Илл. 9. Восточные водяные часы
2.3. Песочные часы
(третье поколение приборов для измерения времени)
Даты появления песочных часов не знает никто, хотя можно предполагать, что они были известны в Азии еще до нового летоисчисления.
Однако, только в Х веке нашей эры появились первые документы, в которых делаются предположения, что именно в это время впервые построены такие часы. А первое документальное упоминание о песочных часах относится к еще более позднему времени, к 1339 году. Это было сообщение о технологии по приготовлению песка для песочных часов.
Почему же внедрение песочных часов задержалось почти на тысячелетие?
Дело в том, что на внедрение новой системы оказывает существенное влияние уровень развития техники. Для создания песочных часов необходимо было наличие прозрачного стекла. А появилось такое стекло только в IX веке. И только с появлением прозрачного стекла стало возможным изготовление песочных часов (Илл. 10.).
Несмотря на достаточно позднее появление песочных часов, они быстро завоевали рынки. Причиной тому была их простота и удобство использования, по сравнению с водяными часами, а также более высокая точность, по сравнению солнечными часами. Быстрое внедрение песочных часов стимулировала нарастающая Потребность в точном измерения времени, которое требовала как общественная жизнь, так и развитие технологий. Технология работы с прозрачным стеклом была уже достаточно развита, поэтому изготовление стеклянного корпуса для часов уже не представляла затруднений. Технология подготовки песка также не вызывала проблем.
Илл. 10. Песочные часы
С тех пор, технология изготовления песочных часов не менялась, как и их конструкции в течении нескольких столетий. Однако, на этой системе очень хорошо видна закономерность захвата типоразмерного ряда. Часы делали рассчитанными на самое разное время, в зависимости от потребности. Обычно эти часы были рассчитаны на несколько минут, но бывали и часы, рассчитанные на 12 часов. Делали песочные часы, рассчитанные на другое время. Так, например, долгое время специализированные песочные часы применялись в морском деле на кораблях применялись 4-х-часовые песочные часы для определения времени вахты и 30-секундные песочные часы, для определения скорости корабля (Илл. 11.).
Илл. 11. Набор корабельных склянок (песочных часов) XVIII века
И хотя песочные часы были намного точнее, чем водяные или солнечные, их основным недостатком была недостаточная точность. И повысить точность в рамках данной концепции было невозможно. Для решения нужна была новая концепция часов.
S-кривая развития песочных часов закончилась с появлением более точных механических часов. Однако песочные часы остались в ряде зон, где их использование оказалось более удобным, а особая точность не нужна. Особенно интересно превышение таких часов в тех случаях, когда нужна наглядность. Часто у детских врачей при проведении процедур время показывают именно песочные часы, что очень нравится детям.
3. Появление механических часов
С развитием науки и техники появились новые возможности по созданию инструментов для измерения времени. Появились механические часы. Это уже четвертый принцип действия часов, четвертая S-кривая.
Все началось с гиревых часов, точнее с создания механизма генерации автоколебаний под действием силы тяжести.
3.1. Гиревые часы
(четвертое поколение приборов для измерения времени)
Нет доставерных данных о том, кто придумал механические часы. Но есть предположение, что идея создания механических часов принадлежит монаху Герберту из Ориллака, ставшему впоследствие римский папой Сильвестром II (9501003).
Зато точно известно, что первые механические башенные часы были построены англичанами в Вестминстерском аббатстве в 1288 году. С тех пор началось победоносное шествие механических часов в Европе.
За счет какой энергии работают гиревые часы? Колебания в этих часах поддерживаются периодическим подталкиванием зубцов храпового колеса, соединенного с висящей гирей. Именно гиря и обеспечивает энергией автоколебательный процесс. Неизменный вес гири и обеспечивает стационарность процесса, а работа внешних сил груза компенсирует потери механической энергии на трение в системе (Илл. 12).
Илл. 12 Схема работы гиревых башенных часов
Сначала появился самый простой часовой механизм на механическом принципе. В нем было всего три зубчатых колеса. Этого оказалось достаточно, чтобы создать автоколебательный процесс, при котором работает однострелочный циферблат. В ТРИЗ такая минимально работоспособная система называется функциональный центр. Чтобы появилась минутная стрелка, понадобилось еще одно зубчатое колесо (в терминах ТРИЗ это уже развертывание системы). Впрочем, все это было намного позднее. А первые часы были без стрелок.
В то время религия играла большую роль в жизни людей. И большая часть общественной жизни проходила с ее участием. А главной потребностью у церкви в годы было своевременно собирать людей на службу и другие собрания. Именно поэтому проблема определения времени так волновала церковных деятелей. Именно поэтому первые часы стали устанавливать в церквях.