V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
У каждого времени свои часы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Часы - распространенная и всеми известная вещь. Без часов никак не обойтись, они с нами повсюду. Мы живем в современном мире, где на счету каждая минута. Часы у нас на руке и в кармане, дома и на улице, часы в школе и в магазинах, на вокзале, в автомобиле, часы на самолете и на подводной лодке, часы в телефоне и на компьютерах.
Часы – это прибор, который измеряет и показывает время.
Мы настолько привыкли к существованию часов, что порой их не замечаем. И на крылатую фразу «берегите время» мы не всегда обращаем внимание. И может быть, я сама никогда об этом не задумалась, если бы мы на уроке окружающего мира мы не изучали тему «Время и часы». Мне стало интересно: Неужели когда–то часов на самом деле не было? Неужели никто не спрашивал «который сейчас час»? Как же люди определяли время раньше?
Цель работы: изготовление часов удобных для меня своими руками.
Задачи исследования:
1. Изучить теоретический материал о часах;
2. Познакомиться с разными видами часов, и выявить в какие времена они были актуальны.
3. Выяснить, какой из видов часов более удобен для точного определения времени.
История ЧАСОВ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ
Еще задолго до изобретения современных часов люди пытались измерять время. Очень долго в монастырях время определялось по количеству прочитанных молитв. Человек мог ориентироваться на растения. Все дело в том, что цветы раскрываются и закрываются в строго определенное время.
Время определяли по пению птиц, по рассветам и закатам. Даже в современном мире мы часто используем в своей речи такие выражения: «на закате», «в сумерки», «на рассвете», «в полдень». История часов достаточно длинная, она насчитывает много столетий. Само слово «часы» вошло в обиход приблизительно 700 лет назад, в 14 веке. Это слово произошло от латинского слова «clocca», означавшего звонок.
Существует множество видов часов:
- солнечные часы;
- огненные часы;
- песочные часы;
- водяные часы.
По часовому механизму:
- механические часы;
- кварцевые часы;
- электронные часы.
Бытовые:
- настенные;
- наручные;
- карманные;
- напольные.
Технические:
- морские;
- авиационные;
- автомобильные.
2.1 СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ
Солнечные часы стали использовать около 5,5 тысяч лет назад, в 3500 году до нашей эры.
Однажды в Древнем Вавилоне люди обратили внимание на тень, что падала на землю от дерева. Присмотрелись и заметили, что тень не стоит на месте, а движется вслед за солнцем. Кончился день, солнце сделало по небу круг, и тень тоже круг пробежала. Смотрел человек, смотрел, как тень по кругу бегает, и вот что придумал: вкопал в землю столб, а вокруг столба круг начертил. Подумал, посчитал и разделил круг на части. Каждая часть равнялась одному часу. Взошло солнце, и тень от столба медленно двинулась по кругу, отмечая час за часом. Именно тогда были придуманы солнечные часы. Это была обычная палка, воткнутая в землю. Вокруг нее рисовали шкалу времени – круг, разделенный на равные участки. Тень – стрелка. Правда на циферблате тогда еще не было цифр, и стрелка была всего одна, да и работали часы только в солнечные дни, но все равно польза от них была огромная. Считалось, что солнечные часы самые надежные, ведь они никогда не убегают и не опаздывают.
Вряд ли вы были бы довольны своими часами, если бы они шли только в ясную погоду, а ночью и в плохую погоду стояли. А между тем, солнечные часы вели себя именно таким образом.
Солнечные часы существовали очень долго, они были очень простые, но не совсем удобные – ими можно пользоваться только в течение светового дня.
Солнечные часы, как человеческая душа, хорошо работают только, когда
светло. Поэтому неудивительно, что люди продолжили искать новые способы измерения времени.
2.2 ВОДЯНЫЕ ЧАСЫ
Как часто мы слышим выражение «сколько воды утекло». Какой смысл здесь скрыт? Оказывается, когда-то люди догадались, что время можно измерять с помощью воды. Например, если наполнить водой самовар и приоткрыть кран, вода вытечет. Предположим для этого нужно час времени. Если мы, не трогая кран, снова нальем в самовар воды, столько же, сколько раньше, она вытечет в то же самое время – не в полчаса и не в полтора часа, а ровно в час. Значит самоваром можно пользоваться как часами. Для этого надо только каждый раз, когда он опустеет, наполнять его снова.
Считается, что самым старым водяным часам около трех с половиной тысяч лет. Только, конечно, воду наливали не в самовар – самоваров тогда не было, - а в высокий конусообразный сосуд с отверстием около дна. Такие часы показывали время и днем и ночью, и даже в плохую погоду, нужно было не забывать только воды подливать.
В древности в некоторых восточных городах существовали городские водяные часы. На ступеньках каменой лестницы один под другим стояло несколько сосудов. Наполняли водой верхний сосуд и вода, через небольшое отверстие выливалась из него во второй сосуд, из него в третий и т.д. Служитель, наблюдавший за часами, через определенное время оглашал который идет час.
Не могли, например, обходиться без часов судьи. Чтобы не затягивать
судебного заседания, они назначали каждому, кто хотел произнести речь, определенное время. А для этого нужны были часы. Судьи пользовались водяными часами самого простого устройства. Это был сосуд с отверстием на дне, из которого вода выливалась приблизительно в четверть часа.
Таким образом, время в водяных часах измерялось количеством воды, вытекавшей капля за каплей из отверстия в сосуде. « Ваше время истекло», - говорят и сегодня докладчику.
2.3 ОГНЕВЫЕ ЧАСЫ
Более удобными и не требующими постоянного надзора, были огневые (огненные) часы. Наши предки подметили, что равномерно горящее пламя за равное время потребляет всегда одно и то же количества масла или воска. Тогда стали использовать свечи, масляные лампы, фитили для измерения времени или шнурки с узелками. Когда пламя доходило до узелка, проходил определенный промежуток времени.
Высказывание «прожигать время» связано именно с «огненными часами».
Огневые (огненные) часы впервые появились в Китае. Примерно три тысячи лет назад Фо-хи, - первый император, создал первые огневые часы, чтобы с их помощью измерять дневное и ночное время. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя громкий звон. Звук удара отсчитывал время. Такие палочки или спирали могли гореть месяцами, не требуя обслуживающего персонала.
Наиболее типичные для Китая фитильные часы имели форму дракона, в хребте которого был специальный держатель для палочки.
Были в ходу и свечи с отметками, по которым можно было узнавать время, пока свеча горела. Когда свеча сгорала до определенной насечки, это означало, что прошел час. В одно время эти часы стали такими популярными, что на вопрос: «Сколько времени?», отвечали: «Три свечи» или «Одна свеча».
В Европе использовали простые свечные часы, которые также освещали жилища знати в ночное время. При королевских дворах в IX — XIV веках свечи тщательно отбирались с тем, чтобы все они горели одинаково. Сбоку их размечали чёрточками, и в любой момент было видно, сколько времени «прожжено». Ночь обычно разделяли на три свечи и сказать, что сейчас две свечи, было все равно, что сказать: прошло две трети ночи.
2.4 ПЕСОЧНЫЕ ЧАСЫ
Еще один прибор для измерения времени - песочные часы. Они ровесники водяных часов и даже похожи на них. Только вместо воды песочные часы наполнялись песком.
Песочные часы - это два прозрачных сосуда, соединенных узкой горловиной. Один из них частично заполнен песком. Время, за которое песок через узкое горлышко пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких минут.
Чтобы такие часы «ходили», их надо время от времени переворачивать, чтобы песок из верхней склянки пересыпался в нижнюю, а потом наоборот. Если водяные часы могли показывать время целый день и даже больше, то песочные часы действовали всего несколько минут. Необходимо сказать, что точность песочных часов зависела от качества песка. Простой песок не годился. Приготовление песка для таких часов в старину считалось делом, требующим особого умения. Рецепты его приготовления хранили в строжайшем секрете. Песок кипятили в лимонном соке, потом сушили, просеивали и снова кипятили. И так девять раз.
Рыцари на турнирах использовали песочные часы. Схватка заканчивалась, когда песок из верхней части пересыпался в нижнюю.
Несомненным достоинством песочных часов являлась их простота, надежность, низкая цена и возможность пользоваться в любое время дня и ночи. Все это способствовало их повсеместному распространению.
Недостатком был сравнительно короткий интервал времени, который можно было измерить, не переворачивая эти часы. Обычно они рассчитывались на работу в течение получаса или часа.
Песочные часы служат нам до сих пор. В настоящее время песочные часы используются при проведении некоторых врачебных процедур, в фотографии, также в качестве сувениров. В отделах игрушек в детских магазинах можно часто увидеть в продаже песочные часы. Песочные часы для детей это развивающая игрушка.
2.5 ЦВЕТОЧНЫЕ ЧАСЫ
Однажды люди заметили, что разные растения открывают и закрывают бутоны цветков в определенное время. Так были созданы цветочные часы. Они с успехом использовались, как в Греции, так и в Древнем Риме. Славяне устраивали такие часы у святилищ Числобогу, по славянской мифологии отвечающего за течение времени.
Известный биолог Карл Линней (1707-1778) открыл и изучил явление, которому дал название "сон цветов". Он долго наблюдал за тем, как "просыпаются" и "засыпают" цветки. Изучая эти ритмы, ученый установил их закономерности у разных растений и нашел для своих наблюдений практическое применение.
Однажды в его саду появилась необыкновенная клумба. На ней были посажены растения, которые распускались и закрывались в строгой очередности и последовательности. "Циферблат" этих своеобразных часов был разбит на ряд секторов, в каждом из которых высаживались определенные виды растений. Такие часы без стрелок и цифр тем не менее работали безошибочно и без перерыва. Каждый час распахивал лепестки какой-нибудь цветок, другие же в это время оставались закрытыми. Эти необычные часы были гордостью хозяина и немало удивляли многочисленных гостей ученого. С легкой руки Карла Линнея часы-клумбы появились во многих городах Европы. Однако в каждой конкретной местности цветочные часы показывают время по-разному. Это вызвано как географическими, так и экологическими факторами.
Таким образом, определять время по цветочным часам можно только в ясные солнечные дни.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЧАСОВ ПО ЧАСОВОМУ МЕХАНИЗМУ
Часы различаются и своим внутренним составляющим – часовым механизмом. Часовой механизм бывает двух видов – механический и кварцевый.
3.1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
С развитием науки и техники появилась потребность в более точном измерении времени. На смену песочным, водяным, огневым часам пришли «колесные часы», впоследствии переименованные в механические.
Первые механические часы не имели циферблата и способны были лишь подавать звуковые сигналы через определенные отрезки времени.
Настоящие механические часы появились в XIII веке в Европе. Они еще не были достаточно надежными, поэтому приходилось постоянно проверять время по солнечным часам. Чтобы запустить такие часы, приходилось поднимать очень тяжелую гирю на значительную высоту. Механические часы развивались не менее пяти веков. Первоначально они долго имели лишь одну стрелку - часовую. Гораздо позже появилась минутная, а спустя 60 лет и секундная стрелка. В современных механических часах источником энергии служит спиральная пружина. При заводе часов пружина закручивается, а при раскручивании пружина приводит в движение барабан, вращение которого приводит в движение весь часовой механизм.
Первые механические часы в России появились в XV веке. Любопытно то, что на часах того времени вместо цифр на циферблат были нанесены буквы... Знаменитые часы на Спасской башне установили в 1624 г. А в конце XVI века было сделано открытие. Молодой ученый Галилео Галилей, наблюдая за движением самых разных лампад в Пизанском соборе во время богослужения, установил, что ни вес, ни форма лампад, а лишь длина цепей, на которых они подвешены, определяет периоды их колебаний от ветра, врывающегося в окна. Ему и принадлежит идея создания часов с маятником. На протяжении двадцатого века интерес к усовершенствованию часового механизма не только не ослабевал, но и позволил в десятки раз увеличить точность хода. Революционным прорывом стало изобретение в 1968 году кварцевого механизма для наручных часов - из престижного товара часы превратились в массовый и недорогой продукт, а точность, которая была ранее атрибутом лишь дорогих фирменных марок, стала доступной всем.
3.2 КВАРЦЕВЫЕ ЧАСЫ
Первые кварцевые часы были выпущены в 1961 году. В 1978 году американская компания «Хьюлетт Паккард» впервые выпустила кварцевые часы с микрокалькулятором. На нём можно было совершать математические операции с шестизначными числами. Его клавиши нажимали шариковой ручкой. Размер этих часов составлял несколько квадратных сантиметров. Кварцевые часы — часы, в которых в качестве колебательной системы применяется кристалл кварца. Выражение «кварцевые часы» обычно применяется только к электронным часам со стрелками.
Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ±15 секунд/месяц. Таким образом, выставлять их надо дважды в год. Однако кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают, как правило, спешить.
3.3 ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ
Первые часы с цифровой индикацией времени были созданы в 1971 году. Таким образом, закончилась длившаяся более 500 лет эпоха отображения времени при помощи стрелок. На электронных часах время отображается на дисплее в виде цифр. Электронные часы стали почти обязательным элементом таких устройств как радиоприёмники, телевизоры, видеомагнитофоны, компьютеры, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты. Электронные часы обязательно должны получать электрическое питание, это может быть как сеть, батарейки или аккумуляторы. Всё зависит от того, какой размер табло (экрана), на который выводятся текущие показатели.
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В течение всего дня я смотрю на часы, чтобы вовремя осуществить все планы на день и никуда не опоздать. Я должна обязательно знать, когда начинаются и заканчиваются мои уроки, когда мне нужно идти на занятия и кружки, когда я смогу посмотреть любимые мультфильмы и просто отдохнуть. Изучив материал, я поняла, что каждой эпохе времени соответствовали разные часы. Рассмотрим изготовления разных видов часов.
1. Изучив теоретический материал, я узнала, что разновидностей солнечных часов множество. Для изготовления солнечных часов в интернете я нашла готовые чертежи для самостоятельного изготовления из бумаги (рис. 7). По несложной схеме у меня получилось сделать три вида солнечных часов: экваториальные (рис. 8, 9), полярные (рис. 10), горизонтальные (рис. 11). Главными элементами в солнечных часах являются гномон и кадран (циферблат). На кадране наносятся деления часов, гномон, отбрасывая тень от солнца на кадран, показывает текущее время. Все солнечные часы ориентируются по северному полюсу, т.е. направление гномона должно совпадать с направлением стрелки компаса на северный полюс или полярную звезду. Так же для достоверного определения времени необходимо, что бы угол наклона гномона был равен углу широты той местности, в которой определяется время. Для города Ижевска угол наклона составил примерно 56 градусов в сторону северного полюса. К сожалению, у меня не получилось определить достоверное время из-за пасмурной погоды.
Вывод: пользоваться солнечными часами возможно не всегда, так как не всегда мы наблюдаем солнце на небе (в пасмурную и дождливую погоду, ночью, вечером, зимой ночь гораздо длиннее, а день, короче). В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются и являются лишь декоративным украшением.
2. Для рассмотрения песочных часов я взяла часы, которые называются «перчатка» и используются в основном в больницах (рис. 12). Мне стало любопытно, смогу ли я сама из подручных средств изготовить свои песочные часы. Для этого я взяла две пластиковые бутылочки для воды, предварительно просушив их. Склеила между собой крышки от бутылок, Папа помог мне проделать отверстие в центре склеенных между собой крышечек, через которое будет пересыпаться песок. Подходящего песка я не нашла, поэтому я заменила его манной крупой, она оказалась достаточно мелкой для нормальной работы устройства. Проведя несколько измерений, опытным путем установили необходимое количество крупы для отрезка времени равного 3 минутам. Теперь у меня есть песочные часы собственного изготовления, ничем, на мой взгляд, не уступающие тем, что используются в больницах (рис. 13). Но, к сожалению, показывать достоверное время, когда это необходимо, песочные часы не могут.
Вывод: недостатком песочных часов является то, что требуют постоянного присутствия человека и их приходится постоянно переворачивать.
3. Для изготовления огненных часов я приготовила две одинаковых свечи, зажгли одну из них и по таймеру стали отсчитывать отрезок времени, равный 15 минутам. Так проделали 4 раза, отметив на свече отрезки времени в сумме равные одному часу (рис. 14). К сожалению и в этом случае столкнулись с проблемой определения достоверного времени.
Вывод: данные часы являются источником открытого огня, также требуют постоянного присутствия человека и соблюдения техники пожарной безопасности, к тому же свеча сгорает и ее невозможно восстановить.
4. Для изготовления водяных часов решили отказаться от варианта, изображенного на рисунке 2, в пользу варианта с двумя емкостями, как в песочных часах, потому как такое устройство не требовало периодического подливания воды. Взяв две пластиковые бутылочки для воды, я склеила между собой крышки от бутылок (рис. 15), так же Папа помог мне проделать отверстие в центре склеенных между собой крышечек и казалось бы вот водяные часы готовы. Но возникла проблема перетекания воды. Поверхностное натяжение воды и разряжение воздуха в верхнем объеме бутылочки не позволяло свободно перетекать воде из верхней бутылочки в нижнюю. Тогда Папа предложил модифицировать склеенные между собой крышки, добавив две разнонаправленные трубки. В качестве трубок подошли пустые стержни от шариковых ручек (рис. 16). В таком виде водяные часы прекрасно заработали, вода из верхней бутылочки тонкой струйкой перетекает в нижнюю (рис. 17). К сожалению, такое устройство водяных часов обладает теми же недостатками, что и песочные часы.
Вывод: недостатком водяных часов является то, что требуют постоянного присутствия человека и их приходится, так же как и песочные, постоянно переворачивать.
С развитием науки и техники появилась потребность в более точном измерении времени. На смену песочным, водяным, огненным часам пришли механические и электронные часы.
5. Рассмотрев изготовления разных видов часов и оценив их достоинства и недостатки, мне очень захотелось сделать свои необычные часы, которые были бы лишены этих недостатков. Часы должны быть оригинальными, компактными, в любой момент показывать достоверное время, не требующие постоянного присутствия человека. Современная промышленность производит различные комплектующие для производства часов, в том числе для самостоятельного изготовления. Я остановила свой выбор на электромеханическом варианте часов с часовой, минутной и секундной стрелками, работающих от «пальчиковой» батарейки. В качестве циферблата мне пришла идея использовать сувенирную тарелку. Папа помог просверлить отверстие в центре тарелки (рис. 18), после чего часовой механизм был смонтирован на тарелке и установлены стрелки (рис. 19). С помощью распечатанного на принтере и вырезанного из бумаги многоугольника, сделала разметки для цифр часовых делений (рис. 20). С Мамой мы подобрали очень красивые и стильные наклейки – цифры, после чего я их наклеила на тарелку (рис. 21), смонтировала секундную стрелку и установила батарейку в часовой механизм. Часы приобрели завершенный вид, ура!!! (рис. 22). Часы на мой взгляд получились очень стильными и привлекательными, но они так же имели недостаток. В сутках 24 часа, а в одном часе 60 минут. На циферблате часов, которые мы изготовили, имелось лишь 12 часовых делений, обозначенных цифрами с 1 по 12. Мне стало понятно, что по этим часам мне не совсем удобно определить показания часов, в зависимости от времени суток (утро, день, вечер, ночь). Мы с Папой придумали специальный циферблат, по которому можно определять правильное время в сутках. Для этого на компьютере смоделировали циферблат, распечатали на принтере и наклеили на плотный картон (рис. 23). После чего, установили сам часовой механизм со стрелками. Получились простые, внешне ни чем не примечательные часы, но обладающие явным достоинством. При правильном использовании данных часов, очень удобно определять время в сутках. Такие часы, на мой взгляд, будут отличным помощником детям, в приобретении навыка правильно определения времени по классическому циферблату.
Вывод: электронные часы с электронным табло широко распространены и повсеместно используются в нашей жизни. Они очень практичны, например, при проведении разных спортивных соревнований. Однако классический циферблат еще долго будет использоваться в нашей повседневной жизни. Часы с таким циферблатом, благодаря красоте и изяществу различных форм, широко применяются в дизайне и проектировании интерьеров и экстерьеров.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Изучив теоретический материал и изготовив различные виды часов, мы достигли поставленной цели и выяснили, что в наше время удобно пользоваться современными часами.
Я убедилась в том, что время можно определить не только с помощью часов, но и по солнцу, с помощью свечки и по уровню воды. Каждому времени и каждой эпохе соответствовали свои открытия и свои часы!
Таким образом, если бы на Земле не было часов, то всё пошло бы «кувырком», не было бы порядка и учёта. Ночь и день длились больше положенного времени и люди бы не смогли вовремя вставать утром, ложиться спать и ходить на работу и в школу.
В данное время я смотрю на свои собственные часы, которые помогают мне все сделать вовремя.
Ведут часы секундам счет,
Ведут минутам счет.
Часы того не подведут,
Кто время бережет.
Кто жить умеет по часам
И ценит каждый час,
Того не надо по утрам
Будить по десять раз.
И он не станет говорить,
Что лень ему вставать,
Зарядку делать, руки мыть
И застилать кровать.
Успеет он одеться в срок,
Умыться и поесть
И раньше, чем звенит звонок,
За парту в школе сесть.
С часами дружба хороша!
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Азимов А. Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря. М.: Центрполиграф, 2004г.
Артемова О. В., Балдина Н.А., Вологдина Е.В. Большая энциклопедия открытий и изобретений. М.:ОЛМА - ПРЕСС, 2002г.
Ленц Н. 1000 «детских» вопросов и ответов М.: ООО «Издательство АСТ», 2002г.
Самойлов А. Зачем? Отчего? Почему? Часы и время. Урал ЛТД, 2009г.
Тарабарина Т.И., Е.И Соколова. Детям о времени. Пособие для детей и родителей. Ярославль, Академия развития, 1996г.
Черненко Г.Т. Часы и время. Школьный путеводитель. М.: Тимошка, 2013г.
Энциклопедия «Хочу всё знать» М., 2010г.
Интернет ресурсы.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Рис. 1 Солнечные часы
Рис. 2 Водяные часы
Рис. 3 Огненные часы
Рис. 4 Песочные часы
Рис. 4 Цветочные часы
Рис. 5 Кварцевые часы
Рис.6 Электронные часы
Рис. 7 Чертежи для солнечных часов
Рис. 8 Экваториальные часы
Рис. 9 Экваториальные часы
Рис. 10 Полярные часы
Рис. 11 Горизонтальные часы
Рис. 12 Песочные часы «перчатка»
Рис. 13 Песочные часы «перчатка»
Рис. 14 Огненные часы
Рис. 15 Склеивание крышек
Рис. 16 Добавление трубок в крышки
Рис. 17 Водяные часы в сборе
Рис. 18 Разметка центра отверстия
Рис. 19 Установка стрелок часов
Рис. 20 Разметка делений часов
Рис. 21 Наклеивание цифр
Рис. 22 Часы в сборе
Рис. 23 Наклеивание циферблата на картон
Рис. 24 Часы в сборе
31