История часов. Эволюция от солнечных до водородных - Семен Бронников

Знаменитый на весь мир часовой механизм древности — водяные часы в Афинах, творение мастера Андроника из Кира. Создатель посвятил это древнейшее метрологическое сооружение богине Афине. Своё второе название — «Клепсидра» — башня Ветров получила именно благодаря установленным внутри водяным часам. Воду для их работы подавал с афинского Акрополя специальный механизм.

Восемь граней тринадцатиметровой мраморной башни сориентированы строго по сторонам света. Фризы её украшены барельефами, изображающими всю «розу ветров». Флюгер на крыше башни в виде фигуры тритона указывал, с какой стороны дует ветер. Внизу, под фигурами, был размечен также циферблат солнечных часов. Таким образом, башня непрерывно использовалась для измерения времени.

С V века до новой эры греки использовали водяные часы дома. По солнечным часам время можно было определять только днем, а ночью им на замену приходила клепсидра. Первая клепсидра представляла собой простой цилиндрический сосуд с отверстиями внизу. Но вода вытекает из сосуда не всегда одинаково быстро: сперва быстрее, потом медленнее. Чем выше уровень воды в сосуде, тем больше давление, а чем больше давление, тем и скорость воды будет больше. Выходило так, что вначале за час вытекало больше воды, чем под конец.

Чтобы часы все-таки не врали, приходилось ставить черточки не на одинаковом расстоянии одну от другой, а так, чтобы верхние были реже, а нижние чаще. Изобретатели исправили этот недостаток — применили сосуд в форме конуса, основанием вверх.

Конструкция могла показать лишь, сколько времени прошло с конкретного момента, поэтому в античном мире часто использовалась, например, в суде для ограничения времени выступления говорящих. Специальный служитель стоял у клепсидры и оповещал, когда вода полностью выливалась из сосуда. «Ваше время истекло», — такими словами прерывалась речь выступающего. Если судебное разбирательство ненадолго прерывалось, например, для изучения документов, то трубку стока перекрывали воском до тех пор, пока выступление не возобновлялось.

Городская стража использовала водяные часы для определения момента смены караула. Водяные часы в Древней Греции использовались не только в суде для ограничения времени речи ораторов. В армии, где ночь разделяли на четыре смены по три часа, по водяным часам осуществляли смену караулов. Позднее греки внесли в историю водяных часов и их дальнейшего совершенствования существенный вклад.

Около 130 года до новой эры впервые в истории были сконструированы автоматические водяные часы, которые показывали время и подавали звуковые сигналы. Их автором был Ктезибий. История создания водяных часов сложного устройства прочно связана именно с этим именем. Чтобы клепсидра непрерывно показывала время, надо было соблюсти ряд условий. Обеспечив наполнение клепсидры только до определённого уровня, Ктезибий решил проблему постоянства давления воды. Необходимо было следить и за чистотой воды. Из верхней емкости вода постоянной струей истекала в другой сосуд. По уровню воды в нем определялось время. Впервые была использована зубчатая передача и циферблат. В нижней емкости находился поплавок, имеющий стержень с зубчатой рейкой и соединенный с устройством, показывающим время.

Затем Ктезибий усовершенствовал свои часы, добавив универсальный циферблат, выполненный в виде колонны, установленной на пьедестале, пустота под которым скрывала механизм. Часы Ктезибия являются как бы отправной точкой в истории водяных часов на пути их дальнейшего совершенствования. Вдоль спиральных линий шкалы, нанесенных на эту колонну, перемещался указатель, связанный с поплавком. Спиральные линии шкалы, идущие вокруг колонны, учитывали и показывали разные по продолжительности зимние и летние часы. Колонна-циферблат немного поворачивалась каждый день, внося корректировку, согласно шкале, на увеличивающиеся или уменьшающиеся дневные и ночные часы.

На колонне были нанесены деления для 24 часов. К примеру, в летние месяцы указатель перемещался над частью колонны-циферблата, где отметки дневных часов были дальше друг от друга, отметки ночных часов ближе друг к другу, а в зимнее время наоборот. Статуэтки двух херувимчиков стояли возле колонны. Вода, капая из глаз левого херувимчика, медленно заполняла цилиндрическую емкость, находящуюся под пьедесталом; поршень, поддерживающий правого херувимчика, понемногу поднимался, и жезл в его руке показывал время на циферблате. Для предотвращения износа отверстий, из которых текла вода, вокруг них была оправа из драгоценных камней. При наступлении 24-го часа, сифон быстро опорожнял цилиндр, правый херувимчик опускался.

Система шестеренок, приводимая в действие водяным колесом, на которое выливалась из сифона вода, поворачивала циферблат-колонну чтобы спиральные линии шкалы встали в нужное положение для измерения временных интервалов следующего дня. В свои водяные часы Ктезибий внедрил сифон, применил шестеренную передачу и драгоценные камни.

Но история водяных часов знает и более удивительные сооружения. Водяные часы, которые, как пишут старинные рукописи, сделал Архимед, были сложнее часов Ктезибия, с множеством подвижных фигур и боем. Они имели богатое украшение. Посредством системы гидравлических колес, связанных с поплавком, поднимающимся при равномерном притоке воды, из вороньего клюва ежечасно выпадал шарик, со звоном ударяясь о медный таз. При наступлении полудня у основания водяных часов статуэтка музыканта играла на флейте. Двенадцать вооруженных всадников выезжали из своих ворот, каждый в определенный час.

Все это многообразие фигур водяных часов приходило в движение в заданное время и осуществлялось с помощью опрокидывающихся сосудов, системы поплавков и колес. В середине часов движение фигур происходило посредством опрокидывающегося сосуда, в то время как большой поплавок, находившийся в верхнем сосуде, отвечал за перемещение статуэток верхнего яруса водяных часов. В нижнем ярусе имелся сифон. Когда сифон опустошался каждые шесть часов, начинала играть флейта.

Водяные часы Архимеда могли показывать «местное» время, или время, меняющееся в зависимости от времени года. Несмотря на то что у ученых есть основания сомневаться в авторстве Архимеда, доказательств того, что он не строил эти водяные часы, тоже нет.

Примерно в этот же исторический период были изготовлены карманные водяные часы, пользуясь которыми Герофил (III век до новой эры), врач по профессии, мерил пульс больных лихорадкой.

Водяные часы стали необходимым устройством, получившим практическое применение в античном обществе.

До нас дошло описание будильника, сделанное философом Платоном (IV–III века до новой эры). Это механизм из двух конусов, входящих один в другой внутри сосуда. Водяные часы представляли собой скульптуру музыканта, который звуком своей флейты будил хозяина.

Вода, перетекая из верхнего сосуда в нижний, постепенно вытесняла из него воздух, который, в свою очередь, устремлялся по трубке, специально соединенной с флейтой. Звук флейты таких водяных часов служил для созыва учеников Платона на уроки. Так появился первый школьный звонок.

Древний Рим

У римлян были в большом ходу водяные часы самого простого устройства, так, например, ими определялась длина речей ораторов в суде. Первые водяные часы устроил в Риме Сципион Назика (157 год до новой эры). Их устройство не отличалось высокой сложностью. Зубчатое колесо с прикрепленной к нему стрелкой входило в зацепление с зубцами штанги, соединенной с поплавком. Поток воды, льющейся в сосуд с поплавком, регулировался в зависимости от времени года. Штанга с поплавком, перемещаясь вверх на зубец за час, проворачивала шестерню и стрелку на одну позицию.