Водяные часы

10 дек 2016

 В этой статье мы попытаемся проследить путь от создания водяных часов до их удивительного совершенства, которое было обусловлено развитием науки, техники и технологии, а также потребностью общества в точном подсчете времени. В истории часов именно развитию водяных отводится довольно существенный промежуток времени.

 Достоверно неизвестно откуда берет свое начало история водяных часов. 

 Упоминание о применении в Древнем Вавилоне водяных часов мы найдем в манускрипте, представленном общественности Отто Нейгенбауэром. Из документа следует, что около 640 г. до н. э. там уже пользовались водяными часами. 

Водяные часы: история создания.

 Водяные часы представляли собой емкости в виде цилиндров, из которых медленно вытекала вода. Их наполняли водой утром, когда всходило Солнце. После того как вся вода выливалась, специально поставленный человек предупреждал об этом.

 водяные часы, схемаИспользовались водяные часы и в Древнем Египте. При раскопках в Карнаке были обнаружены одни из таких часов. История создания этих водяных часов неизвестна, но датой их изготовления является 1415—1380 гг. до нашей эры. Часы представляли собой чашу из алебастра с небольшим отвер­стием в дне. 

 Водяные часы чаще всего использовали при совершении богослу­жения, когда требовалось строго отмерять время. На молитву одному божеству полагался час. 

 В отличии от солнечных часов, водяные можно было использовать и ночью. При ночных астрономических наблюдениях водяные часы применялись как дополнительный прибор. В связи с этим они назывались "ночными часами" и имели своей целью считать только 12 ночных часов.

 Существовало два вида водяных часов: наполняющиеся и вытекающие. Наполняющиеся водяные часы содержали две емкости: первая емкость была установлена довольно высоко, а вторая емкость была располо­жена под первой.  Из первой емкости по трубке, расположенной под статуей, истекала вода, наполняя вторую емкость.

 На стенках второй емкости были нанесена шкала с делениями для определения уровня. По тому, до какого уровня емкость наполнялась водой, и определялось время. 

 Вытекающие водяные часы представляли из себя ка­менную емкость в виде усеченного конуса с маленьким отверстием в дне, из которого по капле вытекала вода. Емкость в виде конуса была необходима для равно­мерности вытекания воды. Из-за конусообразности сосуда уровень воды уменьшается практически одинаково. Поэтому можно было на внутренней стороне прибора делать отметки на одинаковом расстоянии. 

 Но сложность была в том, чтобы учесть при этом разную длительность летних и зимних часов.  Ночные летние часы были короче зимних, т.е. длина самого часа не считалась постоянной. Египтяне придумали наносить деления в виде не­больших точек, 12 точек (двенадцать часов) составляли один столбец, столбцов было тоже 12 - это месяцы. Точки, которые отмечали ночные часы, были нанесены в столбцах на разных уровнях. Т.е. водяные часы учи­тывали колебание продолжительности ночи в разное время года.

 В одном манускрипте имеется расчет для изготовления вытекающих водяных часов. Согласно этому расчету, сосуд должен быть усеченным конусом с соотношением диаметра основания к высоте 1:3, т. е. с углом при основании 71°34". (Оксиринский папирус, 2-й или 3-й век нашей эры).

 История создания водяных часов не имеет сведений о том, каким образом жители Египта нашли эту форму, которая действительно дает возможность вытекать во­де с достаточно равномерным понижением уровня. Но, все же, такой сосуд не давал полной равномерности убывания уровня воды, небольшая ошибка здесь имела место быть. Конус с отношением диаметра основания к высоте, как 2:9 был бы гораздо точнее, но и такие, не совсем точные водяные часы, как свидетельствует история, могли соответствовать потребностям египтян.

 Так с какой же даты берет свое начало история водяных часов?

 По свидетельству китайских древних документов, водя­ные часы в Китае были известны в 2696—2597 годах до н.э., их история есть в книге «Чжоули» (второй век до нашей эры), рассказывающей об обычаях и церемониях. В ней написано, что имеются водяные часы, отмечающие некие отрезки, на которые поделено время ночи. Это самый древний из известных документов, который позволяет полагать, что история водяных часов начиналась именно в это время и в этом регионе мира.

 В четырехугольный бассейн из висящей над ним вазы равномерно лилась вода. По отметкам на стенках бассейна отмечали уровень воды, соответствующий определенным временным интервалам. Об оригинальных водяных часах, где вытекающая вода наполняла емкость, стоящую на весах, рассказывают китайские документы XI в. до н. э. Вес воды в один фунт составлял одну «ке» (100 минут в переводе на наше исчисление времени).

 Но самыми распространенными в Китае являлись водяные часы состоящие из трех и более емкостей с водой, расположен­ных на разной высоте. У каждой емкости имелось отверстие сбоку, через которое вода равномерно выливалась в нижестоящую емкость. Из всего каскада этих емкостей вода собиралась в последнем, самом нижнем. Нанесенная на нем шкала, отмечала уровень воды (время).

 На территории Индии водяные часы делали в виде маленького корабля, который будучи опущенный в емкость с водой, начинал постепенно тонуть (так как имел отверстие). Единицу измерения составляло время, за которое кораблик касался дна.

 Первое упоминание у греков о водяных часах (клепсидре) история относит к 490—430 гг. до н. э. Конструкция клепсидры была проста: глиняный сосуд с несколькими маленькими отверстиями в дне. 

 Водяные часы в Древней Греции использовались в суде для ограничения времени речи ораторов. В армии, где ночь разделяли на 4-ре смены по три часа, по водяным часам осуществляли смену караулов. Позднее, греки внесли в историю водяных часов и их дальнейшего совершенствования существенный вклад.

 Используя усовершенствованную клепсидру, Платон изобрел первый будильник для того чтобы созывать на утренние беседы своих учеников. Около 130 г. до н. э., 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, однако же и 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 в. до н.э.), врач по профессии, мерил пульс больных лихорадкой.

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

 Первые водяные часы в Риме были изготовлены в 159-м году до нашей 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. В Помпеях примерно в это же время были водяные часы, богато украшеные золотом и драго­ценными камнями.

 В Византийскую эпоху, в местах проживания эллинов (греков), строили сложные водяные часы и их история сохранилась благодаря писателю Прокопию, который жил на границе античной и византийской эпох, он рассказал в своих сочинениях о создании в городе Газе монумен­тальных водяных «геракловых» часов. Имя мастера, создавшего их осталось неизвестным. Ученый из Германии по фамилии Дильс, использовал описание Прокопия и сделал реконструкцию «геракловых» водяных часов, описав их в своей монографии. Эти водяные монументальные часы, стоявшие, скорее всего, на рыночной площади в Газе, имели достаточно сложное устройство. Помещение, в котором располагались часы, было огорожено острыми ко­лоннами, чтобы к ним нельзя было близко подойти.

 Эти водяные часы, как и часы Архимеда, имели множество движущихся каждый час фигур. Также имелись дверцы (12 дверей), в которых каждый ночной час появлялся светильник. Из других двенадцати дверей, показывающих дневные часы ежечасно выходил Геракл, совершал один из двенадцати своих подвигов и с поклоном уходил обратно с венцом на голове, который ему на голову возлагал орел парящий над соответствующей дверью. Мимо дверей шествовал бог Солнца Гелиос. Каждый час Геракл ударял находившейся в правой руке палицей по медному гонгу, который держал в левой руке, а голова Горгоны, установленная на крыше, вращала глазами при каждом бое часов.

 В этих водяных часах имелись и другие автоматичес­ки движущиеся фигуры. После окончания двенадцати дневных часов приходила в движение фигура Диомеда, который трубил, объявляя приход зори.

 Дальнейшая история водяных часов повествует о том, что без развития гномоники как науки, а вместе с ней геометрии, тригонометрии, математики и механики, прогресс в создании водяных часов высокой точности и сложности был бы невозможен.

 Европейцы в средние века не только не привнесли ничего нового в устройство водяных часов, но и утратили те знания, которые достались им в наследие после распада Римской империи. Немногие водяные часы обустраивались лишь в крупных монастырях.

 А вот арабы в средние века изготавливали водяные часы довольно сложного устройства без применения зубчатой передачи. Для передачи движения использовали поплавки, гири и противовесы на веревках, перекинутые через шкив, ролики и блоки. Каждый час отмечался, также как и в сооружении в Газе, открытием одной из 12-ти дверей, выходом фигуры, совершающей некоторые действия и падением металлического шарика в таз.

 Существуют данные о двенадцати водяных часах созданных до 1250-го года. Одни из них располагались в Дамаске на башне мечети во времена Саладина.

 Однако в дальнейшем, успехи мусульман в механике были использованы для создания и совершенствования весовых инструментов и астрономических приборов.

 В средневековом Китае в 1088 году, двумя астрономами были построены водяные часы, которые, как свидетельствует история, отслеживали не только время, но и движение небесной сферы. Помимо собственно времени, они показывали восход и заход солнца, время года, соотношение дневных и ночных часов, присущих данному времени года. Эти водяные часы имели в своем устройстве прототип храпового механизма, который европейцы начнут использовать при изготовлении механических часов. 

 На этом история водяных часов не заканчивалась. В дальнейшем, широкое распространение получают водяные башенные часы. В Европе ими будут продолжать пользоваться вплоть до XVIII века, даже после изобретения механических часов, хотя механизм и был подвергнут серьезному усовершенствованию.