Водяные часы.

Религия древнего Египта требовала выполнения ночных ритуалов с точным соблюдением времени их исполнения. Время ночью определялось по звездам, но для этого применялись и водяные часы. Самые древние из известных египетских водяных часов относятся к эпохе фараона Аменхотепа III (1415-1380 гг. до н.э). Они были сделаны в виде сосуда с расширяющимися стенками и небольшим отверстием, из которого понемногу вытекала вода. О времени можно было судить по ее уровню. Чтобы отмерять часы разной длины, на внутренних стенках сосуда наносили несколько шкал, обычно в виде ряда точек. Египтяне той эпохи делили ночь и день на 12 часов, и в каждом месяце пользовались отдельной шкалой, вблизи которой ставилось его название. Шкал было 12, хотя хватило бы шести, поскольку длины дней, находящихся на одном расстоянии от солнцестояний, практически одинаковы. Известен и другой тип часов, в котором мерная чаша не опорожнялась, а наполнялась. В этом случае вода в нее поступала из поставленного выше сосуда в виде павиана (так египтяне изображали бога мудрости Тота). Коническая форма чаши часов с вытекающей водой способствовала равномерному изменению уровня: при его понижении падает давление воды, и она вытекает медленнее, но это компенсируется уменьшением площади ее поверхности. Трудно сказать, была ли эта форма выбрана для достижения равномерности «хода» часов. Может быть, сосуд сделали таким, чтобы было легче рассматривать нарисованные на его внутренних стенках шкалы.

Измерение равных часов (в Греции их называли равноденственными) требовалось не только астрономам; ими определяли длину речей в суде. Это было необходимо, чтобы выступавшие со стороны обвинения и защиты находились в равных условиях. В сохранившихся речах греческих ораторов, например, Демосфена встречаются просьбы «остановить воду», очевидно, обращенные к служителю суда. Часы останавливали на время чтения текста закона или опроса свидетеля. Такие часы называли «клепсидрой» (по-гречески «крадущей воду»). Это был сосуд с отверстиями в ручке и на днище, в который заливалось определенное количество воды. Для «остановки воды», очевидно, затыкали отверстие в ручке. Небольшие водяные часы использовались и в медицине для измерения пульса. Задачи по измерению времени содействовали развитию технической мысли.

Сохранилось описание водяного будильника, изобретение которого приписывается философу Платону (427-347 гг. до н.э.). «Будильник Платона» состоял из трех сосудов. Из верхнего (клепсидры) вода поступала в средний, в котором находился перепускной сифон. Приемная трубка сифона заканчивалась около дна, а спускная входила в третий пустой закрытый сосуд. Он в свою очередь был соединен воздушной трубкой с флейтой. Действовал будильник так: когда вода в среднем сосуде покрывала сифон, он включался. Вода быстро переливалась в закрытый сосуд, вытесняла из него воздух, и флейта начинала звучать. Для регулирования времени включения сигнала следовало перед запуском часов частично заполнить водой средний сосуд.

Чем больше в него предварительно заливалось воды, тем раньше срабатывал будильник.

Эпоха конструирования пневматических, гидравлических и механических устройств началась с работ Ктесибия (Александрия, II—I вв. до н.э.). Кроме различных автоматических приспособлений, служивших в основном для демонстрации «технических чудес», он разработал водяные часы, которые автоматически приспосабливались к изменению длины ночных и дневных отрезков времени. Часы Ктесибия имели циферблат в виде небольшой колонны. Около нее находились две фигурки амуров. Один из них непрерывно плакал; его «слезы» поступали в высокий сосуд с поплавком. Фигурка второго амура перемещалась с помощью поплавка вдоль колонны и служила указателем времени. Когда в конце суток вода поднимала указатель до крайней верхней точки, срабатывал сифон, поплавок опускался в исходное положение, и начинался новый суточный цикл работы прибора. Поскольку длина суток постоянна, ход часов не требовалось приспосабливать к различным сезонам. Часы обозначались поперечными линиями, нанесенными на колонне. Для летнего времени расстояния между ними в нижней части колонны были большими, а в верхней малыми, изображавшими короткие ночные часы, а зимой наоборот. В конце каждых суток вытекающая из сифона вода попадала на водяное колесо, которое через зубчатые передачи слегка поворачивало колонну, подводя к указателю новую часть циферблата.

Сохранились сведения о часах, которые халиф Харун аль Рашид подарил в 807 г. Карлу Великому. Эгингард, историограф короля, сообщал о них: «Особый водяной механизм указывал часы, означавшиеся еще боем от падения определенного числа шариков в медный таз. В полдень 12 рыцарей выезжали из стольких же дверей, закрывавшихся за ними».

Арабский ученый Ридван создал в XII в. часы для большой мечети в Дамаске и оставил их описание. Часы были выполнены в виде арки с 12-ю окошками-указателями времени. Окошки были закрыты цветными стеклами и ночью подсвечивались. Вдоль них перемещалась фигура сокола, который, поравнявшись с окошком, ронял в бассейн шары, число которых соответствовало наступившему часу. Механизмы, соединявшие поплавок часов с указателями, состояли из шнуров, рычагов и блоков.

В Китае водяные часы появились в глубокой древности. В книге «Чжоули», в которой описана история династии Чжоу (1027-247 гг. до н.э.), есть упоминание о специальном служителе, который «ухаживал за водяными часами». Об устройстве этих древних часов ничего неизвестно, но, учитывая традиционность китайской культуры, можно предположить, что они мало отличались от средневековых. Описанию устройства водяных часов посвящена книга ученого XI в. Лю Цзая. Наиболее интересна описанная там конструкция водяных часов с уравнительным бачком. Часы устроены в виде своеобразной лесенки, на которой расположены три бачка. Сосуды соединены трубками, через которые вода последовательно перетекает из одного в другой. Верхний бачок питает водой остальные, нижний имеет поплавок и линейку с указателем времени. Наиболее важная роль отведена третьему «уравнительному» сосуду. Поступление воды отрегулировано так, что бачок получает из верхнего немного больше воды, чем из него вытекает в нижний (излишек отводится через особое отверстие). Таким образом, уровень воды в среднем бачке не меняется, и она поступает в нижний сосуд под постоянным давлением. В Китае сутки делились на 12 двойных часов «ке».

Замечательные с точки зрения механики башенные астрономические часы создали в 1088 г. астрономы Су Сун и Хань Кунлян. В отличие от большинства водяных часов в них использовалось не изменение уровня вытекающей воды, а ее вес. Часы были помещены в трехэтажной башне, оформленной в виде пагоды. На верхнем этаже постройки стояла армиллярная сфера, круги которой за счет часового механизма сохраняли параллельность небесному экватору и эклиптике. Это устройство предвосхищало механизмы ведения телескопов. Кроме сферы, в особом помещении находился звездный глобус, который показывал положение звезд, а также Солнца и Луны относительно горизонта. Инструменты приводились в движение водяным колесом. Оно имело 36 ковшей и автоматические весы. Когда вес воды в ковше достигал нужной величины, защелка освобождала его и позволяла колесу повернуться на 10 градусов.

В Европе водяные общественные часы долго использовались наряду с механическими башенными. Так в XVI в. на главной площади Венеции действовали водяные часы, которые каждый час воспроизводили сцену поклонения волхвов. Появлявшиеся мавры били в колокол, отмечая время. Интересные часы XVII в. хранятся в музее французского города Клюни. В них роль указателя выполнял водяной фонтанчик, высота которого зависела от прошедшего времени.

После появления в XVII в. маятниковых часов во Франции была сделана попытка использовать воду для поддерживания качания маятника. По мысли изобретателя над маятником устанавливался лоток с перегородкой посередине. Вода подавалась на центр перегородки, и, когда маятник качался, подталкивала его в нужную сторону. Устройство не получило распространения, но заложенная в нем идея привода стрелок от маятника позже была реализована в электрических часах.