Часы, развитие и совершенствование

9

Часы

Часым -- инструмент для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов, в единицах, меньших чем одни сутки.

Основное применение часов -- временная ориентация в течение суток. При помощи часов возможно планировать свою деятельность, измерять длительность различных событий, промежутков между ними, определять продолжительность положения во временном процессе от какой-либо точки отсчёта до момента измерения, то есть вести учет количества прошедших эталонных событий и т. д.

Классификация

Настенные солнечные часы в Соловецком монастыре

По размерам и портативности:

· карманные часы

· наручные часы

· каретные часы

· настольные часы

· настенные часы

· напольные часы

· башенные часы

По механизму измерения:

· солнечные часы

· огненные часы

· песочные часы

· водяные часы

· механические часы

· камертонные часы

· кварцевые часы

· электронные часы

· астрономические часы

· атомные часы

Солнечные часы

Эти часы основаны на том, что солнце отбрасывает тень от предметов, и его путь по небу одинаков в одинаковые дни разных лет. Используя расчерченный круг и поправки на широту местности можно оценить который сейчас час.

Водяные часы

Старинные китайские водяные часы

Водяные часы или клепсидра. Основа механизма как у песочных часов.

Примечание: водяные, песочные и огненные часы не являются часами в обычном понимании, так как они не показывают текущее время и не предназначены для точного измерения произвольно взятых интервалов времени, строго говоря, они являются таймерами, т. е. воспроизводят заданные временные отрезки.

Песочные часы

Эти часы основаны на том, что точно откалиброванный речной песок проходит через узкое отверстие, в 1 песчинку, в одинаковые промежутки времени. При этом люди быстро догадались использовать 2 полости, соединённые узким перешейком с отверстием для пересыпания песка. Половинки стеклянного сосуда имели форму чаши и предназначались для измерения небольших промежутков времени, но имели недостаток: после пересыпания песка из верхней полости в нижнюю их приходилось переворачивать.

На флоте песочные часы назывались склянками.

Огненные часы

Огненные часы впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон.

Впоследствии разновидность огненных часов появилась и в Европе. Здесь использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.

Механические часы

Механический настольный будильник

У всяких механических часов нужно различать четыре существенных части:

1. двигатель (пружина или гиря)

2. передаточный механизм зубчатых колёс

3. регулятор, обусловливающий равномерность движения

4. распределитель или спуск, с одной стороны, передающий от двигателя импульсы регулятору, необходимые для поддержания колебания этого последнего, и, с другой стороны, подчиняющий движение передаточного механизма, а следовательно, и действие двигателя закономерности колебания регулятора.

Измерителем времени в тесном смысле слова служит регулятор. Зубчатые колёса, скреплённые с ними стрелки циферблата -- счётчики отмеренных регулятором единиц времени. Признавая суточное вращение земли вокруг её оси строго равномерным, мы в нём имеем единственный масштаб для сравнения промежутков или единиц времени. Обыкновенно за единицу времени принимается секунда, 1/86400 часть суток. О различном счёте времени, о звёздных, средних, истинных сутках -- см. Время.

Регуляторы часовых механизмов устраиваются так, чтобы отмеряемые ими промежутки времени равнялись или целой секунде, или половине, четверти или одной пятой секунды. Если регулятор начнёт почему-либо отмеривать меньшие промежутки времени, счётчик укажет большее их число в данном периоде времени. Часы, как говорят, уходят вперёд; обратно -- при отставании. Условившись о начальном моменте суток, иначе говоря, о моменте, когда счётчик часов должен показывать нуль протёкших единиц времени, приходим к понятию о поправке часов. Она положительна, если часы отстали, отрицательна -- если ушли вперёд. Изменение поправки часов за определённый промежуток времени называется ходом часов (например, суточный, недельный, часовой ход). Ход положителен, если часы отстают, отрицателен, если часы уходят вперёд. Ход выражает собой именно уклонение отмеряемых регулятором промежутков времени от принятой единицы. Поправка часов есть величина условная и, кроме того, в любой момент простым передвижением минутной стрелки счётчика поправка часов может быть сделана меньше одной минуты.

Достоинство же часов заключается в малости, а главное -- в постоянстве хода. Ход хороших астрономических часов и хронометров должен по возможности не зависеть от изменений температуры, давления, влажности воздуха, случайных толчков, стирания осей механизма, сгущения смазывающего масла, молекулярных изменений в различных частях механизма и т. д. Астрономические часы делятся на два главных типа:

· «постоянные», в которых движущей силой служит тяжесть гирь, а регулятором колебания маятника

· «переносные», где движение производится силой упругости развёртывающейся постепенно пружины, а регулируется колебаниями упругой, тонкой спирали, соединённой с т. н. балансом (см. ниже).

Часовые механизмы первого типа называются в астрономии «часами» в тесном смысле слова или «маятниками». Они находятся на обсерваториях при постоянных астрономических инструментах (см. Практическая астрономия), укреплены на каменных столбах или в стене; часто помещают часы в подвале обсерватории, чтобы предохранить по возможности от перемен температуры («нормальные» часы). Подвал посещают только для заводки часов, так как даже теплота тела может повлиять на их ход. Показания же часов, то есть «удары» маятника (всегда секундного), сравнивают с другими часами с помощью микрофона, установленного в подвале и соединённого с телефоном (это выражение, хотя и общепринято, но совершенно неверно. Удары «тиканье» производит не маятник (регулятор), а механизм спуска). При надлежащей установке и уходе «постоянные» астрономические часы должны иметь суточный ход не более 0,3 с, а его суточные изменения не должны превосходить одной сотой секунды.

Наручные часы

Часовые механизмы второго типа называются хронометрами. Различают «столовые», или бокс-хронометры (размеры их примерно 1Ѕ--2 децим. диаметром, 1 децим, высотой; одно простое колебание баланса длится Ѕ секунды), и карманные хронометры (размер общеизвестный; обыкновенно так наз. четыредесятники, то есть полное двойное колебание баланса длится 0,4 секунды, простое колебание -- 1/5 секунды). Качества карманных хронометров в среднем чувствительно ниже качеств столовых. Хронометры служат при определении географических положений мест, при работах переносными астрономическими инструментами (см. Практическая астрономия), при определении времени и долготы в море и т. д. Столовые хронометры на кораблях помещаются на привесе Кардана. Постоянные часы («маятники») почти исключительно, а хронометры в большинстве случаев регулируются на секунды звёздного времени -- т. н. «звёздные» часы и хронометры. Реже употребляются «средние» хронометры (то есть идущие по среднему времени). Выбор обусловлен удобством наблюдений или их обработки для тех или других задач астрономов.

В часах и хронометрах астрономами ценятся ещё определённые, но не резкие и без лишних шумов удары («тиканье»). Как лучших мастеров астрономических часов или хронометров нужно назвать Кессельса, Пиля, Дента, Тиде, Ховю (Howьh), Кноблиха, Фродшэма, Нардэна. Творцы «высшего» часового искусства и часовых механизмов XX века: Пётр Леруа, Гаррисон, Грахам, Дютертр, Арнольд, Берту, Юргенсен.

Кварцевые часы

Разновидность электронно-механических часов. Принцип действия основан на пьезоэлектрическом эффекте, свойстве кристаллов кварца, например, деформироваться под воздействием внешнего электрического поля, а также поляризоваться при механической деформации. При этом кристалл кварца, обладая маленькими размерами, может в значительно большей мере стабильно генерировать колебания, имеющие высокую временную и температурную стабильность. Механизм кварцевых часов состоит из элемента питания, электронного генератора, счетчика делителя и выходного каскада усилителя, нагруженного на катушку синхронного электродвигателя, который через систему зубчатых колес приводит в движение стрелки часов.

Электронные часы

Современные электронные часы с календарём и термометром

Часы, основанные на подсчете периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора с помощью счетчиков делителей и выводом показаний на электронный дисплей Электро-люминисцентно вакуумный, Светодиодный или Жидко-кристалический посредством дешифраторов. Первые электронные часы делались на отдельных лампах затем транзисторах и микросхемах. Затем были сделаны и наручные электронные часы обладающие светодиодным дисплеем, но они могли показывать время очень недолго: слишком прожорливыми оказывались светодиоды, затем использовали свойства жидких кристаллов ориентироваться во внешнем электрическом поле и пропускать свет с одним направлением поляризации. Будучи помещенным между двумя поляризаторами, свет от внешнего источника вовсе поглощался системой поляризатор-жидкий кристал-поляризатор-отражатель при наличии электрического поля становился тёмным и образовывал элемент изображения. В результате этого было значительно снижено энергопотребление, и замена элементов питания происходит намного реже. В современные электронные часы встроен как правило микроконтроллер, и у часов появилось много сервисных функций (будильники, мелодии, календари и т. д.), но микроконтроллер так же продолжает считать периоды колебаний все того же кристалла кварца.Замечание: Существуют также электронные часы, основанные на принципе подсчёта периодов частоты питающей сети, во многих странах существуют очень жесткие требования к стабильности частоты, но все же при колебании нагрузки частота сети может изменяться, и точность таких часов не может считаться нормальной, хотя для многих людей она является достаточной.

Радиочасы

Часы, обычно электронные, которые могут сверять свой ход по сигналам точного времени вещательных или специальных радиостанций, а также спутников GPS.

Сети часофикации

Сети часофикации предназначены для обеспечения точным временем широкого круга абонентов в городах, на предприятиях и т.д. Состоят из первичных и вторичных часов, а также линий связи.[1]

Первичные часы

Первичные часы предназначены для точного отсчёта времени и его передачи на вторичные часы.

Ранее представляли собой астрономические часы или хронометр, где вместо стрелок был электро-механический блок формирования команд на вторичные часы, в простейшем случае - обеспечивавший замыкание электроцепи раз в минуту.

Сейчас, с развитием электроники и телекоммуникаций - электронные часы высокого класса точности с несколькими каналами введения поправок.

Вторичные часы

Вторичные часы предназначены для показа времени в сетях часофикации.

Ранее представляли собой механизм без двигателя, регулятора и секундной стрелки, минутная стрелка двигалась соленоидом от импульсов первичных часов, часовая - через передаточный механизм 1:12.

В настоящее время - недорогие самостоятельные кварцевые часы с коррекцией от первичных часов, возможно также напрямую по радиосигналам точного времени, в отдельных случаях - GPS.

Производство часов

В СССР

В Советском Союзе в 1980-е массовое производство часов для персонального использования (бытовых) было организовано на 12 заводах:

· Саратовский завод "Рефлектор" - часы марки "Электроника"

· 1-й Московский часовой завод -- часы марки «Полёт», в экспортном исполнении - «Seconda»

· 2-й Московский часовой завод -- часы марки «Слава»

· Ереванский часовой завод -- часы марки «Севани»

· Ереванский завод художественных часов -- часы марки «Наири»

· Минский часовой завод -- часы марки «Луч»

· Орловский часовой завод -- часы марки «Янтарь»

· Пензенский часовой завод -- часы марки «Заря»

· Петродворцовский часовой завод -- часы марки «Ракета»

· Сердобский часовой завод -- часы марки «Маяк»

· Угличский часовой завод -- часы марки «Чайка»

· Челябинский часовой завод -- часы марки «Молния»

· Чистопольский часовой завод -- часы марки «Восток»

Интересные факты

Цветочные часы (дар г. Женевы к 300-летию основания Санкт-Петербурга в мае 2003)

· Традиционное движение часовых стрелок «по часовой стрелке» используется для указания направления кругового движения. Однако существуют часы, у которых стрелки двигаются «против часовой стрелки».* На разных этапах развития цивилизации человечество использовало солнечные, звёздные, водяные, огневые, песочные, колёсные, механические, электрические, электронные и атомные часы.

· Атомные часы имеют погрешность в 1 секунду за шесть миллионов лет.

· Часы идут по часовой стрелке, потому что именно в этом направлении движется тень солнечных часов, расположенных в северном полушарии Земли.

· Древнейшие солнечные часы, относящиеся к XV в. до н. э., обнаружены в Египте.* На циферблатах с римскими цифрами четвёртый час иногда обозначают как IIII вместо IV.

· Чаще всего часы в рекламе показывают приблизительно 10 часов 10 минут, поскольку такое положение стрелок воспринимается наиболее позитивно (напоминает улыбку).