Разновидности часов

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Украины.

Луганский национальный университет имени Тараса Шевченко

Доклад

По предмету "Теория и методика формирования элементарных математических представлений"

на тему "Разновидности часов"

Выполнила: студентка 4го курса

Мещерякова М.Г.

Научный руководитель:

Сазонова А.В.

Севастополь

2011

На разных этапах развития цивилизации человечество использовало солнечные, звёздные, водяные, огневые, песочные, колёсные, механические, электрические, электронные и атомные часы. Направление движение стрелок часов "по часовой стрелке" и "против часовой стрелки" используется для указания направления кругового движения.

Традиционное направление движения часовой стрелки совпадает с направлением, в котором движется тень горизонтальных солнечных часов, расположенных в северном полушарии Земли. Однако, существуют часы, у которых стрелки движутся "против часовой стрелки" (как у солнечных настенных).

За много тысячелетий до изобретения современных часов люди пытались измерять время. Наши предки подметили, что равномерно горящее пламя за равное время потребляет всегда одно и то же количество масла или воска. Тогда и стали использовать свечи, масляные лампы или фитили для измерения времени. В древнем Китае существовали, например, "часы", которые были сделаны из пропитанных маслом веревок, на которых были завязаны узлы. Такой шнурок поджигали и каждый раз, когда пламя достигало узла проходил определенный отрезок времени. Позднее стали использовать свечи с отметками, по которым можно было узнавать время, пока свеча горела. Всякий раз, когда верхний край свечи доходил до одной из отметок, проходи определенный период времени. Такие маркированные свечи продаются и по сей день. В качестве часов использовались и масляные лампы. Прозрачный сосуд имел вертикальную шкалу, по которой можно было отсчитывать уровень масла. Поскольку в час использовалось одинаковое количество масла, уровень его в сосуде был мерой времени, прошедшего с момента, когда лампа была зажжена.

Для измерения времени можно использовать не только равномерное сгорание свечи или масляной лампы, но также истечение из сосуда, воды или песка. Песочные часы используют и сей день. Они состоят из двух грушевидных емкостей, соединенных, между собой узкими концами. Песок перетекает из верхней части сосуда в нижнюю за определенное время. В песочных часах, которые раньше использовали при варке яиц, этот процесс обычно занимал 5 минут. Если после перетекания песка в нижнюю часть часы перевернуть, снова начнется отсчет 5 минутного периода. Для измерения времени использовали и медленное истечение воды из сосуда. Так же как и в масляных часах, измерялся уровень воды. Поскольку вода вытекала с постоянной скоростью, по уровню воды можно было измерять время. В некоторых странах и сейчас встречаются водяные часы разного рода, но их вытесняют дешевые наручные часы. Солнечные часы были раньше одним из главных способов измерения времени. В наши дни они остались как украшение на стенах церквей и в парках. Принцип солнечных часов очень прост. Наше дневное светило восходит утром на востоке, затем, как нам кажется, начинает перемещаться по небу, достигает днем на юге максимально высокой точки и вечером заходит на западе. Поскольку Солнце медленно меняет свое положение, то меняется и направление тени стержня. Утром она довольно длинная и указывает на запад, днем - короткая и указывает на север. Когда Солнце в 12 часов истинного местного времени достигает самого высокого положения, тень короче всего. Потом она снова удлиняется. По положению тени можно судить о времени дня. Если вокруг точки, где вертикально вкопан стержень, нарисовать циферблат, то перемещающаяся тень каждый час будет падать на соответствующее деление циферблата, так что по нему можно узнавать время, как по наручным часам. На солнечных часах стержень установлен наклонно, так, чтобы он был параллелен земной оси, т.е. указывал на Полярную звезду.

Пожалуй, самым значительным шагом вперед в истории измерения времени было введение механических часов с колесиками, которые с XII века начали устанавливать на башнях церквей. В качестве приводного механизма в них использовались грузы, укрепленные на металлической цепи. При опускании груза цепь сматывалась и вращала цилиндр, соединенный с системой колес и стрелкой. В XIV веке механические башенные часы использовались повсеместно, а в 1657 году голландец Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы. Еще в 1583 году великий итальянский физик Галилеи открыл, что полное качание маятника (вперед и назад) всегда происходит за одно и то же время, т.е. маятник идеально задает такт для часов. Можно, например, изготовить такой маятник, одно колебание которого продолжается ровно секунду. Если какое-либо устройство подсчитает число колебаний маятника с того момента, как он был запущен, то можно узнать, сколько секунд прошло. Вот только как осуществить на практике эту идею? Почти все маятниковые часы сконструированы следующим образом: в часовом механизме груз с помощью троса через валик приводит в движение систему колес. Этот груз обеспечивает энергию для часов. Усилие через несколько колесных пар передается на тормозное колесико. Проворачивание часового механизма тормозится в результате взаимодействия тормозного колесика и анкера и регулируется маятником. Тормозное колесико будет продвигаться дальше лишь в том случае, если маятник приведет анкер в такое положение, когда он отпустит тормозную шестеренку. время часы измерение

Нам уже знакомы часы с маятником как регулятором хода. Но в наручных или карманных часах маятник не разместить. Для них в качестве регулятора хода часто используют баланс, небольшое качающееся колесо, скрепленное со спиральной пружиной. Этот баланс колеблется обычно 5 раз в секунду назад и вперед, т.е. частота его колебаний 5 герц. Некоторые современные часы имеют еще более быстрые регуляторы хода, например, небольшие камертоны, частота которых составляет 360 герц, т.е. они колеблются 360 раз в секунду. Еще более высокую частоту имеют кварцевые часы с колеблющимся кварцевым кристаллом. В современных наручных часах обычно используют кварцевые пластинки, которые колеблются с частотой 32 768 раз в секунду, другими словами, частота колебаний составляет 32 768 герц. Регулируемые таким колеблющимся кварцем, часы имеют точность хода, намного опережающую возможности точнейших механических часов. В лаборатории при соблюдении надлежащих условий удалось получить отклонение всего в 1 секунду за 30 лет. В течение многих столетий самыми точными часами была вращающаяся Земля. Мы видели, что для работы часов нужен какой-либо периодический процесс, например движение маятника. Чтобы часы правильно показывали время, период колебаний должен быть, насколько это возможно, постоянным. Еще в первые десятилетия нашего века вращение Земли было самым точным из известных науке периодических процессов и поэтому служило основой для измерения времени. Но с появлением первых кварцевых часов люди с изумлением обнаружили, что земные часы идут отнюдь не так уж точно.

С одной стороны, время вращения постепенно возрастает в результате трения волн приливов и отливов. Через 100 лет Земля станет вращаться вокруг своей оси на 0,00164 секунды дольше, чем сейчас. С другой стороны. Земля вращается то быстрее, то медленнее, так что длина одного дня может отличаться от другого на 0.001 секунды. В наши дни вращение Земли перестало быть стандартом времени.

Его место заняли атомы, "колебания"которых используются как регулятор хода для так называемых атомных часов. Атомы цезия могут находиться в различном энергетическом состоянии. Два интересующих нас состояния назовем (+) и (-), Если атомы переходят от (+) к (-), они испускают электромагнитное излучение с частотой герц. Эта частота - абсолютно постоянный периодический процесс, она служит регулятором кода атомных часов. Принцип работы атомных часов следующий: вначале цезий испаряют в печи, и оттуда вылетают его атомы. Позади печи расположен сортирующий магнит, который пропускает в так называемый полый резонатор только атомы, находящиеся в состоянии (+); в этом резонаторе многие атомы за счет облучения в микроволновом поле переходят в состояние (-).

На любых применяемых в наши дни часах мы находим систему. способную колебаться, ее называют также регулятором хода. Это может быть маятник, баланс в карманных часах, камертон или кварцевый кристалл. В качестве регулятора хода можно использовать также атомы и молекулы. При этом обязательно должно соблюдаться условие - период колебаний регулятора хода должен быть постоянным. Еще один важнейший элемент каждых часов - накопитель энергии. Ведь к колебательной системе нужно подводить энергию, чтобы скомпенсировать неизбежные потери на трение. Чтобы запасти энергию, используют поднятый наверх груз, натянутую пружину или электрические батарейки. Наконец, необходим передаточный механизм, чтобы передавать накопленную энергию колебательной системе. Для этого используют шестеренные передачи или электронные схемы. И последнее - необходимо устройство, которое подсчитывало бы число колебаний и показывало их в удобной для нас форме. Здесь применяются различные циферблаты и электронные индикаторы. Цифровые показания, которые мы видим на некоторых часах, например 12:45 или 23:18, нередко вытесняют "аналоговые" показания, к которым мы привыкли.

В Германии, например, в 1978 году был принят закон о времени. В соответствии с этим законом физико-техническому институту в Брауншвейге и Берлине дано поручение определять точное время в Германии. В настоящее время в институте в Брауншвейге построены два высокоточных часовых прибора на атомах цезия. Их считают одними из самых точных часов в мире, ведь даже через миллион лет показания одних часов отклонятся от показаний других не более чем на 1 секунду. Каждый может узнавать точное время. В России сигналы точного времени передаются по радио шестью короткими звуковыми сигналами (например, радиостанцией "Маяк"). С помощью сигналов точного времени можно установить "законное" время с точностью более одной миллисекунды. DСF77, передатчик, установленный неподалеку от Франкфурта-на-Майне в Германии и постоянно посылающий сигналы точного времени, регулирует время радио- и телевизионных станций, часы, установленные на почтамтах и на железной дороге. Этими же сигналами пользуются и многие другие общественные учреждения. Сигналы точного времени используются для управления сложными техническими процессами и для научных наблюдений.

Но самый красивый вид часов, пожалуй, мало кто поспорит, это цветочные часы. Принцип "работы" таких часов прост и в то же время сложен. В данном случае подбираются специальные растения, цветки которых раскрываются и закрываются в разное время суток. Правда, определить время по настоящим цветочным часам немного проблематично. В наше время в такие часы нередко встраиваются часовые механизмы.

Наши предки и представить себе не могли, какое будет продолжение у веревки с узлами и горящей свечи . Но продолжение следует…

Размещено на Allbest.ru