Сколько по времени песочные часы. Песочные часы. Научные игрушки
Виды часов
Самые первые часы на земле - солнечные. Они были гениально простыми: шест, воткнутый в землю. Вокруг него нарисована шкала времени. Тень от шеста, передвигаясь по ней, показывала, который сейчас час. Позднее такие часы делали из дерева или камня и устанавливали на стенах общественных зданий. Затем появились переносные солнечные часы, которые изготавливали из ценных пород дерева, слоновой кости или бронзы. Были даже часы, которые условно можно назвать карманными; их нашли при раскопках древнего римского города. Эти солнечные часики, сделанные из посеребренной меди, имели форму окорока, на котором прочерчены линии. Шпилем - стрелкой часов - служил свиной хвостик. Часы были небольшие. Их вполне можно было бы поместить в кармане. Но карманов жители древнего города еще не придумали. Вот и носили такие часы на шнурке, цепочке или прикрепляли к тросточкам из дорогого дерева.
Солнечные часы имели один существенный недостаток: они могли «ходить» только на улице, да и то на освещенной солнцем стороне. Это, конечно, было крайне неудобно.
Видимо, поэтому изобрели водяные часы. По капелькам вода перетекала из одного сосуда в другой, и по тому, сколько воды вытекло, определяли, сколько прошло времени. Много сотен лет такие часы - их называли клепсидрами . В Китае, например, ими пользовались 4,5 тысячи лет назад. Кстати, первый будильник на земле тоже был водяным - и будильником, и школьным звонком одновременно. Его изобретателем считают древнегреческого философа Платона, жившего за 400 лет до нашей эры. Этот прибор, придуманный Платоном для созыва своих учеников на занятия, состоял из двух сосудов. В верхний наливалась вода, откуда она понемногу вытекала в нижний, вытесняя оттуда воздух. Воздух по трубке устремлялся к флейте, и она начинала звучать. Причем будильник регулировался в зависимости от времени года. Клепсидры были очень распространены в древнем мире.
Устройство
· Промежуток времени измерялся количеством воды, вытекавшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян , вавилонян, древних греков.
· У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, - пустой полушаровидный сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через малое отверстие (героиня поэмы бросает жемчужину в чашу, чтобы замедлить движение воды).
Из-за видимого свойства клепсидры появилось высказывание:"Время истекло".
Часы первого типа подверглись значительным усовершенствованиям. Платон описывает механизм из двух конусов, входящих один в другой; при помощи их поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде, и тем регулировалась скорость её вытекания. Полного развития подобные механизмы, т. н. клепсидры, получили в Александриив III веке до н. э..
Песо́чные часы́ - простейший прибор для отсчёта промежутков времени, состоящий из двух сосудов, соединённых узкой горловиной, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд, до нескольких часов.
Песочные часы были известны в глубокой древности. В Европе они получили распространение в Средние века. Одним из первых упоминаний о таких часах является обнаруженное в Париже сообщение, в котором содержится указание по приготовлению тонкого песка из порошкачёрного мрамора, прокипячённого в вине и высушенного на солнце. На кораблях применялись четырёхчасовые песочные часы (время одной вахты) и 30-секундные для определения скорости корабля по лагу.
В настоящее время песочные часы используются лишь при проведении некоторых врачебных процедур, в фотографии, а также в качествесувениров
.В операционной системе семейства Microsoft Windows символ песочных часов, в который обращается указатель мыши используется для индикации занятости системы.
Недостатки
Недостатком песочных часов является короткий интервал времени, который можно измерить. Часы, получившие распространение в Европе, обычно были рассчитаны на работу в течение получаса или часа. Встречались часы, работающие в течение 3 часов, очень редко - 12 часов. Для увеличения интервала измерения составлялись наборы песочных часов в одном корпусе (футляре).
Точность песочных часов зависит от качества песка. Колбы заполнялись отожжённым и просеянным через мелкое сито и тщательно высушенным мелкозернистым песком. В качестве исходного материала также использовались молотая яичная скорлупа, цинковая и свинцовая пыль.
Точность хода зависит также от формы колб, качества их поверхности, равномерной зернистости и сыпучести песка. При длительном использовании точность песочных часов ухудшается из-за повреждения песком внутренней поверхности колбы, увеличения диаметра отверстия в диафрагме между колбами и дробления песчаных зёрен на более мелкие.
Самые большие песочные часы
Два таких гиганта существуют - «Колесо времени» в Будапеште (столица Венгрии) и в музее песка японского города Нима". Имея высоту в восемь и шесть метров и цикл опорожнения в один год, они являются величайшим в мире устройством для измерения времени. Ещё один гигант с июля 2008 года стоял на Красной площади в Москве. При высоте 11,90 м и весе в 40 тонн это, наверное, величайшие в мире песочные часы. Оба стекла часов были настолько велики, что в них смог разместиться BMW почти 5-метровой длины. В отличие от них самые маленькие в мире песочные часы имеют высоту всего в 2,4 см. Они были изготовлены в 1992 году в Гамбурге и пропускают весь песок из верхней камеры в нижнюю менее чем за 5 секунд.
ОГНЕВЫЕ ЧАСЫ
В Европе и Китае были так называемые «огневые» часы - в виде свечей с нанесенными на них делениями. Первые огненные часы придумал первый император Китая Фо - Хи примерно 30 000 лет тому назад, чтобы с их помощью измерять дневное и ночное время.
Из древесной муки, смешанной с благовониями, лепили, как из теста, длинные спирали и палочки. На них делали отметки, указывающие время. Месяцами
могли работать огненные китайские часы, не требуя за собой присмотра. Главной частью иных огневых часов, так называемых фитильных, был фитиль в виде длинной металлической палочки, покрытой слоем дегтя с деревянными опилками. Жар тлеющих опилок, подожженных на одном конце палочки, постепенно пережигал тонкие,
поперечно натянутые волокна, с подвешенными шариками, которые падали в металлическую чашку. Иногда фитиль сворачивали в спираль, форма которой уже сама по себе заменяла часовую шкалу.
Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого был специальный держатель для палочки. Скорость сгорания фитиля зависела от многих обстоятельств, и для определения ее требовался большой опыт. Такие часы никогда не относились к приборам, которые по точности можно было бы сравнить с солнечными или водяными часами.
В Европе первые огневые –свечные часы
появились в начале 13 века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой. Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. Отсюда происходит и обычай измерять длину ночи количеством сгоревших за ночь свечей. Обычно за ночь выгорали три такие свечи, а зимой – больше. К боковым сторонам свечи иногда прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В часовне короля Карла V день и ночь горела большая свеча, разделенная
черными полосками на специально приставленные слуги обязаны были время от времени сообщать королю, до которой метки догорела свеча. Делали ее как раз такой длины, чтобы она сгорала в двадцать четыре часа. Были эти часы еще и будильником. Звяк! - громко падал штырек на металлическую чашку подсвечника, и человек просыпался.
В течение целых столетий растительное масло служило людям не только для питания, но и в качестве светильного материала. На основе установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Объем колбы подбирали так, чтобы ее содержимого хватило для непрерывного свечения между 6 ч вечера и 8 ч утра. Толщиной и длиной горящего фитиля регулировали величину пламени и расход масла так, чтобы понижение уровня масла в колбе соответствовало имевшимся обозначениям времени. Позднее выявилось, что первоначальные цилиндрические или слегка выпуклые стеклянные сосудики под масло были источником некоторой погрешности в измерении времени. Дело в том, что при более высоком уровне масла его давление вызывало более быстрое выгорание, чем в поздние ночные часы. Поэтому лампадные часы более позднего происхождения имели стеклянную колбу в виде расширенной кверху груши, чтобы таким образом хотя бы частично выровнять скорость сгорания масла. В XVIII и XIX вв. появились другие типы лампадных часов с несколько более сложным принципом действия. Одним видом таких часов были поплавковые лампадные часы работы Ромуальда Божека (младшего сына Иосифа Божека), изготовленные им в 1875 г. и хранящиеся теперь в коллекциях Национального технического музея в Праге.
Больше всего лампадными часами пользовались рудокопы: тогда в лампу наливалось масла на 10 часов горения. Когда заканчивалось масло, заканчивался и рабочий день. Лампадные часы часто делались расширяющимися кверху для равномерного понижения уровня масла: когда масла много, давление его больше и горит оно быстрее, чем когда масла мало, значит, за одно и то же время выгорает больший объём, но ввиду расширения лампы вверху площадь сечения там велика, поэтому хотя выгорит больше, уровень масла уменьшится на столько же
Главной частью иных огневых часов, так называемых фитильных, был фитиль в виде длинной металлической палочки, покрытой слоем дегтя с деревянными опилками. Жар тлеющих опилок, подожженных на одном конце палочки, постепенно пережигал тонкие, поперечно натянутые волокна, с подвешенными шариками, которые падали в металлическую чашку. Иногда фитиль сворачивали в спираль, форма которой уже сама по себе заменяла часовую шкалу. Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого был специальный держатель для палочки. Скорость сгорания фитиля зависела от многих обстоятельств, и для определения ее требовался большой опыт. Такие часы никогда не относились к приборам, которые по точности можно было бы сравнить с солнечными или водяными часами.
Часы бывают цветочными! Еще в Древней Греции и в Древнем Риме высаживались цветочные часы - специально подобранные растения, цветки которых раскрываются и закрываются в разное время суток. Тогда этому приписывалось мистическое значение (у многих древних народов существовала целая система обрядов, именовавшаяся цветочной магией). А знаменитый шведский естествоиспытатель Карл Линней подошел к вопросу с научно-практической точки зрения и устроил их сначала в своем саду, а затем на городской клумбе в городе в Упсале в начале XVIII века и назвал «Часы Флоры». Но этому предшествовали длительные и тщательные наблюдения, по которым он написал трактат «Somnus plantarum» («Сон растений»). Создавая природые часы, ученый использовал множество растений, чтобы по ним можно было ориентироваться во времени с ранней весны до поздней осени. И цвели на той клумбе одуванчик, лен, картофель, сарана, кислица... Правда, в пасмурную погоду, а тем более в дождливую такие часы не действовали, зато в солнечную!.. А в наши дни цветочные часы имеются во многих городах. Правда, теперь они зачастую снабжаются настоящим часовым механизмом, благодаря которому передвигаются часовые стрелки. Долгое время самыми большими были швейцарские. Они находятся в Английском парке Женевы на берегу Женевского озера, диаметр цифербалата составляет 5 метров, а длина секундной стрелки 2,5 м. И используется 6,5 тысяч саженцев 200 пород растений. Но в 2001 году цветочные часы появились на Поклонной горе в Москве и сразу были занесены в Книгу рекордов Гиннесса из-за своих размеров: в диаметре у них 10 м, а 4,5-метровая минутная стрелка длиннее той, что на часах Спасской башни Кремля, и весит она 30 кг. Но нет секундной стрелки.
От чего же зависит ход цветочных часов?
От определенных биологических ритмов. Правда, они пока не изучены полностью. Специалисты полагают, что имеется зависимость от геофизических характеристик Земли, от географического положения местности, от погодных условий, естественно. Разумеется, очень важны изменения освещенности, а еще - движения, называемые сонными, которые связаны с неравномерностью роста наружной и внутренней сторон каждого лепестка.
Каков «график», по которому раскрываются цветы?
Раньше всех пробуждается козлобородник луговой: в 3-4 часа, следом за ними - шиповник (4 часа), цикорий, мак (4-5 часов). В 5 часов раскрываются головки осота огородного и лугового, красноднева, сараны. В 5-6 часов просыпаются одуванчики и череда, в 6 - ястребинка зонтичная, в 6-7 - осот полевой, лен и ястребинка волосистая, в 7 - кукушкины слезки, латук, белая кувшинка, в 7-8 - туника проросшая, фиалка трехцветная, очный цвет полевой, в 9-10 ноготки, мать-и-мачеха, кислица, торичник. Ночная фиалка, как и положено, раскроется лишь после захода солнца. А вот в какой последовательности они «засыпают»: Первыми «отправляются на боковую» осот огородный и полевой, огородный латук, цикорий (в 10 часов), с 10 до 11 часов к ним присоединяется очный цвет полевой, в 12 - ноготки и луговой осот, в 13 - ястребинка зонтичная и туника проросшая. В два часа пополудни «укладывается спать» ястребинка степная, в три - торичник. К этому времени спит уже и мак, и цикорий (но он вновь раскроется часов в шесть вечера), и одуванчик, и цветущий картофель. С 15 до 16 часов в царство сна уходят цветы венечника разветвленного, фиалки трехцветной и ястребинки волосистой, в 17 - белая кувшинка и сизая ястребинка. Между четырьми и пятью часами отходит ко сну лен, мать-и-мачеха. Позднее, в 7-8 вечера закрываются головки красноднева, шиповника, козлобородника, сараны, в 9 - дремы луговой, душистого табака (он тоже повторно раскроется к ночи), кислицы. Следует помнить, что расписание сна и бодрствования цветов в разных местностях отличается (потому и специалисты приводят немного расходящиеся данные), так что решив завести «часы Флоры», стоит предварительно понаблюдать за цветением
Вряд ли найдется человек, который назовет имя первого изобретателя механических часов . Такие часы впервые упоминаются в древних византийских книгах (конец VI века). Некоторые историки приписывают изобретение чисто механических часов Пацификусу из Вероны (начало IX века), другие - монаху Герберту, впоследствии ставшему папой римским. Он сделал башенные часы для города Магдебурга в 996 году. В России первые башенные часы установлены в 1404 году в Московском Кремле монахом Лазарем Сербиным. Они представляли собой хитросплетения зубчатых колес, канатов, валов и рычагов, а тяжелая гиря приковывала часы к месту. Такие сооружения создавались годами. Не только мастера, но и владельцы часов стремились хранить в тайне секреты устройства механизмов.
Первые персональные механические часы возила лошадь, а за их исправностью следил конюх. Только с изобретением упругой пружины часы стали удобными и безотказными. Первой пружинкой для карманных часов служила свиная щетинка. Ее применил нюрнбергский часовщик и изобретатель Петер Генлейн в начале XV века.
А в конце XVI века было сделано новое открытие. Молодой ученый Галилео Галилей, наблюдая за движением самых разных лампад в Пизанском соборе во время богослужения, установил, что ни вес, ни форма лампад, а лишь длина цепей, на которых они подвешены, определяет периоды их колебаний от ветра, врывающегося в окна. Ему и принадлежит идея создания часов с маятником.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20
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 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.
"...И в вечности песочные часы останутся, как детская игрушка".
В далеком прошлом старинные песочные часы, служившие в Древней Греции символом бога Кроноса, главного судьи и хранителя времени, изготавливали из двух стеклянных колб, которые соединялись друг с другом через диафрагму из металла, стекла, слюды или дерева. При длительном использовании песочных часов эти диафрагмы зачастую стирались, увеличиваясь в диаметре. Песок сыпался быстрее, и «ход» времени нарушался.
С 1750 года стеклодувы научились делать единую стеклянную колбу для песочных часов. Колба плавно переходила в узкое горлышко и опять расширялась. Ее стали заполнять песком через маленькое отверстие в донышке, которое затем закрывали воском. С 1800 года отверстие в колбе мастера научились запаивать.
Песок всегда был основным наполнителем для песочных часов. Точность песочных часов зависит от состояния песка, формы колбы и качества её поверхности. Песок должен быть сухим, однородным, круглые песчинки должны иметь желательно одинаковые размеры и высокую устойчивость к стиранию. В средние века использовали еще и мраморную, цинковую или свинцовую пыль, а также молотую яичную скорлупу. С 13 века известны разнообразные рецепты приготовления «песка» для часов. Его просеивали, промывали, вываривали и отжигали. В наше время вместо песка применяют мельчайшие стеклянные шарики.
Песочные часы были когда-то основным, достаточно точным инструментом для измерения времени. Начиная с 15 века они использовались и на кораблях для навигации. Во время кругосветного путешествия Магеллан, на каждом из своих кораблей установил по 18 песочных часов. Специально приставленные матросы переворачивали песочные часы.
Как работают классические песочные часы?
В верхней части колбы песок устремляется вниз и падает под действием силы тяжести. В начале движения нарастающему потоку падающих песчинок противостоит обратный поток вытесняемого из нижней части колбы воздуха, который устремляется вверх, пытаясь пройти между отдельными песчинками.
Скорость струи песка определяется скоростью падающих песчинок при возникновении равновесия между силой тяжести, действующей на песчинки, и силой сопротивления воздуха, возникающей при падении песчинок.
Установившийся поток падающего песка постепенно приводит к увеличению давления воздуха в нижней части колбы. Когда струя песчинок уже почти иссякает, видно, как поток воздуха, вырывающийся снизу вверх, подхватывает последние песчинки в верхней части колбы и приподнимает их на несколько миллиметров, прежде чем они окончательно упадут вниз.
Почему с помощью песочных часов можно измерить время?
Песок - это сложный материал, который порой ведет себя как твердое тело, а иногда как жидкость. Кажется, что в песочных часах равномерная струя песка подобна потоку жидкости, но здесь есть существенное различие. Если бы это была жидкость, то ее количество, протекающее через отверстие часов, зависело бы от высоты столба жидкости над отверстием. А количество песка, проходящее в песочных часах через отверстие за единицу времени, от высоты песка над отверстием не зависит. Именно поэтому песок можно использовать для измерения времени в песочных часах.
Постоянная скорость потока песка обусловлена возникающим в толще песка перераспределением сил, которые появляются в точках соприкосновения песчинок. В больших объемах песка благодаря этим точкам соприкосновения образуются "сети" из песчинок, в которых возникают куполообразные "мосты".
Эти мосты создают давление на стеклянные стенки колбы. Нижележащие слои песка в какой-то мере освобождаются от давления верхних слоев. В результате среднее давление песка над отверстием, даже при изменяющемся уровне песка, остается практически постоянным. Так возникает постоянная скорость струи песка в песочных часах.
Как можно «управлять» временем?
Подвесим песочные часы на эластичной нити (резинке) и заставим их колебаться вверх-вниз, Полное перетекание всего песка в часах сверху вниз будет происходить дольше, чем в нормальных условиях, т.е. если бы они, например, стояли на столе.
Диаметр отверстия, соединяющего половинки колбы, обычно делают как можно меньше, чтобы при меньшем количестве песка в часах увеличить время пересыпания песка, т.е. увеличить время работы песочных часов.
Поток гранулированного вещества (песка) отличается от потока жидкости. Песок струится от начала и до конца через отверстие с одной и той же скоростью. Это свойство основывается на возникновении сводов (мостов) внутри песка. В песочных часах это может даже привести к перекрытию отверстия, и песок перестанет стекать вниз. При движении часов с ускорением вверх или вниз (например, при покачивании) подобные перекрывающие мосты распадаются.
Как еще можно «повлиять» на время?
Например, обхватить нижнюю часть колбы ладонями. Через некоторое время «время остановится», поток песчинок прекратится. То, что здесь кажется мистическим наложением рук, может быть объяснено вполне логически. При нагревании нижней части колбы, воздух в ней нагревается, расширяется и стремится подняться в верхнюю часть колбы, и тогда равномерный поток песчинок в песочных часах может быть нарушен или даже полностью прекращен.
Интересные явления можно наблюдать в некоторых необычных песочных часах!
Для сухого песка угол естественного откоса кучки песка, образующейся в нижней части колбы, составляет порядка 30-35 градусов. Это значение зависит и от формы песчинок. Угловатые песчинки создают более крутые склоны, а закругленные - более пологие.
Если наполнить песочные часы песком с песчинками различного диаметра, то при образовании струи песка песчинки начнут очень интересно распределяться, как в верхней части колбы, так и в нижней.
Внизу сначала образуется маленький конус, струящийся сверху песок образует песочные лавины, которые скользят по склону песчаного конуса вниз. При этом происходит сортировка песчинок по размерам: крупные скапливаются преимущественно у подножья конуса, а на склонах конуса песок ложится отдельными слоями из самых мелких песчинок и песчинок покрупнее.
Такая "полосатость" объясняется двояко: самые мелкие песчинки могут проникать между крупными и образовывать слой, а крупным легче скатываться по склону, и они таким образом тоже создают свой слой.
Эти процессы постоянно повторяются.
И в верхней части колбы происходит что-то похожее, только здесь при движении песка образуется конусная воронка.
Эта модель песочных часов похожа на обычные песочные часы, но имеет два отличия. Первое - песок находится между двумя плоскими пластинами, и второе - часы наполнятся песком, содержащим песчинки разного размера. Отсюда и появление вышеописанных "полосатых" эффектов.
На примере такой научной "игрушки" серьезные люди изучают серьезные проблемы, возникающие, например, при складировании сыпучих материалов.
Наряду с классическими существуют и современные конструкции песочных часов, работу которых интересно было бы рассмотреть. Такие часы даже называют "парадокс-часами".
Вы не поверите своим глазам, в этих часах "песок" течет снизу вверх, однако и законы природы остаются в силе!
Стеклянный баллон заполняется жидкостью большой плотности и мелкими шариками с плотностью значительно меньшей, чем плотность жидкости. В более плотной жидкости шарики с меньшей плотностью поднимаются, как и положено, вверх. Это основной принцип парадокс-часов, на основе которого «песок» поднимается снизу вверх. И все повторяется по-новой при каждом переворачивании часов.
Необычные песочные часы могут иметь в качестве «песка» мельчайшие пластиковые шарики или наполненные воздухом стеклянные шарики. Очень красиво выглядят также полые прозрачные шарики, частично заполненные подкрашенной водой.
В вертикальном положении часов возникает относительно плотный и не очень равномерный поток шариков вверх. Шарики должны проникнуть наверх через узкое отверстие, при этом из-за вязкости жидкости они частично увлекают ее за собой, в то время как жидкость одновременно стремится и вниз.
В основном скорость опускания и подъема шарика в жидкости зависит от разности плотностей шариков и жидкости, от диаметра шариков и от прочности жидкости, а прочность жидкости сильно зависима от температуры.
Если запустить парадок-часы, и дать подняться вверх хотя бы нескольким шарикам, а затем положить часы набок, то можно хорошо увидеть отдельные шарики, медленно поднимающиеся вверх.
При этом можно даже успеть определить скорость подъема отдельных шариков.
Если поставить часы опять вертикально, чтобы шарики начали потоком подниматься в верхнюю часть колбы, то в нижней части колбы, почти полностью заполненной шариками, можно будет отчетливо увидеть «дыру», смещающуюся вниз. Это явление можно сравнить с перемещением «дырки» в полупроводнике.
«Забывчивые» или «непослушные» песочные часы.
В заполненный водой цилиндр опущены обычные песочные часы. Внешний диаметр песочных часов на несколько миллиметров меньше, чем внутренний диаметр цилиндра. В состоянии покоя часы, как поплавок, находятся у верхнего края цилиндра, а весь песок находится в нижней части колбы.
Если цилиндр теперь перевернуть, то сначала песочные часы остаются внизу цилиндра, хотя песок уже начал свое движение. И только когда почти половина песка перетекла, песочные часы поднимаются к верху цилиндра. И уже наверху цилиндра остаток песка в часах пересыпается в нижнюю часть колбы.
«Забывчивые» песочные часы начнут всплывать только через некоторое время после переворачивания цилиндра.
Почему же песочные часы не поднимаются сразу после переворачивания цилиндра?
Находящиеся внутри цилиндра песочные часы имеют среднюю плотность меньшую, чем у воды. Поэтому часы поднимаются наверх. Если перевернуть часы, то сначала почти весь песок будет находиться в верхней половине колбы, центр тяжести часов будет находиться, соответственно, выше середины часов.
Если бы часы находились не в узком цилиндре, а в свободной воде, то они бы сразу же перевернулись за счет возникшего вращающего момента. В узком же цилиндре их толкает на внутреннюю стенку цилиндра. Здесь возникает прилипание (статическое трение), которое препятствует быстрому всплытию часов.
Только когда почти половина песка вытечет, центр тяжести часов опустится ниже середины. Статическое трение о стенку цилиндра и вращающий момент исчезнут, теперь часы могут всплывать к верху цилиндра.
«Плавающие песочные часы»
В качестве следующего примера необычных песочных часов можно привести вариант, который называется «Плавающие песочные часы». Здесь цилиндрические песочные часы находятся в цилиндре, заполненном водой.
Внешний диаметр песочных часов лишь чуть-чуть меньше внутреннего диаметра цилиндра. Из-за вязкости жидкости песочные часы будут подниматься и опускаться в таком цилиндре очень медленно.
По своему принципу действия песочные часы, расположенные в узком цилиндре, аналогичны прибору для измерения вязкости жидкости.
Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, обычно составляет от нескольких секунд, до нескольких часов. Раньше для увеличения интервала измеряемого времени составлялись даже наборы песочных часов в одном корпусе.
Песочные часы "Колесо времени"
В наше время научились изготавливать песочные часы с «заводом» на целый год В столице Венгрии Будапеште, каждый год в последний день декабря, гигантские песочные часы «Колесо времени» высотой в несколько метров совершают пол-оборота, чтобы начать новый годовой цикл работы.
Переворот песочных часов производится всегда в одном направлении, по старинке: с помощью тросов и простого механизма.
А здесь - фокус!
Знаете ли вы, что можно установить яйцо на столе острым концом вниз?
Внутри такого яйца делают асимметричные песочные часы. Когда весь песок находится в симметричной относительно яйца части колбы, то его можно поставить на стол на острый конец и оно будет стоять
Через некоторое время, когда песок начнет ссыпаться, центра тяжести яйца сместится, и яйцо упадет. Второй раз его невозможно будет поставить на острый конец до тех пор, пока весь песок в часах не пересыпется обратно в первоначальное положение.
В наше время песочные часы приобрели множество различных вариаций исполнения и перешли уже в разряд сувениров и научных игрушек.
Вместо песка и воздуха в «песочных часах» могут использоваться, например, шарики и жидкость или две жидкости, сильно различающиеся по плотности.
А может быть вам удастся изобрести свой варинт "песочных" часов?
Кто есть кто в мире открытий и изобретений Ситников Виталий Павлович
Как работают песочные часы?
Как работают песочные часы?
Песочные часы – это простейший прибор для отсчета времени. Их изобрели римляне в I в. нашей эры. Песочные часы состоят из двух сосудов, соединенных узкой горловиной, через которую пересыпается песок, заполняющий верхний сосуд. Часы рассчитаны на время от десятков секунд до нескольких часов, которое определяется по окончанию перетекания песка из верхнего сосуда в нижний. На механических часах мы узнаем время по показанию стрелки. В песочных часах время, вернее его определенный отрезок, материализован движением песка. Они до сих пор продолжают служить людям: по ним считают время телефонных разговоров или время, необходимое, скажем, для варки яиц. Правда, сегодняшние хозяйки предпочитают пользоваться таймером, который способен сам выключить горелку, если время приготовления блюда истекло.
Из книги Денежное обращение в эпоху перемен автора Юровицкий Владимир МихайловичПочему важно знать, как работают банки В современном мире банковские системы представляют собой сложнейшие информационные системы, знание принципов функционирования которых должно входить в минимум знаний современного образованного человека. К сожалению, этих знаний
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ПЕ) автора БСЭ Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Из книги Энциклопедический словарь крылатых слов и выражений автора Серов Вадим ВасильевичКакие размеры имеют самые большие в мире песочные часы? Самые большие в мире песочные часы находятся в японском городе Нима, в местном Музее песка (открыт в 1991 году). Они имеют 5 метров в высоту и 1 метр в диаметре. В течение целого года тонна песка пересыпается из верхнего
Из книги Все обо всем. Том 2 автора Ликум АркадийОни работают, а вы их труд ядите Из притчи (басни) «Жуки и Пчелы» (ок. 1750) драматурга и писателя-сатирика Александра Петровича Сумарокова (1717 - 1777). В притче говорится о том, что некие «невежи-Жуки вползли в науки» и стали учить Пчел делать мед (как пишет автор, «патоку»,
Из книги Все обо всем. Том 4 автора Ликум АркадийКак работают наши мышцы? В нашем организме существуют специальные клетки, которые составляют соединительную ткань - ткань, которая соединяет все части нашего тела вместе. Не все клетки соединительной ткани могут сокращаться или сжиматься. Но в некоторых участках тела
Из книги 3333 каверзных вопроса и ответа автора Кондрашов Анатолий ПавловичКак работают наши легкие? Дыхание - это сложный процесс поступления в организм кислорода, использование его и удаление из организма углекислого газа. Человек дышит, вдыхая в легкие воздух и затем выдыхая его. В легких кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ
Из книги Готовимся к пенсии: осваиваем Интернет автора Ахметзянова Валентина АлександровнаКак работают хранилища крови? Во многих больницах есть хранилища крови. В них хранится кровь всех типов. Когда для переливания требуется кровь, ее берут оттуда. По мере того, как эти запасы истощаются, здоровые люди сдают вою кровь, чтобы пополнить их. Кровь может храниться
Из книги Я познаю мир. Криминалистика автора Малашкина М. М.Как работают нефтяные вышки? Когда вы думаете о добыче нефти, вы, наверное, представляете себе высокие стальные сооружения с бьющим из них фонтаном черной нефти. Но такие нефтяные фонтаны отошли в прошлое. Современные методы бурения почти полностью исключают возможность
Из книги Щит от кредиторов. Увеличение доходов в кризис, погашение задолженности по кредитам, защита имущества от приставов автора Евстегнеев Александр НиколаевичПочему для измерения небольших отрезков времени (в несколько минут) песочные часы предпочтительнее водяных? Скорость вытекания жидкости и песка (сыпучего вещества) через отверстие в дне сосуда определяется величиной давления на дне сосуда. Давление жидкости на дно
Из книги Базовая подготовка спецназа [Экстремальное выживание] автора Ардашев Алексей Николаевич Из книги автораКриминалисты работают под водой Кого могут искать криминалисты в морях и океанах? Конечно, морских разбойников. В этой главе вы узнаете, почему так долго пираты были хозяевами водных просторов, какие законы сплачивали морских преступников, существуют ли современные
Из книги автораКриминалисты и разведчики работают вместе Разведка – серьезная профессия, в которой мало романтики и много труда. Разведчики и криминалисты работают одними и теми же методами, ведь цель у разведчика и криминалиста общая – поиск информации. Только разведчик изучает
Из книги автораКак работают коммерческие банки? Обратимся к Закону «О банках и банковской деятельности» и рассмотрим, что имеют право делать коммерческие банки:– размещать средства на условиях возвратности, платности и срочности;– открывать и вести банковские счета
Из книги автораКак работают коллекторы? Они могут звонить заемщику по телефону, встречаться с ним, во время встречи разъяснить последствия невыплаты задолженности и, если два первых шага не привели к результатам, – обратиться в суд, чтобы решить вопрос в судебном порядке.Сами
