предложил в качестве часового регулятора использовать маятник, период колебания которого, в отличие от билянца, строго постоянен. В 1657 г. маятниковые часы сконструировал голландский астроном Х. Гюйгенс. Часы Гюйгенса с новым спуском-поводком вместо шпиндельного спуска ошибались всего на 10 секунд в сутки. С такой точностью минутная стрелка, появившаяся в часах ещё в XVI в., стала оправдывать своё назначение.
В 1676 г. революцию в часовом деле произвело изобретение английского часовщика В. Клемента — анкерный (якорный) спуск. Насаженный на ось маятника якорь, раскачиваясь вместе с маятником, двумя своими палетами (концами) поочередно сцеплялся с зубьями коронного колеса, подчиняя его вращение периоду колебаний маятника. Одновременно якорь через палеты получал толчки от коронного колеса и, передавая их маятнику, поддерживал его колебание. Появление маятниковых часов с анкерным спуском решило проблему точности стационарных (не переносных) часов.
Сила пружины
В XVII в. уменьшение размера часовых шестерёнок позволило уменьшить и мощь двигателя — гири стали менее длинными и тяжёлыми, и часы смогли «жить» не только в башнях, но и в небольших напольных, настольных или настенных корпусах. Двигатель-гиря был хорош для любых неподвижных часов, а компактный двигатель, работающий в любом положении, появился ещё в 1430 г.
Механики тогда придумывали фигурки-автоматы, двигающиеся от пружинных двигателей, и часовщики стали использовать идею пружинных двигателей в часах. Пружиной служила упругая стальная лента, свернутая вокруг неподвижного стержня внутри незакреплённого барабана. Лента стремилась раскрутиться, один её конец был прикреплён к стержню и неподвижен, зато другой, прикреплённый к внутренней стенке барабана, толкал стенку барабана и вращал его. Барабан крутило надетое на него главное часовое колесо, заменяя вал с гирей. Пружинный двигатель исправно работал в любом положении.
Баланс при любых условиях
Маятниковые часы не положишь в карман и на корабле не установишь — тряска и качка будут сбивать колебания маятника. В XVI в. часовщики изобрели регулятор в виде колёсика-маховика, а Гюйгенс в 1674 г. снабдил этот маховичок спиральной пружинкой. Оба конца пружинки были жёстко прикреплены — один к корпусу часов, другой к маховичку. Как только маховичок закручивали, сцепленная с ним пружинка, стремясь вернуть себя в нейтральное положение, тянула его обратно.
В обратном вращении маховик по инерции перекручивал пружинку, а та тянула его назад. Так маховичок крутился туда-сюда, создавая периодические колебания, подобные колебаниям маятника. Но, в отличие от маятника, этот балансирный регулятор (балансир) работал в любом положении. Маховичок приводил в движение сцепленную с ним анкерную вилку, а через неё палеты анкера.
Всё вместе
Пружинный двигатель, балансир и надёжный анкерный спуск открыли дорогу созданию миниатюрных механизмов: карманных часов, морских хронометров, точных измерителей времени для контроля научных опытов и для астрономических наблюдений. Механики продолжали совершенствовать регуляторы, спуски и двигатели часов на протяжении многих веков, пока в XX в. не появились принципиально новые устройства для измерения времени: кварцевые, электронные, молекулярные, атомные и лазерные часы.
Кремлёвские куранты. Первые в России часы в 1404 г. сделал серб Лазарь для княжеского двора в Кремле. В 1625 г. на Спасской башне появились часы английского мастера X. Галовея, в 1705 г. Пётр I заменил их голландскими курантами. Современные маятниковые часы с анкерным ходом сделаны в 1852 г. на российском заводе датскими часовщиками братьями Бутеноп.
Пражские куранты 1410 г. Чехия. Часы с двигающимися фигурками показывают годы, месяцы, дни и часы, восход и заход Солнца и Луны, положение знаков зодиака.
Развитие идеи
У первых башенных часов было много недостатков. Простой трёхколёсный часовой механизм быстро ломался из — за того, что разница в числе зубцов между большим ведущим колесом и малыми ведомыми колёсами была слишком большой и шестерёнки сильно бились друг о друга. Увеличив число переходных шестерёнок в зубчатой передаче, часовщики сделали её более плавной, и часы стали служить дольше. Это также позволило делать шестерёнки миниатюрнее, ведь нагрузка на каждую из них стала меньше. Из-за нечёткой периодичности колебаний билянца и ненадёжности шпиндельного спуска башенные часы шли неточно, за сутки ошибаясь на четверть часа и более.
Добиться точности от билянцевого регулятора со шпиндельным спуском не удавалось. Нужно было искать им замену. Башенные часы нельзя было перемещать — при любом колебании или наклоне билянец останавливался, спуск заедал, а гиря, отклоняясь, неравномерно крутила вал. Такие часы — недотроги не годились для корабельной качки, а этот прибор был необходим морякам для высчитывания географической долготы. Часам требовались менее «капризные» регулятор и двигатель.
Источник: sitekid.ru