Математика развивается всегда впереди и ведет за собой остальные науки и технологии. Так и со временем: тысячелетия уже был готов математический аппарат для точного измерения времени, но практические технологии значительно отставали.
3.7. Технические устройства измерения времени в истории человечества
Первые способы измерения времени в течение суток были связаны с Солнцем. Древнейшим и самым простым прибором, позволяющим измерить время по Солнцу, был гномон – вертикальный столб. По длине отбрасываемой им тени можно было определить время суток.
Рис. 3.19. Древнейшим и самым простым прибором, позволяющим измерить время по Солнцу, был гномон – вертикальный столб
Первое упоминание гномона относится к VI веку до нашей эры.
Развитие идеи измерения времени по Солнцу представляет скафис – солнечные часы, указывающие время направлением тени, отбрасываемой на специальный циферблат вертикальной осью – стрелкой. Первый скафис был построен жрецом Беросом из Вавилона в III веке до нашей эры. Усовершенствование скафиса привело к изобретению горизонтальных солнечных часов, в которых осью-стрелкой служит ребро прямоугольного треугольника, ориентированного острым углом, равным широте места, где установлены часы, на юг.
Рис. 3.20. Солнечные часы скафис
Народы Азии с глубокой древности использовали песочные часы – время измерялось количеством песка, пересыпающегося из одного сосуда в другой. Такие часы не связаны с Солнцем, они измеряют определенные небольшие промежутки времени, сосчитав которые можно установить время суток. Для отсчета коротких промежутков времени песочные часы и сейчас используются в медицине.
Рис. 3.21. Всем хорошо известные песочные часы
В Китае применялись так называемые огненные часы, в которых ход времени определялся равномерным сгоранием специальной свечи. Свечи с часовыми делениями знала и средневековая Европа, а на Руси короткие временные отрезки измеряли количеством сгоревших лучин.
В I тысячелетии до нашей эры многие страны применяли водяные часы – клепсидры. С использованием этих часов связаны сохранившиеся до наших дней латинские обороты речи, звучащие в русском языке как «лить воду» (в значении «говорить многословно и бессодержательно») или «с тех пор много воды утекло».
Все описанные системы не отличались точностью, были неудобны, но до определенного времени удовлетворяли общество. Однако с его развитием, с появлением новых задач возникла потребность в более совершенных способах измерения времени. Важным шагом в этом отношении был переход к механическим часам, первое упоминание о которых встречается в византийских источниках в 578 году. Широкое практическое использование механических (колесных) часов в Европе относится к XI—XII векам. Обычно их устанавливали на башнях ратуш, связывая механизм часов с устройством звона или боя. Недостатком колесных часов была их громоздкость и низкая точность хода.
Рис. 3.22. Колесные механические часы
В России первые колесные часы появились на территории Московского Кремля в 1404 году. Часы на Спасской башне Кремля установил в 1624 году при царе Михаиле Федоровиче механик Галловей. В 1706 году по приказу Петра I они были заменены голландскими курантами, которые действуют и ныне.
Замена в колесных часах приводного груза пружиной позволила создать в начале XVI века первые портативные экземпляры.
Наконец, в 1640 году Галилей предложил конструкцию маятниковых часов, которые вошли в обиход после смерти ученого. Маятниковые часы, повысившие точность хода до нескольких секунд в сутки, стали важным орудием в руках ученых – например, помогли астрономам произвести расчеты, уточнившие форму и размеры Земли.