Песочные часы

Песочные часы — это простейший прибор для измерения отрезков времени, состоящий из двух стеклянных сосудов (колб), соединённых узким горлышком, через которое пересыпается песок из верхней колбы в нижнюю. Продолжительность пересыпания песка определяет интервал времени, который измеряют часы. Песочные часы относятся к классу механических хронометрических приборов и являются одним из древнейших известных человечеству устройств для измерения времени, наряду с солнечными и водяными часами (клепсидрами).

История

Происхождение

Точное время и место изобретения песочных часов неизвестны. В отличие от водяных часов, известных в Древнем Египте и Вавилоне, первые достоверные упоминания о песочных часах в Европе относятся к Средневековью. Считается, что принцип измерения времени с помощью сыпучего материала был известен в античности, но широкое распространение получил лишь в VIII–IX веках. Некоторые исследователи связывают появление песочных часов с изобретением стеклодувной техники, позволявшей изготавливать прозрачные колбы.

Первое задокументированное свидетельство о песочных часах в Европе относится к 1338 году. На фреске «Аллегория доброго правления» Амброджо Лоренцетти в Сиене (Италия) изображена фигура, держащая песочные часы. В XIV веке песочные часы уже упоминаются в инвентарных списках кораблей, что указывает на их использование в мореплавании.

Распространение

В XV–XVI веках песочные часы стали широко применяться в Европе. Их использовали на кораблях для отсчёта вахт (обычно 30-минутные или 4-часовые часы), в церквях для отсчёта времени проповедей, в судах для регламентации выступлений, а также в алхимии и медицине. Известным центром производства песочных часов была Венеция, где изготавливали высококачественные стеклянные колбы.

С развитием точной механики в XVII–XVIII веках песочные часы постепенно вытеснялись маятниковыми и пружинными часами, которые обеспечивали большую точность. Однако песочные часы сохранили своё значение в тех областях, где требовалась простота, надёжность и независимость от внешних источников энергии (например, на кораблях, в лабораториях).

Современность

В XX–XXI веках песочные часы утратили практическое значение как измерительный прибор, но сохранились как культурный символ, декоративный элемент и сувенир. Они используются в настольных играх (например, в «Эрудите» или «Быстрых картах»), в качестве таймеров для варки яиц или в медицинских процедурах. В некоторых странах (например, в Японии) песочные часы применяются в церемониях чаепития.

Устройство и принцип действия

Конструкция

Классические песочные часы состоят из двух стеклянных колб грушевидной или конической формы, соединённых узким каналом (горлышком). Внутренняя полость колб герметично закрыта, а из верхней колбы в нижнюю пересыпается мелкозернистый песок. Для предотвращения попадания влаги и загрязнений колбы часто запаивают. В современных моделях колбы могут быть изготовлены из пластика, а песок — заменён металлической или керамической крошкой.

Материалы

Основным материалом для песка служит мелкий кварцевый песок, просеянный через сита определённого размера. Для уменьшения слёживаемости и повышения сыпучести песок часто прокаливают, а также добавляют в него порошок мрамора, свинца или оксиды металлов для окрашивания. В некоторых исторических образцах использовали толчёную яичную скорлупу, мраморную крошку или даже ртуть (в редких случаях). Современные часы могут наполняться цветным песком, стеклянными шариками или пластиковыми гранулами.

Точность

Точность песочных часов зависит от нескольких факторов:

• Размер горлышка: чем уже горлышко, тем медленнее пересыпается песок, но выше чувствительность к перепадам температуры и влажности.
• Форма колб: коническая форма обеспечивает более равномерный поток песка, чем цилиндрическая.
• Качество песка: однородность зерна, отсутствие комков и влаги.
• Температура и влажность: при повышении влажности песок может слёживаться, замедляя пересыпание; при понижении температуры вязкость воздуха увеличивается, что также может влиять на скорость.

На практике погрешность песочных часов составляет от 1 до 5 % от номинального времени. Для повышения точности часы калибруют (подбирают количество песка) и используют в стабильных условиях.

Классификация

По времени измерения

Песочные часы выпускаются на различные интервалы времени:

• Короткие: 1, 3, 5, 10, 15 минут (используются в играх, кулинарии, медицине).
• Средние: 30 минут, 1 час (применялись в мореплавании и церковной службе).
• Длинные: 2, 3, 4, 12 часов (встречаются редко, требуют больших колб и мелкого песка).

По конструкции

• Одноколбные (простые): состоят из двух колб, соединённых горлышком. Самый распространённый тип.
• Многоколбные: имеют несколько пар колб, соединённых последовательно, что позволяет измерять более длительные интервалы (например, 4-часовые «корабельные» часы).
• С переворотом: часы, в которых колбы можно переворачивать, не снимая с подставки. Часто оснащены поворотным механизмом.
• Декоративные: часы, в которых колбы выполнены в виде фигур, животных, архитектурных сооружений. Песок может быть цветным, а корпус — из дерева, металла или камня.

Применение

В мореплавании

Песочные часы (склянки) были важнейшим навигационным инструментом на парусных кораблях. С их помощью отсчитывали время вахт (обычно 30-минутные интервалы, называемые «склянками»). Каждые полчаса вахтенный матрос переворачивал часы и бил в колокол (рынду), подавая сигнал. Судовые песочные часы были рассчитаны на 4 часа (восемь склянок) и состояли из нескольких пар колб.

В науке и медицине

В лабораториях песочные часы использовались для отсчёта времени химических реакций, кипения, стерилизации. В медицине — для измерения пульса, длительности процедур (например, приёма ванн). В XIX веке песочные часы применялись в астрономии для определения момента прохождения звёзд через меридиан (в сочетании с телескопом).

В быту и культуре

• Игры: песочные часы широко используются в настольных играх для ограничения времени хода (например, в «Эрудите», «Быстрых картах», «Крокодиле»).
• Кулинария: таймеры для варки яиц, приготовления кофе, выдержки теста.
• Символизм: песочные часы являются символом быстротечности времени, смерти, судьбы. Они часто изображаются на картинах, в скульптуре, в геральдике (например, на гербах некоторых городов). В масонской символике песочные часы означают конечность человеческой жизни.
• Интерьер и сувениры: декоративные песочные часы из стекла, дерева и металла популярны как элемент дизайна и памятный подарок.

Интересные факты

• Самыми большими песочными часами в мире считаются часы, установленные в 2008 году в Москве на ВДНХ (высота — 12 метров, вес — 40 тонн, время пересыпания — 1 год). Однако их точность невысока, и они являются скорее арт-объектом.
• В Японии существует традиция «песочных часов на год» (ичи-нен-докей), которые пересыпаются ровно 365 дней. Их часто дарят на Новый год.
• В некоторых странах (например, в США) песочные часы используются в судах для отсчёта времени выступления адвокатов (обычно на 15 или 30 минут).
• Песок для песочных часов может быть окрашен в разные цвета. Для этого его смешивают с красителями и прокаливают. Цветные песочные часы часто используются в декоративных целях.

Источники

• Британская энциклопедия (Encyclopaedia Britannica), статья «Hourglass».
• История часов: от солнечных до атомных / под ред. В. А. Шишкова. — М.: Наука, 1985.
• Г. С. Ландсберг. Оптика (учебное пособие). — М.: Физматлит, 2003 (раздел о точности песочных часов).
• Музей часов (Москва, Политехнический музей) — экспозиция «Песочные часы».
• Навигационные приборы эпохи парусного флота / сост. А. Б. Соколов. — СПб.: Гангут, 1998.