Время и его измерение

  • Время и его измерение
Что такое время? Кто его хранители? Зачем нужны атомные часы? Зачем нужно корректировать время на атомных часах - они же НЕ ОШИБАЮТСЯ? Какова причина смены времён года? Каков принцип работы GPS и прочих систем глобального позиционирования?

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

Песочные часы – это два полукруглых сосуда, соединенных тонкой перемычкой с отверстием внутри. Устройство расположено вертикально, закреплено в прочном корпусе. По внешнему виду напоминают «восьмерку».

Самая главная ценность - точность отсчёта вне зависимости от наличия песка в верхней части.

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

Простейший пример огневых часов - обыкновенная свечка с делениями.

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

Огневые часы

Фитильные

Фитильные огневые часы

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

Лампадные огневые часы

Уровень масла в лампаде показывал отсчитанный промежуток времени. Обратите внимание на НЕРАВНОМЕРНУЮ форму лампады - этим корректировался напор масла к фитилю, что вело к равномерному горению.

Недостатки огневых часов:

Невозможность повторного использования некоторых элементов часов.
Длительное изготовление «деталей», тщательная разметка шкалы отсчета «сгораемого» времени.

Клепсидра - использования воды

Похожее по теме... Смена времён годаСмена времён года неразрывно связана с наклоном земной оси.

Для изготовления простейшей клепсидры достаточно ёмкости с отверстием внизу. Чем меньше диаметр - тем больший промежуток времени можно отмерить.

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.

Клепсидра

Главный недостаток:

Неравномерность истечения жидкости.

Солнечные часы

Самым распространенным хронометрическим прибором были солнечные часы, основанные на кажущемся суточном, а иногда и годовом движении Солнца.

Простейшие солнечные часы

Появились такие часы не раньше осознания человеком взаимосвязи между длиной и положением тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Но даже осознав это все, вряд ли кто-то сразу бросился строить часы; надо было еще понять, что такое время. Ведь и теперь еще бродят кое-где по Земле первобытные племена, прекрасно знающие, что такое тень, но обходящиеся тем не менее без часов - нужды нет.

Ниже - пример сложных солнечных часов

Продвинутые солнечные часы

Ну, и ещё пример - продвинутых солнечных "цифровых" часов - солнечный луч САМ рисует время :)

Цифровые солнечные часы

Недостаток:

Время можно узнать только днём и показания нужно корректировать в зависимости от времени года - это связано с движением Земли вокруг Солнца по НЕКРУГОВОЙ орбите.

Ноктурнал - часы для измерения времени ночью, по звёздам.

Ноктурнал - измерение времени по звёздам

Недостаток:

Измерение только при наличии звёзд и всё так же, как и с солнечными часами - показания нужно корректировать в зависимости от времени года.

Маятниковые часы

Интересно, как был откыт закон о периоде колебания маятника.

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.

Он привязал два свинцовых шара на нитях совершенно одинаковой длины так, чтобы они могли свободно раскачиваться. . . и, отклоняя их от вертикали на разное число градусов, например один шар на 30, другой на 10, он отпускал их в одно и то же мгновение. С помощью товарища он наблюдал, что, пока один маятник делал такое-то число колебаний по большим дугам, другой делал в точности столько же по малым.

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.

Анкерный спусковой механизм

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.

Упругий маятник

Приинцип маятника лёг в основу создания одних из самых точных приборов по измерению времени.

Балансирный механизв часов

Точный хронометр позволил правильно определять долготы, поэтому в отличие от карты 1492 года

Глобус 1492 года

... карты наконец стали похожи на тепершние.

Кварцевый механизм

С середины 20 века был изобретён кварцевый механизм электронных часов.

Кварцевый механизм электронных часов

Теперь такие часы есть везде, как от платы на компьютере, так и в любом сотовом телефоне.

Цилиндр - кристалл кварца

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:

Что такое одна секунда?

В 2018 году были созданы атомные часы, которые ошибаются на 1 секунду за период жизни Вселенной - т.е. за 14 миллиардов лет!

К чему такая точность?

Такая точность нужна, к примеру, для навигаторов GPS и Глонасс:

Спутники передают время и для точного позиционирования нужно всего лишь ЧЕТЫРЕ спутника (обычно доступно как минимум ВОСЕМЬ) - три для определения координаты и один для поправки времени для электронных устройств (на спутниках стоят атомные часы, в устройствах - менее точные, кварцевые).

Четыре спутника для определения координат

Интересное    
Администратор 02 января 2020, 00:41 Интересное 446

page.maple4.ru


Похожие публикации


Зрительная система человека

Об устройстве зрительной системы человека.    Открыть
Cyberpunk 2077 - факты, слухи и критика
Компания для одного "игорька" от авторов Ведьмака    Открыть
Об истории создания АК-47

- про первый созданный им образец пистолета-пулемета, первый конкурс, в котором он принял участие в 1942 году; - про конкурентов и наставников М.Г.Калашникова, в частности про конструктора пистолета-пулемета…    Открыть
Кровавое воскресенье

События 9 (22) января 1905 года в Санкт-Петербурге, известные также как «Кровавое воскресенье» - разгон шествия петербургских рабочих к Зимнему дворцу, имевшего целью вручить царю Николаю II коллективную…    Открыть
Курды и езиды

Что общего и чем отличаются два народа?       Открыть

Все отборные




Рейтинг@Mail.ru