История на часовниците

Хронометрията е наука за методите и средствата за измерване на времето.

През ХVІІІ век Бенджамин Франклин заявил: „Времето е пари!“ А неговият велик съвременник Суворов казал още по-рязко: _,,Парите са скъпи, човеш­кият живот е по-скъп, а времето е най- скъпо от всичко“. Но нито американският учен и изобретател, нито руският пълководец не можели дори да си представят колко ще порасне значението и цената на Времето след шест-седем по­коления. Защото днес без представа за времето, без ориентация във времето човек не би могъл да живее, не би могъл да действа, не би могъл да бъде… човек!

Нуждата от измерване на времето се появила още в началото на развитието на човешкото общество. Най-напред време­то се измервало по видимото движение на Слънцето. Колкото по-високо се издига то в небето — толкова по-близо е пладне, колкото по-ниско спада към хоризонта – толкова по-близко е вечерта. Денонощие­то имало всичко четири „часа“— утро, пладне, вечер и нощ.

С развитието на човешкото общество това вече станало незадоволително и се дошло до измерване на времето по дължи­ната и положението на сянката, хвърляна от някой предмет — дърво или каменен стълб. Така преди около 3000 години бил създаден слънчевият часовник — първият уред за измерване не времето. Слънчевите часовници били много разпространени в древен Китай, Египет, Месопотамия… „Гномон“ — така се наричал вертикалният островърх каменен обелиск с нанесени на земята деления, чрез които се измервала дължината на хвърлената сянка. Първите писмени сведения за слънчев часовник са открити в ръкописа на китаеца Чиупи от 1100 година преди новата ера.

Но слънчевият часовник можел да се из­ползва само денем, и то при слънчево време. А как да се определя времето но­щем или при облачно време? Тогава бил из­мислен водният часовник — фуния, пълна с вода, която изтичала бавно, на капчици, а деленията на фунията показвали колко е часът. Такъв часовник, наречен „клепсидра“ (от гръцките думи klepto — взимам и udor — вода) бил много разпространен в Древна Гърция. Известният философ Платон до­ри направил от воден часовник първия будилник! Тогава денонощието се състоя­ло вече от 24 часа, но те съвсем не прили­чали на сегашните часове. Денят от из­грев слънце до залез бил разделен по равно на 12 часа и точно по същия начин на 12 часа била разделена и нощта. Така че в дъл­гите летни дни дневните часове били по- дълги от нощните, а зимата — обратно. Такова странно деление на бремето съ­ществувало допреди седемстотин години.

Но и водните часовници имали недоста­тък — те можели да работят само при температури над 0 градуса – при студено време водата замръзвала. По-практичен се оказал пясъчният часовник. При него за времето се съдело по количеството изте­къл пясък. Не е известно точно кога се по­явили пясъчните часовници. Но може да се твърди, че те били познати в Азия значи­телно преди новата ера. В Европа пясъчни­те часовници се появили към края на Сред­новековието. Един от най-старите писме­ни документи за тях е намерен в Париж и представлява съобщение от 1339 година с указания за приготвяне на-фин пясък от пресят прах на черен мрамор, сварен във вино и изсушен на слънце. Недостатък на пясъчния часовник е сравнително малкият интервал време, който може да се измер­ва. В нашия век пясъчни часовници се из­ползват в  спорта и домакинството.

Друг хронометричен уред бил огненият часовник. При него за времето се съдело по количеството масло, изгоряло в специален светилник, или по дължината на горяща свещ. Огнените часовници вършели двойна работа през нощта — освен за измерване на Времето, те служели и за осветление.

Свещите, използвани за тази цел, били дълги около метър и имали нанесени деле­ния. Обикновено за една нощ изгаряли три такива свещи, а през дългите зимни но­щи — четири.

Революция в хронометрията направили механичните часовници. Авторите на крупните открития и изобретения от по-далечното минало често са неизвестни. В това отношение не прави изключение и из­обретателят на механичните часовници. За пръв път съобщение за такъв часовник срещаме в „Божествена комедия“ на Данте Алигиери. Според съвременната спе­циална литература механични часовници са създадени най-напред в Западна Европа. В Англия се съхранява документ от 1288 година, в който се споменава за механичен часовник на Уестминстърската кула. бил с колесен механизъм и тежести, циферблата му имало една единствена стрелка — за часовете. И така, към края  колелото заменило пясъка и водата.

Този портативен слънчев часовник, изра­ботен от злато и сребро, е бил използван в Англия през X век. Златният щифт се по­ставя в един от шестте отвора (по три на всяка страна). Всеки отвор отговаря на два месеца (в случая — на март и октом­ври). Сянката на щифта отбелязва една от четирите части на деня — точност, съвсем достатъчна за епохата.

Първите механични часовници имали огромни раз­мери. Техните колела стигали диаметри до около 1 метър, имали над 1000 зъба, и тежели няколкостотин килограма. Един от уникалните образци на механични часовни­ци е Кремълският часовник в Москва. Пър­воначалният му вариант, изработен от монаха Лазар през 1404 година, заемал ня­колко етажа на кулата, а всяка цифра е висока колкото човешки ръст,

В последните години на XVI век Галилео Галилей открил закона за колебание на ма­тематическото махало. След половин век холандският астроном Христиан Хюйгенс усъвършенствал теоретичната работа на Галилей и приложил махалото като ре­гулатор на часовниковия механизъм.

Втората, „минутната“ стрелка се по­явила върху циферблатите едва в начало­то на XVIII столетие. Тогавашните часов­ници „грешели“ с 5—10 минути 8 деноно­щието. Изкусни майстори-часовникари създавали най-чудновати часовници. Тех­ният ход бил неточен, но външността им била много пищна, а при някои на всеки час с музика се разигравали забавни сцени, почти театрални представления.

Но мореплавателите се нуждаели от точен часовник-хронометър. През 1714 година английският парламент обявил кон­курс и обещал награда 10 000 фунта стер­линги за хронометър, който да не греши с повече от четири минути за шест седми ­ци мм толкова траело тогава морското пътуване от Европа до Америка. След ня­колко години дърводелецът Джон Харисън изобретил такъв хронометър. Последвали редица усъвършенствания и през 1760 година върху циферблата на хронометри­те се появила и третата стрелка — секундната.

Стотици майстори-часовникари и де­сетки учени работили над усъвършенстването на механичния часовник. Появявали се нови и нови конструкции. След тежес­тите енергия за часовниците започнали да дават пружинни двигатели. В зависимост от конструкцията си различните меха­нични часовници могат да работят с едно навиване на пружината от едно денонощие до две седмици.

За рождена дата на електрическите (по-правилно е да се нарекат електромеханич­ни) часовници се смята 1840 година. Тога­ва Александър Вейн демонстрирал в Единбург първия в света електрически часов­ник с махало, работещ на електромагни­тен принцип. Последвали редица подобре­ния и върхът на съвършенството на електрическите часовници с махало бил достигнат от Шорт през 1924 година. Трите конструирани от него часовника, експлоатирани в Гринуичката обсерватория, показали за четиригодишен период средна денонощна неточност 0,03 секунди!

Един типичен представител на най-пре­цизните електрически махални часовни­ци — тип „Рифлер“ — работи вече близо 100 години в София, отначало в Централна­та метеорологична станция, а последните 70 години — в Централната сеизмологична обсерватория на Геофизичния институт на БАН. Средната му денонощна грешка е 2—3 стотни части от секундата. Работа­та му прекъсна само два пъти — при двете силни земетресения на 4.III.1977 г. във Вранча и на 3.XI.1977 г. във Велинград, окачката, държаща тежкото над 7 килог­рама махало на „Рифлер“ не издържа на ускоренията и се скъсва. След ремонтира­нето този часовник отново установява нор­малния си ход и днес все още не се „пре­дава“, почти не отстъпва по точност на електронните си кварцови събратя, които работят редом до него.

През 1952 година се появява съобщение, че във Франция и САЩ се разработват ръчни електрически часовници. Но трябвало да минат още 12 години, преди те да се по­явят на пазара. Основният проблем, на който се дължи това забавяне, бил из­точникът на електрическа енергия — трябвало да се създаде миниатюрен аку­мулатор с достатъчно голям капацитет, който да замени пружината. Над неговото създаване работели много компании. Не липсвали и най-оригинални идеи — една фирма патентовала ръчен електрически ча­совник със захранване от 1,2 миниатюрни слънчеви батерии-елементи, разположени на циферблата Вместо цифри. За да се по­лучи електроенергия, с която часовникът може да работи цяло денонощие, било достатъчно той да се държи на слънце по няколко минути на ден. Повече за историята на електронните часовници можете да видите ТУК.

Дотук разказахме за хронометричните уреди, които се използват ежедневно в живота, или както се казва, „битовите“ часовници. Но съществуват и други, по- сложни, по-скъпи, много по-точни хронометрични уреди и системи лабораторни еталони за точно Време, През 1964 година руските учени Басов и Прохоров и аме­риканският професор Таунс получават Но­беловата награда по физика за създадения за първи път в света квантов генератор. На тази база е създаден и първият атомен часовник-еталон. „Часовник“ е до­ста условно наименование за тогавашно­то огромно и сложно съоръжение, И „ета­лонът“, макар че е еталон, се изменял и търпеи усъвършенствания. А съвре­менният атомен еталон за време трябва да „сгреши“ само с 1 секунда за 30 хиляди години!

Хронометрията е наука и древна, и мла­да. Върху нейните проблеми са работили и са давали свой принос едни от най-гениал-ите учени от всички епохи. Множество въпроси са решени, точността и надежд­ността на хронометричните уреди все повече и повече се повишава. За последните 400 години тази точност се е повишила около 1 милион пъти средната дено­нощна грешка например на най-добрия ча­совник през 1580 година е била около 50 се­кунди, а през 1980 — 0,000005 секунди!

Но съвременната физика, химия, биоло­гия и особено космическите изследвания изискват от хроно­метрията още повисока точност и на­деждност. И затова пред съвременната хронометрия стоят още много задачи за решаване: разработване на теория на единно време, синтез на времеизмервателна техника със зададени параметри, машинно проектиране и оптимизация на хронометричните системи. Задачи, които трябва решени успешно в най-близко бъдеще.

---

Използвани са илюстрации от American Journal of Archaelogy