01.10.2017
Песочные часы являются особым механизмом, который создан человеком для получения сведений об одном из самых загадочных явлений на планете - времени. Стараясь объяснить принцип действия механизма, совершенно не представляется возможным не затронуть сам процесс, для которого он создан. И поэтому важно понять саму специфику времени, для того чтобы получить правильный ответ на вопрос, зачем же действительно нужны песочные часы.
Время и его роль в жизни человека
Современная наука объясняет, что такое время в трех разных физических явлениях:
1. Классическая физика и квантовая механика.
2. Теория относительности.
3. Временная ось.
В классической физике время является неизменным и абсолютным. Если песочные часы купить, то, в идеальном варианте, они будут отмерять секунды и минуты бесконечное количество раз с одинаковой скоростью. Сходная теория наблюдается и в квантовой механике. Но в отличие от физики, здесь имеет место быть временная ось.
Согласно Эйнштейну и его теории относительности, скорость времени может изменяться. Хотя уравнения, доказывающие это правило, схожи в Т-симметрии с квантовой механикой.
Ось времени это уже элемент некоторых категорий механики. Согласно им, ни одна из существующих теорий в физике или механике не определяет этот вектор. Современные ученые пытаются решить «проблему оси времени» до сих пор.
История песочных часов
Еще в древние времена была подмечена периодичная смена сезонов. Вероятнее всего в те моменты и было решено создать для себя время - величину, которая отсчитывает прожитые события. И с целью постоянного и быстрого способа узнать оставшийся период до какого-либо дня, создаются первые часы.
Впервые песочные модели, согласно историческим хроникам, были созданы еще в Древней Греции. Принадлежали они тогдашнему божеству Кроносу, которое изображалось с ними на каждой статуе или картине. В реальности это были два сосуда с равными углублениями. Между ними устанавливался лист металла или дерева. Нередко их заменяли слюдой или стеклом. Тем не менее, из-за постоянного трения, материал истирался, а часы отсчитывали неправильное время.
Другие источники указывают на то, что первые песочные часы были созданы в Азии еще о появления летоисчисления. Некоторые сведения затрагивают и Архимеда, который якобы обладал бутылочными часами.
В Европе датой начала использования этого хронометра становится конец средневековья. В 1 339 г. во Франции был создан мельчайший песок, который добывали из мраморной крошки, проколачивали в вине и сушили под лучами Солнца.
С тех пор изделие постепенно совершенствовалось, пока не стало таким, которым мы можем видеть его сейчас.
Практическое применение песочных часов
Песочные часы на 3 минуты могут использоваться и в современном мире. Хотя большинство и них заменили цифровые секундомеры, некоторые узкопрофильные специалисты все же продолжают их применять.
Песочные часы на 5 минут можно встретить в лечебно-профилактических учреждениях, лабораториях, учебных заведениях. Здесь они играют роль, в большинстве случаев, экспонатов, которыми до сих пор пользуются. В медицине ими нередко засекают небольшие отрезки времени, которые необходимы для оказания помощи пациенту или строго регламентированной процедуре.
1 минута может оказаться решительной для физика или химика, который привык проводить различного рода эксперименты. Именно для этой цели и используются песочные часы, отсчитывающий этот минимальный промежуток.
Песочные часы на 15 минут нередко используются учителями. Особенно популярны такие изделия не в простых местных школах, а элитных университетах, работающих по старым проверенным методикам. Песочные часы такого формата считаются наиболее подходящим решением отсчета времени для проведения, например, какого-либо испытания.
К сожалению, из-за появления электроники, часы, секундомеры и таймеры существуют повсеместно. Они встроены в наручные аксессуары, мобильные телефоны, компьютеры. Потому время песочных часов, как серьезного механизма давно отошло в историю. Сегодня отсчитать 10 минут может даже микроволновая печь. А, некогда серьезный прибор, становится игрушкой и необычным сувениром для тысяч людей по всему миру.
Делу время, а веселью час
Современные, доступные в продаже изделия могут стать прекрасным подарком. Для детей они становятся первым шагом в освоении простых законов физики. Потому родители стремятся пораньше привить своему подрастающему чаду тягу к науке. В обычных забавах с необходимостью подсчета времени, можно смело применять песочные часы.
В качестве игрушки деревянные красивые модели используются и взрослыми людьми. Их нередко дарят сотрудникам, близким друзьям и даже родственникам. Это необычайно красивые, искусно изготовленные песочные часы, которые устанавливают на рабочие столы в офисах.
Нередко подобные хронографы с песком устанавливают как элемент декора, создавая особый стиль интерьера.
И лишь некоторые люди хранят их как часть многовековой истории, как память о важном событии или просто забавную безделушку.
Принцип действия
Песочные часы даже современного изготовления редко можно считать эталонным прибором, способным точно отсчитать время. И этому имеется вполне научное объяснение.
Настольные песочные часы состоят из двух колб, небольшой трубочки между ними и оправы. Внутри имеется песок, который в сувенирной продукции подкрашивается необычным цветом. Под действием силы тяжести, он падает из верхней колбы в нижнюю по трубочку или узкому горлышку. В нижней же части имеется некоторое количество воздуха, который и вытесняется сыпучим материалом.
Недостатков у песочных часов оказывается очень много. Это и небольшой промежуток отсчитываемого времени, и неточность показаний. Среди достоинств выделяется минимальная стоимость изделия, которое худо-бедно отсчитывало секунды. Такое изделие в металле мог позволить себе даже бедный человек. Особое место в истории песочных часов уделяется судоходству. С их помощью моряки узнавали о смене вахты и скорости перемещения по воде. Естественно, несменным прибором они считались у медиков, вплоть до начала ХХ века.
В любых часах «работают» повторяющиеся, циклические процессы. Самыми первыми часами, вероятно, были солнечные часы, в которые «запрягли» само Солнце, что ни день перемещающееся по небосводу с востока на запад.
Вслед за солнечными часами были изобретены водяные. В этих часах вода вытекала из сосуда небольшой струйкой через маленькое отверстие. Размер сосуда и диаметр отверстия, через которое вытекала вода, были подобраны так, чтобы сосуд опустошался за определенное время. Допустим, за сутки. Оставалось только нанести на стенки сосуда метки, по которым можно было бы измерять время. Такие водяные часы назывались греческим словом «клепсидра» и применялись уже в Древнем Египте, в Междуречье и, конечно, у древних греков.
Какой повторяющийся процесс был задействован в водяных часах? После того, как вся вода из сосуда вытекала, ее надо было заливать повторно. Если часы были рассчитаны на сутки, то заливать воду в водяные часы приходилось раз в сутки, если на час – то раз в час. О том, что такое клепсидра, можно прочитать в статье «Kто такие клепсидры?», опубликованной 06.07.2014.
Мелкий песок такой же текучий, как вода. Поэтому ничто не помешало бы, казалось, поменяв воду на песок, создать песочные часы. Но технически для античных мастеров эта задача оказалась невыполнимой. Хотя на некоторых древнегреческих рельефах, говорят, бога времени Кроноса изображают со склянкой, похожей на песочные часы.
Классические песочные часы – это стеклянная трубка, имеющая сужение посередине и закрепленная на устойчивом основании. В верхнюю часть засыпается определенное количество очень мелкого песка, состоящего из однородных гранул. Что, спрашивается, здесь сложного? В первую очередь – стеклянные детали. Мало того, что сосуды из стекла требуемой формы было не просто изготовить. Хуже было то, что древние мастера не могли изготавливать прозрачное стекло. В крайнем случае его прозрачность напоминала прозрачность бутылочного стекла. То есть, что-то просвечивает, но что – не разглядишь.
Так что песочные часы в Европе появились достаточно поздно, и скорее всего, были они скопированы с восточных оригиналов. Вот уж где песка было видимо-невидимо! По одной из версий песочные часы в Европе появились примерно в VIII веке. Естественно, что первыми пользователями песочных часов были монахи и священники. С помощью песочных часов контролировали продолжительность службы.
Почти одновременно песочные часы поступили на флотскую службу. Без правильного счета времени заблудиться в открытом море вдали от берегов – пара пустяков. Песочные часы подвешивали на веревку и приставляли к ним дежурного матроса. Раз в полчаса, когда «завод» песочных часов кончался, этот матрос переворачивал склянку и звонил в колокол. Это называлось «отбивать склянки»
Основных параметров, определяющих функционирование песочных часов, несколько. Объем широких частей определяет продолжительность одного цикла, сколько времени песок будет пересыпаться из верхней половины часов в нижнюю. Потом часы придется перевернуть (вот он, циклический процесс). Нижняя половина станет верхней, и процесс пересыпания песка возобновится.
Кстати, на продолжительность одного цикла влияет и диаметр «горлышка». Очевидно, что он не может быть меньше диаметра песчинки. Собственно, этот диаметр должен быть значительно больше. Ведь горлышко должно не только пропускать песчинки, падающие вниз. Вверх из нижней части должен подниматься вытесняемый воздух. Но слишком широкий диаметр – тоже нехорошо. «Завод» песочных часов уменьшится, а равномерность «хода» – ухудшится. На равномерность хода, особенно, в конце цикла будет влиять и форма сужения песчаной склянки в горлышко. Если склянка не будет достаточно пологой, песочные часы могут остановиться раньше. Остатки песка не захотят скользить вниз. В общем, расчет правильной формы песочных часов – хорошая задачка для математиков. Не знаю, решали ли они ее.
Скорее всего, формы и размеры частей песочных часов были выработаны практическими экспериментами. Оказалось, что диаметр сужения не должен быть больше, чем половина диаметра склянки и меньше, чем 1/12 часть этого диаметра.
Естественно, что сам песок, заключенный в песочные часы, должен быть очень высокого качества, мелкий и без каких-либо посторонних включений. Чтобы достигнуть этого, мастера-часовщики обжигали песок, затем просеивали его через мелкое сито, после чего тщательно высушивали. Кстати, до 18-го века склянки песочных часов делали из двух половин, которые соединяли между собой веревкой и заливали сургучом или воском для того, чтобы предотвратить попадание вовнутрь влаги. Ясно, что отсыревший песок терял свою текучесть. Поэтому зимой или осенью песочные часы могли остановиться и требовали «ремонта», то есть просушки песка.
Песочные часы начали уходить с рынка, когда появились часы механические, не требовавшие постоянного пригляда. Впрочем, песочные часы не сдались без боя. Немецкие часовые мастера начали изготавливать конструкции, состоящие из четырех склянок, закрепленных вместе, что увеличило длительность «завода» песочных часов. Тогда же появились, вероятно, самые точные песочные часы, которые позволяли отмерять интервалы в 1 секунду. Это, вероятно, максимально достигнутая «точность хода» песочных часов. Сохранившиеся доныне песочные часы отмеряют интервалы времени в 1 или в 3 минуты с точностью до 1 секунды. Их применяют на кухне, в медицинских лабораториях и иногда в судах, когда судья желает показать стоящему перед ним человеку: «Говори по делу, не рассусоливай. Вот тебе три минуты, и не секундой больше»
Датский астроном Тихо Браге (1546 - 1601) (имя которого упоминалось в статье «Кто такой астрофизик и чем он занимается?» от 08.12.2014) попытался внести последнее усовершенствование в устройство песочных часов, заполнив их сосуд ртутью. Это изобретение не прижилось, но в магазинах сувениров сейчас можно встретить склянки, напоминающие по форме песочные часы, в которых, однако находится какая-нибудь красивая жидкость. Вряд ли, конечно, такие часы стоит называть песочными, хотя по привычке их так называют. Это показатель того, что форма песочных часов «прочитывается» нами, как символ времени. В прошлых версиях операционной системы Windows иконка «sandglass», то есть «песочные часы» возникала, когда система была занята и не могла отвечать на запросы пользователя.
Форма песочных часов без всякой связи с измерением времени используется еще и для описания одного из типов женской фигуры: развитые плечи, широкие бедра, видимое сужение в талии. Если погуглить словосочетание «песочные часы», в обнаруженных по этому запросу изображениях, наверняка окажутся красивые женские фигуры. Почему? Да потому!
Песочные часы - одни из самых древних и самых простых приспособлений для измерения времени. Колба и песок внутри, перетекающий из одной камеры в другую под силой тяжести песка - это и есть тот параметр, который отсчитывает ускользающие секунды. Период времени, который способны засечь часы, напрямую зависит от величины колбы и ширины отверстия, сквозь которое просыпается песок. Именно поэтому чаще всего встречаются часы, отсчитывающие промежуток времени в 1, 2, 5 и 30 минут: это оптимальное время для колбы малых размеров. Существуют и песочные часы, отсчитывающие временной промежуток, равный 365 дням (1 году). Вес их вместе с песком составляет около 40 тонн, а диаметр колбы такой, что внутри запросто размещается BMW. Такие песочные часы установлены в качестве украшения Кремлёвской площади и Болгарской Площади Победы.
Огромная масса - не единственная причина того, что песочные часы не отсчитывают большие временные промежутки. Дело в том, что добиться равномерного пересыпания песка крайне сложно. Со временем песок истирается, превращаясь в пыль, скорость его просачивания сквозь отверстие увеличивается, и часы начинают «спешить». Вся эволюция песочных часов построена на выборе правильного песка для часов, который бы и жил долго, и пересыпался равномерно.
Какой песок выбирают для песочных часов?
Песок для песочных часов должен обладать некоторыми свойствами: он должен иметь примерно равный диаметр, быть сыпучим, а песчинки не должны царапаться друг о друга. Именно поэтому обычный речной песок не прижился: его достаточно быстро заменили отожжённым тонкозернистым песком, который просеивался через несколько сит, что и обеспечивало примерно равный диаметр песчинок. Перед укладкой в колбу важно было полностью избавить песок от влаги, иначе его сыпучесть будет нарушена.
Ещё один популярный вариант - свинцовый песок, который изготавливался из цинковой и свинцовой пыли: такой песок меньше всего царапал внутреннюю поверхность колбы, нарушая гладкость её стенок.
Кроме свинцового и жженого песка применялся истертый мрамор, измельчённая яичная скорлупа, оксид олова и даже ртуть (благо, она не прижилась). Популярным наполнителем песочных часов стал кварц - камень, обладающий многими целебными свойствами.
Изобретатель Стефан Фарфлер внёс весомую лепту в совершенствование механизма песочных часов: он создал пружину, которая автоматически переворачивает колбы часов, меняя их местами и начиная ход времени заново. Таким образом, появилась возможность измерять большие временные промежутки, не увеличивая массу часов и диаметр их колбы.
А вот использование в песочных часах воды вместо песка положило начало созданию водяных часов (так называемой клепсидры). Но это уже совсем другая история.
Песочные часы одно из самых древних изобретений человечества , но точная дата, к сожалению, не известна. Однако по данным, которые сохранились, можно сделать вывод, что принцип, использующийся в песочных часах, был известен в Азии задолго до возникновения нашего летоисчисления. Несмотря на то, что в наше время активно развиваются часовые механизмы, песочные часы до сих пор активно используются.Песочные часы в средние века
Большим прыжков в развитии истории песочных часов стали именно средние века . Одно из самых древних упоминаниях о часах принадлежит к 14 веку, там содержатся советы по приготовлению особого, мелкого песка для использования в песочных часах.
Песочные часы появились в Европе довольно поздно , но, несмотря на это, они быстро вошли в обиход практически каждого человека, этому способствовали низкая цена, простота в использовании, надежность, и самое главное, возможность измерить время не зависимо от времени суток, это выгодно их отличало от солнечных часов.
Самые распространенные часы имели один существенный недостаток — это сравнительно небольшой интервал, час или полчаса. Редкостью были часы, которые могли измерить 3 часа, и совсем единицы были рассчитаны на относительно большое время работы песочных часов . Это были огромные, громоздкие конструкции, которые могли отсчитывать интервалы по 12 часов.
Производство песочных часов
Самое главное значение для точности хода песочных часов имело качество песка , он должен быть просеян через многочисленные сита, тщательно высушен и отожжен. Стеклянные колбы для изготовления часов производились уже по известной технологии. В место, где стыковались колбы, вставлялась пластина, которая должна была регулировать скорость пересыпания. Что бы скрепить две колбы, место их стыка плотно обматывалось ниткой и дополнительно покрывалось смолой.
Для точности хода также имели значение форма колб и качество их поверхности. При очень длительной эксплуатации песочных часов точность их ухудшалась. Это было связано с тем, что внутренняя часть колбы постепенно царапалась песком, а также большую роль имело то, что песок измельчался в более мелкие фракции.
Песочные часы — фото
Представляем вам фото различных форм песочных часов.
Значение песочных часов
Песочные часы это символ, напоминающие нам об умеренности , о том, что время скоротечно, и не нужно чтобы отведенное время сокращалось излишествами. Два сосуда олицетворяют цикличность, смену жизни и смерти, хаоса и порядка.
Конечно, уйти от классической формы песочных часов далеко не получится
, ведь две, соединенные между собой, колбы и оправа и есть основа таких часов. Но можно менять саму форму колб и поддерживающей их рамы на какую угодно. Например, отличным подарком в бизнес кругах, являются песочные часы колбы которых являются логотипом компании. Также есть возможность экспериментировать с материалами: цветные стекла, камни различных пород, дерево, металлы (возможно даже драгоценные), могут сделать песочные часы уникальными в своем роде.
Самые большие в мире песочные часы имеют высоту 11,9 метров , и их цикл составляет 1 год, это величайшее устройство для измерения времени. Эти часы в июле 2008 году можно было увидеть в Москве, на Красной площади. Самые маленькие часики высотой всего 2,5 см, создали их в Германии, в Гамбурге, песок из верхней колбы этих часов высыпается всего за 5 секунд.
Даже учитывая то, что песочные часы имеют недостатки и не самые точные, их использовали даже после изобретения механических часов, в 20 веке их использовали на телефонных станциях и в залах суда.
В настоящее время песочные часы играют больше декоративную роль , в качестве элементов дизайна интерьера. Так же это древнее изобретение используется во время проведения некоторых медицинских процедур.
Измерять время люди начали очень давно. Для этого использовались вода и солнечный свет, позднее энергия песчинок, механическая сила пружин, а в наши дни чаще всего колебания пьезокристаллов.
Когда-то одним из основных приспособлений измерения времени были песочные часы. Достоверно известно, что принцип их построения знали в Азии намного раньше до начала нашего летоисчисления. Однако в античном мире, несмотря на упоминания о бутылочных часах и попытке изготовить стекло, песочные часы не были сконструированы. В Европе же они появились в Средние века.
Документально подтвержден тот факт, что в XIV веке для производства песочных часов использовался песок из мрамора, свинцовой или цинковой пыли, кварцевый, а также из яичной скорлупы. Чем более гладким было стекло, тем выше была точность хода. Также она зависела от самого песка и от формы сосудов. Наличие диафрагмы позволяло регулировать количество и, соответственно, скорость пересыпания песчинок. Правда в те времена мастерам так и не удалось добиться точности и долговечности песочных часов из-за механического разрушения зерен.
Временной интервал, на который рассчитываются часы, обычно составлял от пары секунд до одного часа, реже несколько часов. Однако есть и исключения, которые находятся в Будапеште (Венгрия) и Ниме (Япония). Эти песочные часы достигают в высоту нескольких метров, а их цикл составляет один год.
Долгое время на кораблях использовались 30-ти секундные песочные часы, которые применяли для измерения скорости и получасовые - времени вахты. Также тридцатиминутные хронометры применялись на судебных заседаниях, а тридцатисекундные - в медицине.
В истории песочных часов известно множество попыток их усовершенствовать, например, с помощью пружинных механизмов для переворачивания, или заменяя песчинки ртутью. Вот только все эти нововведения не прижились, и современные часы такие же, как и несколько веков назад.
Сегодня мало кто использует песочные часы для измерения времени, а вот в качестве символа с ними сталкиваются очень многие. Так с пользователями операционной системы Microsoft Windows это происходит при каждом сеансе, просто указатель мыши превращается в переворачивающиеся песочные часы, показывая занятость системы.
