|
Водяные часы
Новые приборы для измерения времени принципиально
отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по
солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения
вокруг Солнца, для хронометрических приборов (жидкостных,
песочных, воздушных, огневых и др.) надо было создать
искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала
времени, необходимого для вытекания или сгорания определенного
количества вещества в хронометрическом устройстве. Водяные часы
после солнечных занимали второе место по количеству.
В литературе часто говорится о водяных часах как о «клепсидрах». Это наименование происходит от сочетания двух
греческих слов klepto – брать и udor – вода («воровка воды»).
Водяные часы, получившие название клепсидры, представляли собой специальный сосуд с
отверстием в дне. Сосуд имел форму конуса, в нижней части его
находилась трубка, через которую вытекала вода в специальный
приемник. На стенках приемника были нанесены деления,
соответствующие часам. Точность отсчета времени была невысокой,
т.к. воды вытекала неравномерно: чем выше был уровень воды в
сосуде, тем быстрее она вытекала. Тем не менее, водяные часы
получили широкое распространение.
В значительно более примитивном виде водяные часы были
известны уже египтянам и некоторым культурным народам Дальнего
Востока. Простейшими водяными часами были китайские и индийские
часы. Они имели форму полусферической чаши с небольшим
отверстием в дне, через которое медленно вытекала вода.
В Индии водяные часы под названием «яла-янтра» были
известны, по меньшей мере, за 300 лет до нашей эры. Это были
преимущественно часы «истечения» с небольшим отверстием в дне.
Сначала при восходе Солнца заполняли эти часы водой, которая
затем вытекала, так что до вечера процесс заполнения и истечения
воды повторялся пять-шесть раз. Первыми, кто пользовался
водяными часами, были египтяне, и у них сохранились самые старые
водяные часы в мире. Это были часы «истечения», относящиеся к
эпохе владычества Аменхотепа III (1414 - 1375 гг. до н.э.),
хранящиеся в музейных коллекциях в Каире. На внутренней
поверхности их алебастрового корпуса наколами обозначено 12
часовых шкал для измерения времени в соответствующих месяцах.
Сосуд заполняли до самого верха водой, которая затем вытекала
через небольшое придонное отверстие.
Египтянам были известны разновидности таких часов с
поступлением и с вытеканием воды. Египетские «приточные» водяные
часы были несколько сложнее аналогичных часов восточного
происхождения. Обычно они имели форму цилиндра с 12-часовой
шкалой на внутренней поверхности. Часовой сосуд заполнялся
водой, поступающей по каплям из специального сопла. Некоторые
подобные часы имели поплавок, который после повышения уровня
воды до определенной степени открывал выпускной кран.
Арабские, индийские и китайские водяные часы, созданные
до нашей эры, были весьма примитивны. И все же древние
египетские астрономы сумели с помощью таких часов измерить с
приемлемой точностью диаметр Солнца.
Наличие водяных часов, не связанное с египетским
влиянием, известно и у других древних культур. Примерно около
650 г. до н.э. ассирийцы строили конические водяные часы с
круглыми концентрическими временными шкалами, с диапазоном от 2
до 24 ч. Эмпедокл из Акраганта упомянул примерно в 450 г. до
н.э. о водяных часах, предназначенных для измерения времени,
представляемого ораторам во время судебных процессов. Водяные
часы древних ораторов были, по существу, большими амфорами. В
такой амфоре высотой около 1 м и шириной несколько более 40 см
находилось при ее заполнении около 1 гл. воды. При диаметре
отверстия истечения в 1,4 мм требовалось почти 10 ч на полное
опорожнение сосуда. Время, истекшее после начала истечения воды,
указывалось на шкале, имевшейся на поплавке. Поплавок опускался
в амфоре равномерно, поскольку уменьшение скорости истечения
компенсировалось уменьшающимся внутренним диаметром сосуда.
Простая форма первых водяных часов постепенно
обогащалась новыми элементами. То, что «клепсидра» не зависела
от света Солнца, сделало из водяных часов прибор, пригодный для
непрерывного измерения времени и днем, и ночью. Отсюда вытекали
и различные стремления к изобретению остроумных
гидравлико-пневматических механизмов для звуковой сигнализации о
времени, для освещения часов ночью и т.д. Такие элементы можно
найти у целого ряда водяных часов арабского происхождения, о
проникновении которых в Китай есть упоминание уже от 202 г. до
н.э. в труде Чау-ли.
Самая интересная эра водяных часов связана с Грецией,
куда они попали сравнительно поздно, лишь около 400 г. до н.э.,
и это произошло, по всей вероятности, благодаря Платону. Со
временем их конструкция усложнялась. Наибольшей известностью
пользовались часы Ктезибия Александрийского. Ему удалось создать
часы такой точности, что ими можно было пользоваться для
астрономических наблюдений. Эти часы имели систему зубчатых
колес и подобие механизма современных башенных часов.
В часах Ктезибий осуществил идею
передачи сил и движения зубчатым механизмом, проект которого еще
в IV в. до н.э. теоретически наметил Аристотель, но практически
использовал лишь Ктезибий. Зубчатая передача соединяла ведущий
механизм со шкалой времени, расположенной на цилиндрической
поверхности поворотной колонны и разделенной вертикальными
прямыми на четыре основных поля. Система из 24 наклонных линий
образовывала часовую шкалу для измерения планетных часов.
Колонна со шкалой, приводимая водяным колесом, вращаясь вокруг
своей оси, совершала один оборот в год. Поэтому и камеры
водяного колеса в нижней части часов заполнялись водой медленно,
причем вода подавалась в небольшом количестве по особому
трубопроводу. Статуэтка со стрелкой двигалась с помощью
специального поплавкового механизма, управляемого другой
статуэткой, находящейся на другой стороне часов. Слезы – водяные
капли, – капающие из глаз статуэтки, накапливались в
сборники-подставки, откуда через трубопровод текли в поплавковую
камеру стрелочного механизма. Кроме того, эти часы имели еще
специальное устройство, которое через определенные интервалы
выбрасывало на чашку мелкие камешки (это было звуковой
сигнализацией ночных часов).
Введение водяных часов в Риме тесно связано с цензором
П. Корнелием Сципионом Назикой. То, что здесь водяные часы
быстро привились, подтверждается находкой римских водяных часов
с календарем, обнаруженных при раскопках в Зальцбурге и у
Цайнота. И Витрувий описал примерно в 24 г. до н.э. водяные часы
с поплавком, у которых движение поплавка переносилось цепью на
циферблатный круг с неподвижной стрелкой.
В отличие от солнечных часов характер водяных часов
позволял широко развивать некоторые их механические элементы. К
таким произведениям, бесспорно, относятся бронзовые водяные
часы, изготовленные в период 799 - 807 гг., которые
Гарун-аль-Рашид послал в подарок Карлу Великому. Эти часы с
богатыми орнаментальными украшениями имели часовой циферблат, и
каждый час провозглашали звуковым ударом металлического шара,
который выскакивал из часов на декоративную решетку. В полдень у
этих часов открывались ворота и из них выезжали рыцари.
Упомянутый дорогой подарок калифа не был в истории
водяных часов единственным. Значительно раньше, еще в 490 г.,
король западных готов Теодерик выбрал именно водяные часы для
подарка королю Гундебальду в Бургундии. Подобная идея пришла в
голову в середине VIII в. папе Павлу I, подарившему французскому
королю Пипину Короткому художественно украшенные водяные часы.
|
