История науки и техники. Материалы и технологии Часть 2

сам. Таким образом, человек, глядящий на тень, мог узнать и час, и примерно месяц года. Но плоская шкала занимала много места и не могла вместить тени, которую гномон отбрасывает при низком Солнце. Поэтому в часах более скромных размеров шкалы располагались на вогнутых поверхностях. Римский ар­ хитектор I в. до н.э. Витрувий в книге «Об архитектуре» пере­ числяет больше 30 типов водяных и солнечных часов и сообща­ ет некоторые имена их создателей: Евдокс Книдский, Аристарх Самосский и Аполлоний Пергамский. По описаниям архитекто­ ра трудно составить представление о конструкции тех или иных часов, но с ними удалось отождествить многие из найденных ар­ хеологами остатков древних измерителей времени.

Солнечные часы имеют большой недостаток - неспособ­ ность показывать время ночью и даже днем в облачную погоду, зато они имеют по сравнению с другими часами важное пре­ имущество - непосредственную связь со светилом, определяю­ щим время суток. Поэтому они не потеряли практического зна­ чения даже в эпоху массового распространения точных механи­ ческих часов, которые требуют проверки. Стационарные сред­ невековые солнечные часы стран ислама и Европы мало отли­ чались от античных. Правда, в эпоху возрождения, когда стала цениться ученость, в моду вошли сложные комбинации шкал и гномонов, служившие для украшения. Например, в начале XVI в. в университетском парке Оксфорда был установлен из­ меритель времени, который мог служить наглядным пособием по устройству разнообразных солнечных часов. С XIV в., когда стали распространяться механические башенные часы, в Европе постепенно отказались от деления дня и ночи на равные отрезки времени. Это упростило шкалы солнечных часов, и ими стали часто украшать фасады зданий. Чтобы настенные часы могли показывать утреннее и вечернее время летом, их иногда делали двойными с циферблатами на сторонах выступающей из стены призмы. В Москве вертикальные солнечные часы можно видеть на стене здания Российского гуманитарного университета на Никольской улице, а в парке музея Коломенское есть горизон­ тальные солнечные часы, к сожалению, без циферблата и гно­ мона.

Наиболее грандиозные солнечные часы были сооружены в 1734 г. в городе Джайпуре магараджей (правителем области) и астрономом Савай-Джай Сингхом (1686-1743 гг.)- Их гномоном служила треугольная каменная стена с высотой вертикального катета 27 м и гипотенузой длиной 45 м. Шкалы располагались на широких дугах, по которым тень гномона двигалась со ско­ ростью 4 м в час. Однако Солнце на небе выглядит не точкой, а кругом с угловым диаметром около половины градуса, поэтому из-за большого расстояния между гномоном и шкалой, край те­ ни был нечетким.

Большим разнообразием отличались портативные солнеч­ ные часы. В раннем средневековье применялись в основном вы­ сотные, не требовавшие ориентации по странам света. В Индии были распространены часы в виде граненого посоха. На гранях посоха наносились часовые деления, соответствующие двум месяцам года, равноудаленным от солнцестояния. Гномоном служила игла, которая вставлялась в отверстия, сделанные вы­ ше делений. Для измерения времени посох вертикально подве­ шивали на шнуре и поворачивали иглой в сторону Солнца, то­ гда тень иглы показывала высоту светила.

В Европе подобные часы оформлялись в виде небольших цилиндров, с рядом вертикальных шкал. Гномоном служил флажок, укрепленный на поворотном навершии. Его устанавли­ вали над нужной часовой линией и поворачивали часы так, что­ бы его тень была вертикальной. Естественно, шкалы таких ча­ сов были «привязаны» к определенной широте местности. В XVI в. в Германии были распространены универсальные вы­ сотные солнечные часы в виде «кораблика». Время в них отме­ чал шарик, помещенный на нити отвеса, когда инструмент на­ водили на Солнце так, чтобы тень «носа» точно покрывала «корму». Регулировка по широте производилась наклоном «мачты» и передвижением по ней планки, на которой закрепля­ лась нить отвеса. Основной недостаток высотных часов - труд­ ность определения по ним времени ближе к полудню, когда Солнце крайне медленно меняет высоту. В этом смысле часы с гномоном значительно удобнее, но их необходимо устанавли­ вать по странам света. Правда, когда их предполагается долго

использовать на одном месте, можно найти время и для опреде­ ления направления меридиана.

Позже переносные солнечные часы стали снабжать компа­ сом, который позволял быстро устанавливать их в нужном по­ ложении. Такие часы применялись до середины XIX в. для про­ верки механических, хотя они и показывали истинное солнеч­ ное время. Наибольшее отставание истинного Солнца от сред­ него в течение года составляет 14 мин. 2 сек., а наибольшее опережение - 16 мин. 24 сек., но поскольку длины соседних су­ ток отличаются ненамного, это не вызывало особых затрудне­ ний. Для любителей выпускались солнечные часы с полуденной пушкой. Над игрушечной пушечкой помещалось увеличитель­ ное стекло, которое выставлялось так, чтобы в полдень собран­ ные им солнечные лучи достигали запального отверстия. Порох загорался, и пушка стреляла, естественно, холостым зарядом, оповещая дом, что настал истинный полдень и пора проверять часы. С появлением телеграфных сигналов точного времени (в Англии с 1852 г., а в России с 1863 г.) часы стало возможно проверять в почтовых отделениях, а с появлением радио и те­ лефонных «говорящих часов», эра солнечных часов закончи­ лась.

9.6.2. Водяные часы

Религия древнего Египта требовала выполнения ночных ритуалов с точным соблюдением времени их исполнения. Вре­ мя ночью определялось по звездам, но для этого применялись и водяные часы. Самые древние из известных египетских водя­ ных часов относятся к эпохе фараона Аменхотепа III (1415— 1380 гг. до н.э). Они были сделаны в виде сосуда с расширяю­ щимися стенками и небольшим отверстием, из которого понем­ ногу вытекала вода. О времени можно было судить по ее уров­ ню. 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 стави­ лось его название. Шкал было 12, хотя хватило бы шести, по­ скольку 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 со­ суда в виде павиана (так египтяне изображали бога мудрости Тота). Коническая форма чаши часов с вытекающей водой спо­ собствовала равномерному изменению уровня: при его пониже­ нии падает давление воды, и она вытекает медленнее, но это компенсируется уменьшением площади ее поверхности. Трудно сказать, была ли эта форма выбрана для достижения равномер­ ности «хода» часов. Может быть, сосуд сделали таким, чтобы было легче рассматривать нарисованные на его внутренних стенках шкалы.

Измерение равных часов (в Греции их называли равноден­ ственными) 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, Демос­ фена встречаются просьбы «остановить воду», очевидно, обра­ щенные к служителю суда. Часы останавливали на время чте­ ния 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 опреде­ ленное количество воды. Для «остановки воды», очевидно, за­ тыкали отверстие в ручке. Небольшие водяные часы использо­ вались и в медицине для измерения пульса. Задачи по измере­ нию 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 верхне­ го (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 покры­ вала сифон, он включался. Вода быстро переливалась в закры­ тый сосуд, вытесняла из него воздух, и флейта начинала зву­ чать. Для регулирования времени включения сигнала следовало перед запуском часов частично заполнить водой средний сосуд. 134

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

Эпоха конструирования пневматических, гидравлических и механических устройств началась с работ Ктесибия (Александ­ рия, II—Iвв. до н.э.). Кроме различных автоматических приспо­ соблений, служивших в основном для демонстрации «техниче­ ских чудес», он разработал водяные часы, которые автоматиче­ ски приспосабливались к изменению длины ночных и дневных отрезков времени. Часы Ктесибия имели циферблат в виде не­ большой колонны. Около нее находились две фигурки амуров. Один из них непрерывно плакал; его «слезы» поступали в вы­ сокий сосуд с поплавком. Фигурка второго амура перемещалась с помощью поплавка вдоль колонны и служила указателем вре­ мени. Когда в конце суток вода поднимала указатель до край­ ней верхней точки, срабатывал сифон, поплавок опускался в исходное положение, и начинался новый суточный цикл работы прибора. Поскольку длина суток постоянна, ход часов не требо­ валось приспосабливать к различным сезонам. Часы обознача­ лись поперечными линиями, нанесенными на колонне. Для лет­ него 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 выте­ кающая 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, историо­ граф короля, сообщал о них: «Особый водяной механизм ука­ зывал 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 выполне­ ны в виде арки с 12-ю окошками-указателями времени. Окошки были закрыты цветными стеклами и ночью подсвечивались. Вдоль них перемещалась фигура сокола, который, поровнявшись с окошком, ронял в бассейн шары, число которых соот­ ветствовало наступившему часу. Механизмы, соединявшие по­

плавок 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 служите­ ле, который «ухаживал за водяными часами». Об устройстве этих древних часов ничего неизвестно, но, учитывая традици­ онность китайской культуры, можно предположить, что они мало отличались от средневековых. Описанию устройства во­ дяных часов посвящена книга ученого XI в. Лю Цзая. Наиболее интересна описанная там конструкция водяных часов с уравни­ тельным бачком. Часы устроены в виде своеобразной лесенки, на которой расположены три бачка. Сосуды соединены трубка­ ми, 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 не­ много больше воды, чем из него вытекает в нижний (излишек отводится через особое отверстие). Таким образом, уровень во­ ды в среднем бачке не меняется, и она поступает в нижний со­ суд под постоянным давлением. В Китае сутки делились на 12 двойных часов «ке».

Замечательные с точки зрения механики башенные астро­ номические часы создали в 1088 г. астрономы Су Сун и Хань Кунлян. В отличие от большинства водяных часов в них ис­ пользовалось не изменение уровня вытекающей воды, а ее вес. Часы были помещены в трехэтажной башне, оформленной в виде пагоды. На верхнем этаже постройки стояла армилярная сфера, круги которой за счет часового механизма сохраняли па­ раллельность небесному экватору и эклиптике. Это устройство предвосхищало механизмы ведения телескопов. Кроме сферы, в особом помещении находился звездный глобус, который пока­ зывал положение звезд, а также Солнца и Луны относительно горизонта. Инструменты приводились в движение водяным ко­ лесом. 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 использова­ лись наряду с механическими башенными. Так в XVI в. на главной площади Венеции действовали водяные часы, которые каждый час воспроизводили сцену поклонения волхвов. Появ­ лявшиеся мавры били в колокол, отмечая время. Интересные часы XVII в. хранятся в музее французского города Клюни. В них роль указателя выполнял водяной фонтанчик, высота кото­ рого 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 уста­ навливался лоток с перегородкой посередине. Вода подавалась на центр перегородки, и, когда маятник качался, подталкивала его в нужную сторону. Устройство не получило распростране­ ния, но заложенная в нем идея привода стрелок от маятника позже была реализована в электрических часах.

9.6.3. Песочные и огневые часы

Песок, в отличие от воды, не замерзает, и часы, где течение воды заменено течением песка могут работать зимой. Песочные часы со стрелочным указателем построил около 1360 г. китай­ ский механик Чжан Сиюань. Эти часы, известные под названи­ ем «пятиколесной песочной клепсидры», приводились в дейст­ вие «турбинкой» на лопатки которой сыпался песок. Система зубчатых колес передавала ее вращение стрелке.

ВЗападной Европе песочные часы появились около XIII в.,

иих развитие связано с развитием стеклоделия. Ранние часы представляли собой две отдельные стеклянные луковицы, скре­ пленные сургучом. Специально приготовленный, иногда из толченного мрамора, «песок» тщательно просеивался и насы­ пался в сосуд. Перетекание дозы песка из верхней части часов в нижнюю, довольно точно отмеряло определенный отрезок вре­ мени. Регулировать часы можно было, изменяя количество за­ сыпанного в них песка. После 1750 г. часы уже изготавливались

ввиде единого сосуда с сужением посередине, но в них сохра­ нялось отверстие, затыкавшееся пробкой. Наконец, с 1800 г.

появились герметические часы с запаянным отверстием. В них песок был надежно отделен от атмосферы и не мог отсыреть.

Еще в XVI в. в основном в церквях использовались рамки с четырьмя песочными часами настроенными на четверть, поло­ вину, три четверти часа и час. По их состоянию можно было легко определять время внутри часа. Прибор снабжался цифер­ блатом со стрелкой; когда песок вытекал из последнего верхне­ го сосуда, служитель переворачивал рамку и переводил стрелку на одно деление.

Песочные часы не боятся качки и поэтому до начала XIX в. широко применялись на море для отсчета времени вахт. При вытекании часовой порции песка вахтенный переворачивал ча­ сы и ударял в колокол; отсюда пошло выражение «бить склян­ ки». Корабельные песочные часы считались важным прибором. Когда первый исследователь Камчатки студент Петербургской академии наук Степан Петрович Крашенинников (1711— 1755 гг.) прибыл в Охотск, там шло строительство кораблей. Молодой ученый обратился к капитану-командору Витусу Бе­ рингу с просьбой о помощи в организации службы измерения колебаний уровня моря. Для этого был нужен наблюдатель и песочные часы. Беринг назначил на должность наблюдателя грамотного солдата, но часов не дал. Крашенинников вышел из положения, вкопав водомерный столб напротив комендатуры, где по морскому обычаю регулярно отбивались склянки. Пе­ сочные часы оказались надежным и удобным прибором для из­ мерения небольших отрезков времени и по «живучести» опере­ дили солнечные. Их еще недавно применяли в кабинетах фи­ зиотерапии поликлиник для контроля времени проведения про­ цедур. Но они вытесняются электронными таймерами.

Сгорание материала тоже является достаточно равномер­ ным процессом, на основе которого можно измерять время. Ог­ невые часы широко использовались в Китае. Очевидно их про­ образом служили, и сейчас популярные в Юго-восточной Азии, курительные палочки - медленно тлеющие стерженьки, даю­ щие ароматный дым. Основой таких часов служили горючие палочки или шнуры, которые делали из смеси древесной муки со связующими веществами. Часто они имели значительную длину, изготовлялись в виде спиралей и подвешивались над 138

плоской тарелкой, куда падал пепел. По числу оставшихся вит­ ков можно было судить о прошедшем времени. Существовали и «огневые будильники». Там тлеющий элемент горизонтально располагался в длинной вазочке. В нужном месте через него пе­ рекидывали нитку с грузиками. Огонь, достигнув нитки, пере­ жигал ее, и грузики со звоном падали в подставленное медное блюдце. В Европе в ходу были свечи с делениями, игравшие роль и ночников и измерителей времени. Чтобы использовать их в режиме будильника, в свечу на нужном уровне втыкали булавку с грузиком. Когда воск вокруг булавки расплавлялся, грузик вместе с ней со звоном падал в чашку подсвечника. Для грубого измерения времени ночью служили и масляные лампы со стеклянными сосудами, снабженными шкалой. Время опре­ делялось по уровню масла, который уменьшался по мере выго­ рания.

Интересно, что в огневых часах измерение времени не яв­ лялось единственной функцией. Они кроме этого выполняли и другие полезные задачи - ароматизировали воздух, отгоняя ко­ маров и москитов, или создавали уютное ночное освещение.

Путешествие сакральной идеи от Урала до Англии

Многие годы учены е пытались разгадат ь назначение м ега­ литического сооруэюения Стоунхендж. Это - древний храмобсерватория.

Диаметр земляного вала около 100 м. Каменные параллелепи­ педы массой до 50 т доставляли из каменоломни за 35 км. Каждую такую деталь перевозили и устанавливали до 600 человек.

Основной вход в храм выстроен точно по оси солнечного лу­ ча, первым приходящим на землю после летнего солнцестояния.

Стоунхендж не уникален. Через Восточную и Западную Европу цепочкой тянутся подобные сооружения, незначитель­ но отличаясь друг от друга. Самые древние относятся к 4 800 - 4600 гг. до н.э. (на 2000 лет старше Стоунхендэюа). Самый большой храм обнаруж ен на территории Словакии, его диа­ метр равен 146 м, а внутренняя стена когда-то состояла из 4000 массивных дубовых бревен. В мире, который еще не знал колеса и металла в разных мест ах Европы (Тюбинген, Дрезден, Бранденбург, Мюнхен, Польша) поднимались кольцевые храмы.