Чем измеряют время прибор
Часы (прибор)
Часы́ — инструмент для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов, в единицах, меньших чем одни сутки.
Основное применение часов — временная ориентация в течение суток. При помощи часов возможно планировать свою деятельность, измерять длительность различных событий, промежутков между ними, определять продолжительность положения во временном процессе от какой-либо точки отсчёта до момента измерения, то есть вести учет количества прошедших эталонных событий и т. д.
Содержание
Классификация
По размерам и портативности:
По механизму измерения:
Солнечные часы
Эти часы основаны на том, что солнце отбрасывает тень от предметов, и его путь по небу одинаков в одинаковые дни разных лет. Используя расчерченный круг и поправки на широту местности можно оценить который сейчас час.
Водяные часы
Водяные часы или клепсидра. Основа механизма как у песочных часов.
Примечание: водяные, песочные и огненные часы не являются часами в обычном понимании, так как они не показывают текущее время и не предназначены для точного измерения произвольно взятых интервалов времени, строго говоря, они являются таймерами, т. е. воспроизводят заданные временные отрезки.
Песочные часы
Эти часы основаны на том, что точно откалиброванный речной песок проходит через узкое отверстие, в 1 песчинку, в одинаковые промежутки времени. При этом люди быстро догадались использовать 2 полости, соединённые узким перешейком с отверстием для пересыпания песка. Половинки стеклянного сосуда имели форму чаши и предназначались для измерения небольших промежутков времени, но имели недостаток: после пересыпания песка из верхней полости в нижнюю их приходилось переворачивать.
На флоте песочные часы назывались склянками.
Огненные часы
Огненные часы впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон.
Впоследствии разновидность огненных часов появилась и в Европе. Здесь использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.
Механические часы
У всяких механических часов нужно различать четыре существенных части:
Измерителем времени в тесном смысле слова служит регулятор. Зубчатые колёса, скреплённые с ними стрелки циферблата — счётчики отмеренных регулятором единиц времени. Признавая суточное вращение земли вокруг её оси строго равномерным, мы в нём имеем единственный масштаб для сравнения промежутков или единиц времени. Обыкновенно за единицу времени принимается секунда, 1/86400 часть суток. О различном счёте времени, о звёздных, средних, истинных сутках — см. Время.
Регуляторы часовых механизмов устраиваются так, чтобы отмеряемые ими промежутки времени равнялись или целой секунде, или половине, четверти или одной пятой секунды. Если регулятор начнёт почему-либо отмеривать меньшие промежутки времени, счётчик укажет большее их число в данном периоде времени. Часы, как говорят, уходят вперёд; обратно — при отставании. Условившись о начальном моменте суток, иначе говоря, о моменте, когда счётчик часов должен показывать нуль протёкших единиц времени, приходим к понятию о поправке часов. Она положительна, если часы отстали, отрицательна — если ушли вперёд. Изменение поправки часов за определённый промежуток времени называется ходом часов (например, суточный, недельный, часовой ход). Ход положителен, если часы отстают, отрицателен, если часы уходят вперёд. Ход выражает собой именно уклонение отмеряемых регулятором промежутков времени от принятой единицы. Поправка часов есть величина условная и, кроме того, в любой момент простым передвижением минутной стрелки счётчика поправка часов может быть сделана меньше одной минуты.
Достоинство же часов заключается в малости, а главное — в постоянстве хода. Ход хороших астрономических часов и хронометров должен по возможности не зависеть от изменений температуры, давления, влажности воздуха, случайных толчков, стирания осей механизма, сгущения смазывающего масла, молекулярных изменений в различных частях механизма и т. д. Астрономические часы делятся на два главных типа:
Часовые механизмы первого типа называются в астрономии «часами» в тесном смысле слова или «маятниками». Они находятся на обсерваториях при постоянных астрономических инструментах (см. Практическая астрономия), укреплены на каменных столбах или в стене; часто помещают часы в подвале обсерватории, чтобы предохранить по возможности от перемен температуры («нормальные» часы). Подвал посещают только для заводки часов, так как даже теплота тела может повлиять на их ход. Показания же часов, то есть «удары» маятника (всегда секундного), сравнивают с другими часами с помощью микрофона, установленного в подвале и соединённого с телефоном (это выражение, хотя и общепринято, но совершенно неверно. Удары «тиканье» производит не маятник (регулятор), а механизм спуска). При надлежащей установке и уходе «постоянные» астрономические часы должны иметь суточный ход не более 0,3 с, а его суточные изменения не должны превосходить одной сотой секунды.
Часовые механизмы второго типа называются хронометрами. Различают «столовые», или бокс-хронометры (размеры их примерно 1½—2 децим. диаметром, 1 децим, высотой; одно простое колебание баланса длится ½ секунды), и карманные хронометры (размер общеизвестный; обыкновенно так наз. четыредесятники, то есть полное двойное колебание баланса длится 0,4 секунды, простое колебание — 1 /5 секунды). Качества карманных хронометров в среднем чувствительно ниже качеств столовых. Хронометры служат при определении географических положений мест, при работах переносными астрономическими инструментами (см. Практическая астрономия), при определении времени и долготы в море и т. д. Столовые хронометры на кораблях помещаются на привесе Кардана. Постоянные часы («маятники») почти исключительно, а хронометры в большинстве случаев регулируются на секунды звёздного времени — т. н. «звёздные» часы и хронометры. Реже употребляются «средние» хронометры (то есть идущие по среднему времени). Выбор обусловлен удобством наблюдений или их обработки для тех или других задач астрономов.
В часах и хронометрах астрономами ценятся ещё определённые, но не резкие и без лишних шумов удары («тиканье»). Как лучших мастеров астрономических часов или хронометров нужно назвать Кессельса, Пиля, Дента, Тиде, Ховю (Howüh), Кноблиха, Фродшэма, Нардэна. Творцы «высшего» часового искусства и часовых механизмов XX века: Пётр Леруа, Гаррисон, Грахам, Дютертр, Арнольд, Берту, Юргенсен.
Кварцевые часы
Разновидность электронно-механических часов. Принцип действия основан на пьезоэлектрическом эффекте, свойстве кристаллов кварца, например, деформироваться под воздействием внешнего электрического поля, а также поляризоваться при механической деформации. При этом кристалл кварца, обладая маленькими размерами, может в значительно большей мере стабильно генерировать колебания, имеющие высокую временную и температурную стабильность. Механизм кварцевых часов состоит из элемента питания, электронного генератора, счетчика делителя и выходного каскада усилителя, нагруженного на катушку синхронного электромотора, который через систему зубчатых колес приводит в движение стрелки часов.
Время и его измерение
Крайне рекомендую к просмотру или прослушиванию видеоролик (ниже). Уверен, многого Вы не знаете :), некоторые студенты пятого курса, к примеру, не знают о причине смены времён года.
Что было до появления маятниковых часов?
Песочные часы
Песочные часы – это два полукруглых сосуда, соединенных тонкой перемычкой с отверстием внутри. Устройство расположено вертикально, закреплено в прочном корпусе. По внешнему виду напоминают «восьмерку».
Первые песочные часы появились более 1000 лет назад. Исторически не установлено кто именно их создал. Известно, что древнегреческий ученый Архимед предложил отмерять промежутки времени, пересыпая равномерно песок из одного непрозрачного стеклянного сосуда в другой.
Недостатки:
Можно было измерять малые промежутки времени от 15 до 30 минут.
Необходимо постоянное присутствие человека, который ведет подсчет временных интервалов и переворачивает часы, когда верхняя колба опустошается.
На точность измерения времени влияла форма колбы, наличие изъянов внутри стеклянной чаши, однородность откалиброванных песчинок.
Суточная погрешность песочных часов составляла 15 – 20 минут.
Огневые часы
Право первооткрывателей огневых часов принадлежит Древнему Востоку. Во время правления первого китайского императора 3000 лет назад уже существовали такие примитивные устройства.
Существуют раные варианты огневых часов:
Свечные
Фитильные
В процессе горения достигались специальные метки, отсчитывающие определённые периоды. К меткам прикрепляли шарики на тонких нитях. Огонь поочередно пережигал крепление элементов, а звон от падения отмерял время.
Лампадные
Недостатки огневых часов:
Невозможность повторного использования некоторых элементов часов.
Длительное изготовление «деталей», тщательная разметка шкалы отсчета «сгораемого» времени.
Эти необычные часы стали причиной возникновения выражения «время истекло», а их название в переводе с древнегреческого означает «крадущая воду». Клепсидра — это прибор для измерения времени, известный со времен Древнего Египта и используемый вплоть до XVII века.
Каков же был принцип действия этих часов? В Древнем Египте, Вавилоне и в Древней Греции вода по капельке вытекала из отверстия в сосуде. И количеством вылившейся воды измерялись временные промежутки. В Китае и Индии, напротив, жидкость постепенно набиралась в пустой полусферический сосуд. Существует поэма, героине которой нужно было замедлить отсчет времени и она бросила в чашу жемчужину, чтобы вода не текла так быстро.
Главный недостаток:
Неравномерность истечения жидкости.
Солнечные часы
Самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца.
Недостаток:
Недостаток:
Маятниковые часы
Интересно, как был откыт закон о периоде колебания маятника.
В 1583 г., имея около двадцати лет от роду, Галилей находился в Пизе, где, следуя совету отца, изучал философию и медицину. Однажды, находясь в соборе этого города, он, со свойственной ему любознательностью и смекалкой, решил наблюдать за движением люстры, подвешенной к самому верху, — не окажется ли продолжительность ее размахов, как вдоль больших дуг, так и вдоль средних и малых, одинаковой; ибо ему казалось, что продолжительность прохождения большой дуги может сократиться за счет большей скорости, с которой, как он видел, движется люстра на более высоких и наклонных участках. И пока люстра размеренно двигалась, он сделал грубую прикидку — его обычное выражение — того, как происходит движение взад и вперед, с помощью биения собственного пульса, а также темпа музыки, в которой он тогда уже был искушен с немалою от того для себя пользой.
И ему на основании таких подсчетов показалось, что он не заблуждается, подсчитав, что времена одинаковы, но не удовлетворенный этим, вернувшись домой, он, чтобы надежнее в этом удостовериться, решил сделать следующее.
Сверх того он сделал два сходных маятника, только достаточно разной длины. Он наблюдал, что, пока малый маятник делал какое-то число колебаний, например 300, по большим дугам, большой за то же время делал всегда одно и то же число колебаний, скажем 40, как по своим большим дугам, так и по совсем маленьким, и повторив это несколько раз, он заключил отсюда, что вполне одинакова продолжительность размахов одного и того же маятника, будут ли они весьма велики или весьма малы, и что почти нет при этом заметных различий, каковые надо приписать помехе со стороны воздуха, который больше противится быстрее движущемуся тяжелому телу, чем медленнее движущемуся.
Он видел также, что ни различие в абсолютном весе, ни разный удельный вес шаров не вызывали заметного изменения — все шары, лишь бы они были на нитях равной длины от их центров до точек подвеса, сохраняли достаточно постоянно равенство (времени) прохождения по всяким дугам; лишь бы не был взят легчайший материал, движению которого в воздухе легче препятствовать, так что оно быстрее сводится к покою.
При фиксированной длине период колебаний маятника не зависит от их амплитуды.
Поучительно, как Галилей следил за временем: при помощи музыки и пульса (кажется, на этот способ первым указал Кардано). Нам, людям XX века, привыкшим к ручным часам, не следует забывать об этих трудностях.
Достаточно точные часы были сконструированы как раз на основе открытого Галилеем свойства маятника. Кстати, в своих лабораторных экспериментах Галилей пользовался для измерения времени одним из вариантов водяных часов.
Упругий маятник позволил уменьшить конструкцию часов сразу до наручных.
Приинцип маятника лёг в основу создания одних из самых точных приборов по измерению времени.
Точный хронометр позволил правильно определять долготы, поэтому в отличие от карты 1492 года
. карты наконец стали похожи на тепершние.
Кварцевый механизм
С середины 20 века был изобретён кварцевый механизм электронных часов.
Теперь такие часы есть везде, как от платы на компьютере, так и в любом сотовом телефоне.
С появлением электронных часов было выяснено, что Земля вращается неравномерно, к примеру, на неё влияет даже одномоментный сброс листвы деревьев лиственных пород осенью!
С 1967 года время создают физики:
К чему такая точность?
Такая точность нужна, к примеру, для навигаторов GPS и Глонасс:
Часы (прибор)
Первое упоминание о механических Ч. содержится в византийской антологии (конец 6 в.). Одни историки приписывают изобретение механических Ч. Пацификусу из Вероны (начало 9 в.), другие ‒ монаху Герберту (впоследствии папа Сильвестр II), якобы в 996 сделавшему гиревые башенные Ч. для г. Магдебурга, которые не были механическими Ч. в современном понимании. Скорее всего это были водяные Ч. с использованием механизмов для приведения в действие дополнительных устройств, например механизма боя Ч., но не отсчёта времени. Достоверно известно, что простые по конструкции механические башенные Ч. были построены в Милане в 1335; в 1348‒64 Донди в Италии создал Ч., которые наряду с отсчётом времени воспроизводили движение Солнца, Луны и пяти планет; в 1354 были установлены Ч. Страсбургского собора с курантами, календарём и движущимися фигурами. В России первые башенные Ч. были сделаны в 1404 в Московском Кремле монахом Лазарем Сербиным; они имели гиревые двигатели, механизм боя, планетарный механизм. В 15‒17 вв. башенные Ч. начали устанавливать во многих городах России.
В 14 в. появились первые механические Ч. со шпиндельным спуском ( рис. 3 ). По сравнению с водяными Ч. шпиндельные Ч. были более совершенными, но всё же точность их хода не превышала 0,5 ч в сутки; до 16 в. они имели одну лишь часовую стрелку. Около 1510 нюрнбергский механик П. Хенлейн впервые применил вместо гирь стальную пружину и создал карманные Ч. со шпиндельным механизмом. Из-за несовершенства пружин и самого шпиндельного механизма, не имеющего собственного периода колебаний, показания этих Ч. сильно зависели от степени заводки пружины. В 1525 Я. Цех из Праги предложил фузею, или улитку, ‒ приспособление для выравнивания усилия пружины во времени, что позволило повысить точность пружинных Ч. Шпиндельные Ч., хотя и имели невысокую точность, отличались высокой надёжностью и просуществовали до конца 19 в.
В России в 18 в. над совершенствованием Ч., в частности спускового механизма и способов температурной компенсации, работали выдающиеся механики Кулибин, Т. И. Волосков, инженер Л. Сабакин. Кулибин создал ряд уникальных Ч., в том числе хранящиеся в Эрмитаже Ч. в форме яйца, с фигурами, автоматически выполняющими во время боя сложные движения; карманные планетарные Ч. с семью стрелками, показывающими часы, минуты, секунды, дни недели, месяцы, фазы Луны, восход и заход Солнца. В 19 в. в России успешно работали над совершенствованием Ч. механики Д. И. Толстой, И. П. Носов; часовщики братья И. Н. и Н. Н. Бутеноп в 1851‒52 полностью реконструировали куранты Спасской башни Московского Кремля (см. Кремлёвские куранты ).
Первые попытки применения электрических устройств в Ч. относятся к 30‒40-м гг. 19 в. Первоначально получили распространение электромеханические маятниковые и балансовые Ч., в которых завод осуществлялся с помощью электромагнита, электродвигателя и т.д. Большое значение для дальнейшего развития электромеханических Ч. имели работы швейцарских часовщиков М. Гиппа и Л. Бреге, создавших Ч. с электроприводом. В электромеханических Ч. с электроприводом источник питания через контакты, управляемые маятником или балансом, периодически подключается к приводу, в результате чего в спусковом регуляторе устанавливаются автоколебания. Роль двигателя таких Ч. выполняет сама колебательная система, движение которой с помощью спец. механизма преобразуется в прерывистое вращательное движение стрелок.
До середины 20 в. электромеханические Ч. были в основном крупногабаритными, маятникового, реже балансового типа. На усовершенствование конструкции малогабаритных, и прежде всего наручных, электромеханических балансовых Ч. значительное влияние оказало появление малогабаритных и энергоёмких источников тока, миниатюрных контактов. В начале 50-х гг. 20 в. появились балансовые наручные электромеханические Ч., выпущенные фирмами во Франции ‒ «Лип» (Lip), в США ‒ «Гамильтон» (Hamilton), электрическая цепь которых при подаче импульса балансу замыкалась механическими контактами.
Замена механических контактов электронными ключами на транзисторах, туннельных диодах, интегральных микросхемах решила проблему повышения надёжности электронно-механических Ч. Современные наручные электронно-механические балансовые Ч. имеют точность хода ╠15 сек в сутки, потребляют около 10 мка от источника тока напряжением 1,3‒1,5 в. Такие Ч. с традиционными колебательными системами (осцилляторами) ‒ маятником или «баланс ‒ спиралью» ‒ в отличие от контактных Ч. иногда называют бесконтактными. Быстродействие электронных устройств и возможность управлять ими при малых амплитудах осцилляторов обусловили развитие камертонных и кварцевых Ч., обладающих высокой точностью.
Кварцевые наручные Ч. получили распространение благодаря возможностям современной технологии изготовления полупроводников и созданию интегральных микросхем. Ч. с электронной схемой и цифровой индикацией на жидких кристаллах или светодиодах называются электронными. Электронная часть этих Ч. содержит, кроме кварцевого генератора, делители частоты (счётчик), дешифраторы ( рис. 7а ). В СССР выпускаются (1977) кварцевые часы как со стрелочной, так и с цифровой индикацией ( рис. 7б ).
Для согласования показаний группы Ч. применяются системы единого времени. Они состоят из первичных высокоточных Ч. и группы вторичных Ч., соединённых с первичными каналами связи. Первичные Ч. управляют работой вторичных Ч., которые могут быть обычными электромеханическими Ч. или счётчиками электрических импульсов. Для повышения точности и надёжности системы единого времени вторичные Ч. часто делают автономными (самостоятельно идущими), ход которых периодически корректируется или синхронизируется сигналами точного времени от первичных Ч.
Лит.: Аксельрод З. М., Теория и проектирование приборов времени, Л., 1969; Дроздов Ф. В., Приборы времени, М., 1940; Баутин Н. Н., Динамические модели свободных часовых ходов, в кн.: Памяти А. А. Андронова, М., 1955; Шполянский В. А., Чернягин Б. М., Электрические приборы времени, М., 1964; Константинов А. И., Флеер А. Г., Время, М., 1971; Andrade J. F. С., Horlogerie et chronométrie, P., 1924; Defossez L., Théorie générale d▓horlogerie, t. 1, Le Chaux-de-Fonds, 1950; Haag J., Les mouvements vibratoires, t. 1. P., 1952.
В. И. Денисов, Б. М. Чернягин.
Приборы для измерения времени
Измерение времени на судне необходимо для решения навигационных, астрономических, эксплуатационных задач.
На судах морского и внутреннего водного транспорта используются следующие системы времени.
Для измерения времени применяются различные приборы.
Морской хронометр
Поправка хронометра (разность между Тгр и показанием хронометра) определяется по радиосигналам точного времени и каждые сутки фиксируется в специальном журнале.
Палубные часы. Устанавливаются по гринвичскому времени, и при отсутствии на судне хронометра, выполняют его функцию. Механизм часов имеет повышенную точность. Циферблат разбит на 12 делений и имеет часовую, минутную и центральную секундную стрелки.
Кроме указанных приборов, на судах применяются наручные часы и секундомеры, назначение и устройство которых известно каждому.
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИН И СКОРОСТИ
Ручной лаг
Лагом называется прибор, предназначенный для измерения скорости хода и пройденного судном расстояния.
Лаги бывают ручные, механические, электромеханические и гидродинамические. На маломерных судах может быть использован ручной лаг.
Ручной лаг состоит из троса — лаглиня, разбитого на равные отрезки по 14,6 м, и буйка. Разбивку лаглиня начинают с расстояния в полторы-две длины корпуса судна от буйка. В этом месте вплескивают (вплетают) красный флагдух и далее равные отрезки лаглиня отмечают узелками. Схема разбивки лаглиня показана на рисунке.
Лаглинь изготовляется из бельного растительного троса толщиной 25 мм. Трос прикрепляется к буйку-сектору, который удерживается водой судна. 
Сектор изготовляется из дубовой доски толщиной 15 мм. К нижней его кромке крепится свинцовая пластинка, придающая сектору в воде вертикальное положение. Скорость судна определяется по времени и количеству вытравленного (выпущенного за корму) лаглиня. Если за 0, 5 мин. будет вытравлено лаглиня от красного флагдуха до первого узелка, это значит, что судно идет со скоростью 1 узел, если вытравлено лаглиня до второго узелка — со скоростью 2 узла и т. д.
Секундомер включается в момент прохода красного флагдуха за срез кормы судна. Ровно через 30 сек. лаглинь задерживается и по количеству узелков, петель и концов определяется скорость судна. Указанным способом можно измерять скорость до четырех-пяти узлов.
Если судно идет с большей скоростью, то время измерений сокращают в два раза (15 сек. вместо 30), а полученный результат умножают на два, чтобы получить скорость судна в узлах.
Механический лаг представляет собой прибор, состоящий из вертушки, линя и счетчика. вертушка буксируется судном на лине, и, в зависимости от числа оборотов вертушки, на счетчике показывается пройденное расстояние в милях. Имеются модели счетчика, которые помимо расстояния показывают и скорость судна в узлах, которая определяется по числу десятых долей мили, пройденных за 6 минут.
Вертушечный лаг имеет вертушку (турбинку) типа мельничного колеса или турбинки (небольшого винта), частота вращения которой с помощью электронных средств или механических передается на дистанционный указатель скорости и пройденного расстояния. Вертушка устанавливается ниже уровня ватерлинии с креплением к корпусу (днищу) судна. Это обстоятельство имеет преимущество перед механическим лагом, который из-за бусирующего линя не может применяться в местах интенсивного движения судов.
Гидродинамический лаг. В основу работы этого лага положено измерение скоростного напора воды с помощью так называемой трубки Пито и мембраны. Во время стоянки судна на мембрану с обеих сторон действует равное статическое давление воды. С началом движения на мембрану снизу начинает воздействовать скоростное давление, пропорционально квадрату скорости натекания воды, т.е. скорости хода судна. При этом мембрана начинает прогибаться вверх и через шток передавать свое давление стрелке. Угол отклонения стрелки от первоначального положения пропорцианален скорости хода судна. Для измерения пройденного расстоянния используется электромеханическая схема, которая автоматически подсчитывает пройденное расстояние.
Гидродинамические лаги измеряют скорость хода судна более точно, чем механические и электромеханические, но из-за выдвижной трубки Пито могут быть повреждены при плавании на мелководье.
Ручной лот
Лотом называется прибор, с помощью которого измеряют глубины под днищем судна. Навигационные лоты различных типов предназначены для измерения глубин в 500 м и более. Лоты бывают ручные, механические и ультразвуковые (эхолоты). 
Ручной лот предназначен для измерения глубин не свыше 40—50 м при скорости судна мене 3 узлов. Лот состоит из гири (1) и лотлиня (4). Гиря представляет собой свинцовую пирамиду весом 3—5 кг, в нижнем основании которой сделана выемка. Гиря крепится с помощью ушка (2). К верхней части гири крепится небольшая проволочная стропка, обшитая кожей. Кожа предохраняет лотлинь от перетирания и обрыва. К стропке крепится трос-лотлинь длиной 52 м из пенькового линя или плетеного фала толщиной 20—25 мм. Рекомендуется выбирать такой трос, чтобы вес троса длиной 52 м не превышал веса гири, иначе будет трудно определить момент касания гирей грунта и точно измерить глубину моря.
Перед разбивкой трос сначала вымачивают, вытягивают, затем просушивают. Сама гиря и стропка в разбивку лотлиня не входят. В местах разбивки в трос вплесниваются марки из кожи и цветных флагдуков по схеме:
В каждой пятерке маркировка на метры выполняется по схеме: