Хронометр Гаррисона

Проблема была настолько серьезной, что в 1714 г. правительство Англии установило награду в 20 тыс. фунтов стерлингов тому, кто сможет предложить метод точного определения долготы во время мореплавания. Точность должна быть такой высокой, что, если бы речь шла о часах, его суточная погрешность не должна была превышать трех секунд на протяжении шести недель. Награда досталась плотнику Джону Гаррисону который сконструировал несколько хронометров - точных часов для мореплавателей. В 17б0 г. в конкурсе победила его четвертая модель. Во время одного морского путешествия погрешность его часов составила лишь 54 секунды за 156 дней. Гаррисон нашел способ, при котором колебания температуры меняли эффективную длину волосковой пружины, обеспечивая автоматическую компенсацию прежних погрешностей.

Песочные часы

Главный недостаток солнечных часов заключался в том, что им нельзя было пользоваться в ночное время и в пасмурные дни. Эту проблему в конечном итоге удалось решить около 1500 г. к н. е., когда египтяне изобрели клепсидру, или водяные часы. Простейший вид таких часов представлял собой сосуд с маленьким отверстием в нижней части. Залитая в сосуд вода медленно вытекала через отверстие, а уровень воды относительно размеченной шкалы показывал время, что прошло.
На смену солнечным часам пришли песочные, в которых песок сыпался через суженую часть стеклянного сосуда, показывая истечение определенного периода времени, чаще всего получаса или часа. Сегодня миниатюрный песочные часы используется в быту во время варки яиц.
Для отсчета времени также использовали свечу. Зарубки на воске показывали, сколько прошло часов от времени воспаления. Свечи широко применялись для хронометрирования, однако не были точным прибором, поскольку разные фитили, сорта воска и тяга влияли на скорость горения.

Фазы Луны

Для месяца характерно установлен порядок изменения видимой части Луны во время его прохождения по орбите вокруг Земли. Эти различные стадии называются фазами. В течение месяца свет звезд падает на поверхность Луны под разными углами. Когда лучи Солнца освещают Месяц сзади, его фактически не видно с Земли, эта фаза называется новый месяц (новолуние). Через пол - цикла наблюдаем полный месяц (или полнолуние), так как видимая с Земли часть ее поверхности обращена к Солнцу. В основу римского календаря был положен лунный месяц время, за которое Луна проходит полный цикл изменений.
Продолжительность суток определяется вращением Земли вокруг своей оси, а нам кажется, что Солнце восходит и заходит. Сложность при составлении календаря связана с тем, что год длится не целое число дней, а примерно 365.25 дня. В 45 г. к н. е. Юлий Цезарь решил эту проблему и ввел календарь, в котором после трех лет по 365 дней каждый шел 366-дневный високосный год.

Время

Вращение Земли и Луны определяет продолжительность лет, времен года, месяцев и дней. Цикл вращения Земли вокруг Солнца составляет один год. За это время одни звезды сменяют другие на ночном небе, а в погоде происходят сезонные изменения.
Как только была обнаружена такая последовательность событий, люди научились добывать из своих наблюдений практическую пользу. Например, появление определенной звезды означало, что наступило время сева. Древние египтяне знали; ежегодные разлива Нила всегда начинались вскоре после появления над горизонтом звезды Сириус.

Григорианский календарь

Сначала к юлианскому календарю претензий не было, но постепенно выяснили, что год длится на 11 минут меньше, чем посчитали. Эта погрешность была устранена в 1582 г. Папой Римским Григорием XIII, который издал указ день 5 октября считать 15 октября. Иначе календарные даты все больше и больше не совпадали бы с определенными временами года. Чтобы исключить такую погрешность в будущем, он также дал распоряжение вековые годы (на переломе веков) считать высокосными только тогда, когда они делятся на 400 без остатка. Этот григорианский календарь и до сих пор используется в западных странах.
День и ночь были кратчайшими периодами времени, известными нашим далеким предкам. Более точное вычисление времени появилось около 4000 р. к н. е., когда древние египтяне разделили время суток на часы. Первым хронометром были солнечные часы, состоявший в основном из столбика, который втыкали в землю таким образом, чтобы он отбрасывал тень на шкалу с часовыми делениями. Когда солнце двигалось по небосводу, тень от столбика перемещалась по шкале и показывала время.

Точность маятникового механизма

Еще в 1580-е г. итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) открыл изохронность колебаний маятника. За год до смерти он составил план использования маятника для регулирования хода часов, и только в 1649 - его сын Винченцо и слесарь на имя Балестри сделали наконец часы Галилея. Впоследствии совершенная конструкция таких часов была разработана голландским ученым Христианом Гюйгенсом в конце 1650-х г. благодаря чему маятник зарекомендовал себя надежным и точным регулятором хода, а суточная погрешность типового часов снизилась с нескольких минут до десятка секунд.
Другой вид регулятора хода часов был создан в 1658 г., когда Роберт Хук изобрел пружину балансира, или же волосковую пружинку. Эта тонкая винтовая пружина прикреплялась к так называемого балансира. Пружина по очереди закручивалась и раскручивалось в зависимости от направления движения балансира. Это движение позволяло управлять регулятором хода. Главное преимущество балансира по сравнению с маятником заключалась в том, что на его работу гораздо меньше влияло перемещение часов. Так стало возможным изготовление более меньших по размеру и более точных карманных часов.
На начало XVIII века новые географические открытия и расширение мировой торговли обусловили резкое увеличение количества длительных морских путешествий. Для успешного плавания морякам нужен был точный метод определения местоположения своего судна. Самое сложное было определять долготу - число градусов к востоку или западу от Гринвичского меридиана. Для этого нужен был точный часы, который показывал бы время по Гринвичу (Англия). Но качка судов нарушала работу маятника, а часы с балансировочным регулятором хода шел неточно в условиях экстремальных температур, что негативно сказывались на работе тонкой волосковой пружины.

Современные часы

Некоторые современные стационарные и наручные часы все еще выпускаются с механическим приводом, однако электрические и электронные часы уже давно стали нормой. Во многих электрических часах ход стрелок обеспечивает моторчик, который работает от сети переменного тока частотой 50-60 Гц. Подобный принцип работы и у некоторых цифровых электронных часов, но они показывают время на цифровом световом табло. Электронным наручным часам нужен свой регулятор хода, и эту роль часто играет кварцевый кристалл, который обеспечивает почти постоянную частоту вибрации под действием электричества. Вибрирующий кристалл генерирует точно отмеренные во времени электрические импульсы, которые управляют индикацией электронных цифр или же движением механических стрелок. Большинство стационарных часов также работают на кварцевых кристаллах.
Кварцевые часы дают очень высокую точность - до 1 /30 секунды за сутки, но и это - вчерашний день по сравнению с атомными часами, которые используют частоту излучения атомов некоторых элементов (например, цезия) и обеспечивают электронную индикацию времени с погрешностью менее одной секунды за тысячу лет. Такие часы используются в экспериментах, которые требуют точного отсчета времени, и для определения самого времени: сегодня секунда определяется как отрезок времени, за который атом цезия-133 излучают 9 192 631 770 импульсов в определенных конкретных условиях.

Часы с боем

Около 1330 г. в Италии были созданы часы с боем, в котором количество ударов соответствовало каждому часу. А примерно в 1475 г. были изобретены часы с пружинным заводом. Это обусловило разработку портативного часов, что было нереально для механизмов с гирями.
До XVI века. Часы имели только одну, часовую, стрелку. Доли часа можно было определить лишь приблизительно. Это устраивало большинство людей. Однако астрономы нуждались в более точной регистрации своих наблюдений. В результате появились часы с минутной, а некоторые - даже с секундной стрелкой. Часы, ход которого регулировался фолиантом, шел неточно, однако точность вычисления времени значительно возросла с появлением в XVII ст. маятникового часов.

Механические часы

Первые механические часы появились в Европе около 1275 г. однако имя изобретателя нам неизвестно. Подвешенный на шнурке груз вращал колесо, оно приводило в действие механизм часов, который каждый час издавал звон. Вскоре в часов появились стрелки и циферблат. Которые показывали время.
Важная деталь часов - регулятор хода устройство, ограничивающее скорость механизма за счет пошагового вращения зубчатого колеса. Регулятором хода управляет таймер, который обеспечивает нужную скорость хода часов.
Ход старинных механических часов регулировался балансиром, который состоял из перекладины с противовесами с обоих концов, что крепилась на вертикальном стержне. Балансир раскачивался в перед назад, его колебания передавались на регулятор хода, и тот регулировал скорость вращения механизма.