Для чего песочные часы. Песочные часы

"...И в вечности песочные часы останутся, как детская игрушка".
В далеком прошлом старинные песочные часы, служившие в Древней Греции символом бога Кроноса, главного судьи и хранителя времени, изготавливали из двух стеклянных колб, которые соединялись друг с другом через диафрагму из металла, стекла, слюды или дерева. При длительном использовании песочных часов эти диафрагмы зачастую стирались, увеличиваясь в диаметре. Песок сыпался быстрее, и «ход» времени нарушался.

С 1750 года стеклодувы научились делать единую стеклянную колбу для песочных часов. Колба плавно переходила в узкое горлышко и опять расширялась. Ее стали заполнять песком через маленькое отверстие в донышке, которое затем закрывали воском. С 1800 года отверстие в колбе мастера научились запаивать.

Песок всегда был основным наполнителем для песочных часов. Точность песочных часов зависит от состояния песка, формы колбы и качества её поверхности. Песок должен быть сухим, однородным, круглые песчинки должны иметь желательно одинаковые размеры и высокую устойчивость к стиранию. В средние века использовали еще и мраморную, цинковую или свинцовую пыль, а также молотую яичную скорлупу. С 13 века известны разнообразные рецепты приготовления «песка» для часов. Его просеивали, промывали, вываривали и отжигали. В наше время вместо песка применяют мельчайшие стеклянные шарики.

Песочные часы были когда-то основным, достаточно точным инструментом для измерения времени. Начиная с 15 века они использовались и на кораблях для навигации. Во время кругосветного путешествия Магеллан, на каждом из своих кораблей установил по 18 песочных часов. Специально приставленные матросы переворачивали песочные часы.

Как работают классические песочные часы?
В верхней части колбы песок устремляется вниз и падает под действием силы тяжести. В начале движения нарастающему потоку падающих песчинок противостоит обратный поток вытесняемого из нижней части колбы воздуха, который устремляется вверх, пытаясь пройти между отдельными песчинками.
Скорость струи песка определяется скоростью падающих песчинок при возникновении равновесия между силой тяжести, действующей на песчинки, и силой сопротивления воздуха, возникающей при падении песчинок.
Установившийся поток падающего песка постепенно приводит к увеличению давления воздуха в нижней части колбы. Когда струя песчинок уже почти иссякает, видно, как поток воздуха, вырывающийся снизу вверх, подхватывает последние песчинки в верхней части колбы и приподнимает их на несколько миллиметров, прежде чем они окончательно упадут вниз.

Почему с помощью песочных часов можно измерить время?
Песок - это сложный материал, который порой ведет себя как твердое тело, а иногда как жидкость. Кажется, что в песочных часах равномерная струя песка подобна потоку жидкости, но здесь есть существенное различие. Если бы это была жидкость, то ее количество, протекающее через отверстие часов, зависело бы от высоты столба жидкости над отверстием. А количество песка, проходящее в песочных часах через отверстие за единицу времени, от высоты песка над отверстием не зависит. Именно поэтому песок можно использовать для измерения времени в песочных часах.

Постоянная скорость потока песка обусловлена возникающим в толще песка перераспределением сил, которые появляются в точках соприкосновения песчинок. В больших объемах песка благодаря этим точкам соприкосновения образуются "сети" из песчинок, в которых возникают куполообразные "мосты".

Эти мосты создают давление на стеклянные стенки колбы. Нижележащие слои песка в какой-то мере освобождаются от давления верхних слоев. В результате среднее давление песка над отверстием, даже при изменяющемся уровне песка, остается практически постоянным. Так возникает постоянная скорость струи песка в песочных часах.

Как можно «управлять» временем?

Подвесим песочные часы на эластичной нити (резинке) и заставим их колебаться вверх-вниз, Полное перетекание всего песка в часах сверху вниз будет происходить дольше, чем в нормальных условиях, т.е. если бы они, например, стояли на столе.

Диаметр отверстия, соединяющего половинки колбы, обычно делают как можно меньше, чтобы при меньшем количестве песка в часах увеличить время пересыпания песка, т.е. увеличить время работы песочных часов.
Поток гранулированного вещества (песка) отличается от потока жидкости. Песок струится от начала и до конца через отверстие с одной и той же скоростью. Это свойство основывается на возникновении сводов (мостов) внутри песка. В песочных часах это может даже привести к перекрытию отверстия, и песок перестанет стекать вниз. При движении часов с ускорением вверх или вниз (например, при покачивании) подобные перекрывающие мосты распадаются.

Как еще можно «повлиять» на время?

Например, обхватить нижнюю часть колбы ладонями. Через некоторое время «время остановится», поток песчинок прекратится. То, что здесь кажется мистическим наложением рук, может быть объяснено вполне логически. При нагревании нижней части колбы, воздух в ней нагревается, расширяется и стремится подняться в верхнюю часть колбы, и тогда равномерный поток песчинок в песочных часах может быть нарушен или даже полностью прекращен.

Интересные явления можно наблюдать в некоторых необычных песочных часах!

Для сухого песка угол естественного откоса кучки песка, образующейся в нижней части колбы, составляет порядка 30-35 градусов. Это значение зависит и от формы песчинок. Угловатые песчинки создают более крутые склоны, а закругленные - более пологие.
Если наполнить песочные часы песком с песчинками различного диаметра, то при образовании струи песка песчинки начнут очень интересно распределяться, как в верхней части колбы, так и в нижней.

Внизу сначала образуется маленький конус, струящийся сверху песок образует песочные лавины, которые скользят по склону песчаного конуса вниз. При этом происходит сортировка песчинок по размерам: крупные скапливаются преимущественно у подножья конуса, а на склонах конуса песок ложится отдельными слоями из самых мелких песчинок и песчинок покрупнее.
Такая "полосатость" объясняется двояко: самые мелкие песчинки могут проникать между крупными и образовывать слой, а крупным легче скатываться по склону, и они таким образом тоже создают свой слой.
Эти процессы постоянно повторяются.
И в верхней части колбы происходит что-то похожее, только здесь при движении песка образуется конусная воронка.

Эта модель песочных часов похожа на обычные песочные часы, но имеет два отличия. Первое - песок находится между двумя плоскими пластинами, и второе - часы наполнятся песком, содержащим песчинки разного размера. Отсюда и появление вышеописанных "полосатых" эффектов.
На примере такой научной "игрушки" серьезные люди изучают серьезные проблемы, возникающие, например, при складировании сыпучих материалов.

Наряду с классическими существуют и современные конструкции песочных часов, работу которых интересно было бы рассмотреть. Такие часы даже называют "парадокс-часами".

Вы не поверите своим глазам, в этих часах "песок" течет снизу вверх, однако и законы природы остаются в силе!

Стеклянный баллон заполняется жидкостью большой плотности и мелкими шариками с плотностью значительно меньшей, чем плотность жидкости. В более плотной жидкости шарики с меньшей плотностью поднимаются, как и положено, вверх. Это основной принцип парадокс-часов, на основе которого «песок» поднимается снизу вверх. И все повторяется по-новой при каждом переворачивании часов.

В вертикальном положении часов возникает относительно плотный и не очень равномерный поток шариков вверх. Шарики должны проникнуть наверх через узкое отверстие, при этом из-за вязкости жидкости они частично увлекают ее за собой, в то время как жидкость одновременно стремится и вниз.

В основном скорость опускания и подъема шарика в жидкости зависит от разности плотностей шариков и жидкости, от диаметра шариков и от прочности жидкости, а прочность жидкости сильно зависима от температуры.

Если запустить парадок-часы, и дать подняться вверх хотя бы нескольким шарикам, а затем положить часы набок, то можно хорошо увидеть отдельные шарики, медленно поднимающиеся вверх.

При этом можно даже успеть определить скорость подъема отдельных шариков.
Если поставить часы опять вертикально, чтобы шарики начали потоком подниматься в верхнюю часть колбы, то в нижней части колбы, почти полностью заполненной шариками, можно будет отчетливо увидеть «дыру», смещающуюся вниз. Это явление можно сравнить с перемещением «дырки» в полупроводнике.

«Забывчивые» или «непослушные» песочные часы.

В заполненный водой цилиндр опущены обычные песочные часы. Внешний диаметр песочных часов на несколько миллиметров меньше, чем внутренний диаметр цилиндра. В состоянии покоя часы, как поплавок, находятся у верхнего края цилиндра, а весь песок находится в нижней части колбы.
Если цилиндр теперь перевернуть, то сначала песочные часы остаются внизу цилиндра, хотя песок уже начал свое движение. И только когда почти половина песка перетекла, песочные часы поднимаются к верху цилиндра. И уже наверху цилиндра остаток песка в часах пересыпается в нижнюю часть колбы.

«Забывчивые» песочные часы начнут всплывать только через некоторое время после переворачивания цилиндра.

Почему же песочные часы не поднимаются сразу после переворачивания цилиндра?
Находящиеся внутри цилиндра песочные часы имеют среднюю плотность меньшую, чем у воды. Поэтому часы поднимаются наверх. Если перевернуть часы, то сначала почти весь песок будет находиться в верхней половине колбы, центр тяжести часов будет находиться, соответственно, выше середины часов.

Если бы часы находились не в узком цилиндре, а в свободной воде, то они бы сразу же перевернулись за счет возникшего вращающего момента. В узком же цилиндре их толкает на внутреннюю стенку цилиндра. Здесь возникает прилипание (статическое трение), которое препятствует быстрому всплытию часов.

Только когда почти половина песка вытечет, центр тяжести часов опустится ниже середины. Статическое трение о стенку цилиндра и вращающий момент исчезнут, теперь часы могут всплывать к верху цилиндра.

«Плавающие песочные часы»

В качестве следующего примера необычных песочных часов можно привести вариант, который называется «Плавающие песочные часы». Здесь цилиндрические песочные часы находятся в цилиндре, заполненном водой.

Внешний диаметр песочных часов лишь чуть-чуть меньше внутреннего диаметра цилиндра. Из-за вязкости жидкости песочные часы будут подниматься и опускаться в таком цилиндре очень медленно.
По своему принципу действия песочные часы, расположенные в узком цилиндре, аналогичны прибору для измерения вязкости жидкости.

Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, обычно составляет от нескольких секунд, до нескольких часов. Раньше для увеличения интервала измеряемого времени составлялись даже наборы песочных часов в одном корпусе.

Песочные часы "Колесо времени"

В наше время научились изготавливать песочные часы с «заводом» на целый год В столице Венгрии Будапеште, каждый год в последний день декабря, гигантские песочные часы «Колесо времени» высотой в несколько метров совершают пол-оборота, чтобы начать новый годовой цикл работы.

Переворот песочных часов производится всегда в одном направлении, по старинке: с помощью тросов и простого механизма.

А здесь - фокус!

Знаете ли вы, что можно установить яйцо на столе острым концом вниз?
Внутри такого яйца делают асимметричные песочные часы. Когда весь песок находится в симметричной относительно яйца части колбы, то его можно поставить на стол на острый конец и оно будет стоять

Через некоторое время, когда песок начнет ссыпаться, центра тяжести яйца сместится, и яйцо упадет. Второй раз его невозможно будет поставить на острый конец до тех пор, пока весь песок в часах не пересыпется обратно в первоначальное положение.

В наше время песочные часы приобрели множество различных вариаций исполнения и перешли уже в разряд сувениров и научных игрушек.

Вместо песка и воздуха в «песочных часах» могут использоваться, например, шарики и жидкость или две жидкости, сильно различающиеся по плотности.
А может быть вам удастся изобрести свой варинт "песочных" часов?

Так что же такое , когда их изобрели, сколько они отмеряют времени и где используются в наше время? Я постараюсь в этой статье ответить на все эти вопросы. И так обо всем попорядку.

Песочные часы это изобретение, позволяющее отсчитывать время. Оно состоит из двух колб, соединенных между собой. Внутри у них находится песок, который пересыпаясь из одной колбы в другую, отсчитывает определенный промежуток времени, который зависит от размеров самих часов.

Песочные часы начали использовать примерно в 14 веке. Об этом свидетельствует сообщение датированное 1339г., которое нашли в Париже. В нем содержатся указания как нужно приготовить песок для часов.

Песок .Точность таких часов зависела от нескольких факторов. Один из них это песок. Его изготавливали из просеянного порошка черного мрамора, затем кипятили в вине и сушили на солнце. Также из обожженного мелкозернистого песка, который сеяли через мелкие сита и сушили. Такой песок имел красноватый оттенок. Другой песок изготавливался путем тщательного помола яичной скорлупы, тем самым придавая ему светло белый окрас. Использование песка из цинковой и свинцовой пыли отличалось тем, что он меньше истирал внутренний стенки колбы, такой песок имел серый оттенок.

Колбы для часов делали из стекла, к тому времени люди уже научились работать с ним. Две колбы соединялись между собой ниткой и заливалось смолой, дабы придать твердость стыку и препятствовать проникновению внутрь влаги, что ухудшило бы точность часов. Позднее стали изготавливать сплошные колбы.

Достоинством песочных часов считалось простота в их использовании, они были надежны, и стоили они недорого. Поэтому были доступны многим людям того времени. Их широко использовали в судоходстве для измерения скорости движения и длительности вахты, а также в медицине.

Недостатки конечно же тоже были. Один из главных это небольшой промежуток времени, который они могли отсчитать (в основном 30минут либо 1час). Чтобы отсчитывать больше времени нужно было изготовить поистине большие часы. Также со временем частицы песка становились мельче и колбы истирались изнутри, что плохо сказывалось на точности.

Некоторые изобретатели пытались увеличить промежуток времени путем автоматического опрокидывания часов и встраивания в одни часы несколько колб. Первая колба опустошалась в течении 15 минут, вторая в течении 30 минут, третья 45, четвертая за 1час. Сверху у них был циферблат со стрелкой, когда песок из последней колбы пересыпался вниз они переворачивались и стрелка передвигалась на час вперед.

В настоящее время используются в основном для украшения интерьера и как сувениры. Также в некоторых случаях во время заседаний в суде и в медицине, при проведении лечебных процедур.

Памятник , посвященный этому изобретению стоит в Будапеште (Венгрия). Высотой они 8 метров, а песок полностью пересыпается в нижнюю их часть за 1 год. В Японии тоже есть большие часы. хранятся они в музее песка города Ним.

На этом пожалуй все. Если вам есть что добавить или вы с чем то не согласны напишите в комментариях.

Песочные часы относятся к одним из самых древних видов устройств, изобретенных людьми для измерения времени.

Несмотря на активное развитие часового дела и появление более совершенных механизмов, песочные часы используются и сейчас.

Начало

В истории возникновения песочных часов не хватает конкретики и достоверно подтвержденных фактов, однако, основываясь на сохранившиеся источники, можно предположить, что принцип построения подобного устройства был известен в Азии еще до Рождества Христова. Несмотря на то, что бутылочные часы упоминались Архимедом, а в Древнем Риме предпринимались первые попытки изобретения стекла, во времена Античности никто так и не сумел (а может, и не захотел пробовать) смастерить песочные часы.

Средние века

Следующей вехой в истории возникновения песочных часов стали Средние века. В то время мастера, работавшие над совершенствованием водных и солнечных напольных часов, взялись и за бутылочные конструкции. Благодаря своей невысокой стоимости и простоте использования, они сразу же приобрели неимоверную популярность.

Одна из первых моделей европейских песочных часов была сделана в Париже. Запись об этом датировалась 1339 годом, а в тексте сообщения содержались указания относительно приготовления тонкого песка (для этого просеивали порошок черного мрамора, предварительно прокипяченного в вине и просушенного на солнце). Качество песка было одним из основополагающих факторов, от которых зависела точность часов: кроме мрамора, применялся сероватый песок из цинковой и свинцовой пыли, красноватый тонкозернистый просеянный песок, а также светло-белые пески из прожаренной молотой яичной скорлупы. Зернистость и сыпучесть песка обязательно должна была быть равномерной.

Чаще всего песка засыпали из расчета на то, что часы будут работать по тридцать минут или по часу, но были и модели, работающие три и даже двенадцать часов.

Для изготовления элементов корпуса песочных, каминных и настенных часов с боем использовались разработки технологии производства прозрачного стекла. Для бутылочных часов его преобразовывали в сферические колбы.

Для максимальной точности хода стекло должно было быть гладким, без дефектов. В том месте, где горлышко сосуда сужалось, помещалась горизонтальная металлическая диафрагма, отверстие которой служило для регулирования количества и скорости пересыпания крупинок песка. На стыке конструкция перевязывалась толстой ниткой и фиксировалась смолой. К сожалению, средневековым мастерам так и не удалось сделать песочные часы, которые бы не уступали по точности солнечным: при длительном использовании крупинки песка постепенно измельчались, а отверстие в диафрагме расширялось, ускоряя тем самым прохождение песка.

Новое время

С появлением интерьерных, а также наручных часов женских и мужских с механическим ходом песочные часы необходимо было усовершенствовать, чтобы они могли конкурировать с более точными устройствами измерения времени. Для этого в городах Аугсбург и Нюрнберг началось производство песочных часов, конструкция которых состояла из четырех систем колб в одном футляре. В это же время математиком Де ля Хире были созданы песочные часы, способные измерять секундные интервалы. Попытки замены песка ртутью были предприняты астрономом Тихо Браге. Тем не менее две последних инновации не имели такого значения, как изобретение Стефаном Фарфлером пружинного механизма, который обеспечивал автоматическое опрокидывание часов.

ХХ столетие и современность

Несмотря на то, что песочные часы не являются самыми точными и имеют некоторые недостатки, их не переставали использовать и в ХХ веке. Песочные часы с автоматическим механизмом опрокидывания использовались в зале суда, а также на телефонных станциях (для контроля над временем коротких телефонных переговоров).

На современном этапе антикварные песочные часы могут служить в качестве элемента декора, а среди коллекционеров особой популярностью пользуются модели, инкрустированные алмазами. И, наконец, электронные часы бутылочной формы, на экране которых пересыпаются не песчинки, а пиксели, напоминают нам об истории развития часов.

На сегодняшний день песочные часы изготавливают в красивых подарочных оформлениях...

«Время - деньги», гласит народная мудрость. На сегодняшний день у каждого взрослого человека имеются аксессуары, которые позволяют всегда быть в курсе: который сейчас час и сколько времени ушло на то или иное событие.

Песочные часы - история

А вот в древности эту функцию выполняли песочные часы. Принцип их довольно прост. Это два одинакового размера стеклянных сосуда, которые соединены между собой с помощью небольшого перехода. Сосуды могли иметь различный объем. Все зависит от того, на какое время они рассчитаны. С одного сосуда в другой перетекают песчаные крупинки, которые и отсчитывают количество пройденного времени.

Песочные часы появились задолго до нашей эры предположительно в Азии. Даже Архимед упоминает в своих работах подобную модель часов. В Западной Европе песочные часы появились в середине 14 века. Все дело в том, что люди долго не могли найти необходимую прозрачную емкость для того, чтобы песок было через нее хорошо видно. В древнем Риме стекло на тот момент имело огромное количество примесей, за счет чего оно было очень мутным.

Песок для песочных часов

Песок в такие часы заготавливался специальным образом. Для этого черный мрамор истирали в порошок, затем его просеивали, кипятили в вине и долго сушили на солнце. Только после всех этих манипуляций получался необходимый цвет песка и его «рассыпчатость». Конечно, песочные часы очень быстро вошли в быт людей. Ведь с их помощью можно было измерить время даже в темное время суток или в пасмурную погоду, в то время, как солнечные часы не работали. Но, был у песочных часов и недостаток - с их помощью можно было измерить сравнительно малое количество времени: от 30 минут до часа. Существовали, конечно, и часы на 3 часа работы. Встречались и эксклюзивные модели, рассчитанные на 12 часов.

Люди смогли изготовить и другие оригинальные модели песочных часов. Они пересыпали песок в несколько этапов. Таким образом, можно было отсчитать 15 минут, 30, 45 и час.

Колбы, как уже было сказано ранее, изготавливались из стекла. Соединялись они между собой специальной металлической диафрагмой с отверстиями. Она и регулировала скорость подачи песка. А в самом конце стык соединения хорошо обвязывался нитью, а сверху обильно смазывался смолой.

Песок использовали трех видов. Первый получался путем многократного просеивания песка, предварительно обожженного в печи и хорошо просушенного. Такие часы отливали красноватым оттенком. Второй вид песка получался из скорлупы яиц, сильно измельченной и, опять же, просеянной. Такие часы имели белый оттенок. А вот серый наполнитель получался из пылинок металлов - цинка и свинца. Свинцовый наполнитель и считался самым лучшим. Он имел равномерную зернистость, что давало самые точные результаты подсчета времени.
Конечно, чем дольше использовались песочные часы , тем меньшую точность они давали. Все дело в том, что песок царапает стенки сосуда и поэтому времени на его прохождение по нему тратится больше. Как ни старались изобретатели, а достойную конкуренцию солнечным часам песочные так и не смогли.

Песочные часы - подарок

Однако, например, песочные часы стали незаменимыми для моряков. Ведь это был единственный самый точный прибор из всех, которые им можно было использовать, находясь в плавании. Ведь солнечные часы показывали только время в той местности, в которой они находились в данный момент, да и то, только в ясную погоду. стали для морских путешествий настоящим спасением.

В современном мире песочные часы используют в качестве подарка, сувенира. Особой полезной ценности они уже не несут. Но красота и необычный вид изобретения до сих пор притягивают взгляд. Само осознание того, как наглядно утекает время, заставляет задуматься и поразмышлять над жизнью.

На сегодняшний день песочные часы изготавливают в красивых подарочных оформлениях, стилизованные под различные предметы мебели. Такой сувенир помогает сосредоточиться, настроиться на позитивный лад, а также успокоиться после нервного срыва. Наблюдая за песчинками, не думаешь больше о своих проблемах, переживаниях. Часы прекрасно помогают медитировать, уйти в себя, подумать над смыслом жизни. Это, казалось бы, простейшее изобретение, помогают человеку понять смысл жизни и то, что самое его большое богатство - это время, которое ему даровано. И нужно воспользоваться им с умом, ценить свою жизнь и не тратить ее на пустяки!

ВВЕДЕНИЕ

История часов насчитывает много веков. И в разное время они были и предметом интерьера, и украшением, являющим престиж обладателя замысловатых часиков или массивных каминных, то ли напольно-настенных часов. А уж что касается форм часов, то здесь фантазия часовых дел мастеров просто безгранична. Чего только не придумывали мастера и заказчики, чтобы удивить свет! Описать все великолепие часов, подчас являющихся настоящим произведением искусств, просто невозможно. Сегодня часы - это признак престижа, имеющий символическое значение, знак достоинства, стиля. Часы давно перестали быть простым инструментом ограниченным его основной функцией, они не только указывают время - они отстаивают право на эстетическую привлекательность и личное уважение.

ПЕСОЧНЫЕ ЧАСЫ

Принцип песочных часов был известен в Азии значительно раньше начала нашего летоисчисления. Одним из самых старых упоминаний о таких часах является сообщение от 1339 г., обнаруженное в Париже, содержащее указание по приготовлению тонкого песка из просеянного порошка черного мрамора, прокипяченного в вине и высушенного на солнце. Несмотря на то, что песочные часы появились в Европе поздно, они быстро распространились. Этому способствовали их простота, надежность, низкая цена и не в последнюю очередь возможность измерять с их помощью время в любой момент дня и ночи. Недостатком, мешавшим широкому применению этих часов, был сравнительно короткий интервал времени, который можно было измерить, не переворачивая эти часы. Обычно песочные часы рассчитывались на работу в течение получаса или часа. Реже встречались песочные часы, рассчитанные на непрерывное измерение времени в течение 3 ч, и лишь в совершенно редких случаях строили огромные песочные часы, рассчитанные на 12 ч хода. Не давало решающего улучшения и соединение нескольких песочных часов в одно целое. Например, набор из четырех песочных часов в едином футляре был устроен так, что содержимое первой колбы высыпалось за четверть часа, второй - за полчаса и т.д. Точность песочных часов зависела от технологии изготовления самого песка. Колбы заполняли отожженным тонкозернистым песком, просеянным многократно через тонкие сита и тщательно высушенным. Обработанный таким образом песок имел красноватую окраску; светлые беловатые пески происходили из жареных тонкомолотых яичных скорлуп; сероватый песок изготовлялся из цинковой и свинцовой пыли. Песочные часы были необходимы на кораблях, их называли "корабельные склянки". Теперь песочные часы широко используются в медицине.