НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Библиотечка «За страницами учебника»

История часов. Пипуныров В. Н. — 1982 г.

Василий Николаевич Пипуныров

ИСТОРИЯ ЧАСОВ

С ДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЁН ДО НАШИХ ДНЕЙ

*** 1982 ***


DjVu


PEKЛAMA Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Подробности...

Выставлен на продажу домен
mp3-kniga.ru
Обращаться: r01.ru
(аукцион доменов)



 

      ОГЛАВЛЕНИЕ
     
      ОТ АВТОРА
      Введение
ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЧАСОВ 6

Часть I
ИСТОРИЯ ЧАСОВ ДРЕВНЕГО МИРА И СРЕДНИХ ВЕКОВ

Глава I
ЧАСЫ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА 18
Солнечные и водяные часы Древнего Вавилона 18
Солнечные, звездные и водяные часы Древнего Египта 21
Солнечные и водяные часы в древних Иудее, Китае, Индии, Перуи
Родезии .28

Глава II
АНТИЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ И ВОДЯНЫЕ ЧАСЫ 34
Солнечные и водяные часы Древней Греции 34
Часы александрийско-римской эпохи

Глава III
ЧАСЫ СРЕДНИХ ВЕКОВ 65
Развитие солнечных и водяных часов в ранней средневековой Европе 65
Развитие гномоники, солнечных и водяных часов в Византии, на мусульманском Востоке, в средневековой Индии и Китае 73
Гномоника, солнечные, водяные, песочные и огневые часы в классическое и позднее средневековье Западной Европы 105

Глава IV
РАЗВИТИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ЧАСОВ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ В
XIV — XVII ВВ 141
Появление и развитие ранних механических часов 141
Устройство ранних башенных часов 147
Появление и развитие механических часов индивидуального пользования в Западной Европе в XV — XVII вв 170
Развитие карманных часов в XVII в 180
Историко-культурное значение развития механических часов 188

Часть II
РАЗВИТИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ХРОНОМЕТРИИ

Глава I
РАЗВИТИЕ МАЯТНИКОВЫХ ЧАСОВ 194
Теория маятника и маятниковые часы Галилея 198
Маятниковые часы Гюйгенса и теория их устройства 203
Усовершенствование хода маятниковых часов вАнглиипосле Гюйгенса 220
Температурная и барометрическая компенсациямаятника 236
Часы стационарного типа с маятником 242

Глава II
РАЗВИТИЕ КАРМАННЫХ ЧАСОВ 253
Развитие карманных часов после Гюйгенса 253
Создание часов без отхода ходового колеса назад 272
История применения свободного анкерного хода в карманных и наручных часах 280

Глава III
ИСТОРИЯ ХРОНОМЕТРА 293
Изобретение морских часов и хронометра 296
Устройство современного хронометра 331

Глава IV
ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БАЛАНСА И СПИРАЛИ 334
Материалы для спиральной пружины 334
Система баланс — спираль как регулятор хода часов 337
Температурная компенсация системы баланс — спираль 349
Изохронизация колебаний системы баланс — спираль 355

Глава V
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАРУЧНЫХ ЧАСОВ 361
Часть III
ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОХРОНОМЕТРИИ, КВАРЦЕВЫХ И АТОМНЫХ ЧАСОВ
Глава I
ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАЯТНИКОВЫХ И БАЛАНСОВЫХ ЧАСОВ 381
Развитие маятниковых и балансовых часов с электрическим приводом прямого действия 384
Развитие маятниковых часов с электрическим приводом косвенного
действия 396
Предыстория электрических маятниковых часов Шорта 398
Часы Шорта с двумя маятниками 407

РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОННО-МЕХАНИЧЕСКИХ И КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ ВРЕМЕНИ 413
Кварцевые часы 419
Атомные часы 434
Атомное время 455
Электрические и электронные наручные часы.. 458
Электронно-механические наручные часы 468
ЛИТЕРАТУРА 481
НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕРМИНЫ 492


      ОТ АВТОРА
     
      История часов — неотъемлемая часть истории культуры, тесно связанная с прогрессом науки и техники. Исторически совершенствование методов и средств измерения времени происходило не само по себе, а под влиянием требований к точности измерения времени на том или ином уровне развития культуры и цивилизации. По мере повышения уровня их развития возрастали требования к точности измерения, а вместе с тем — и к совершенству техники измерения времени. В связи с этим все большее значение приобретало использование достижений науки и техники; без этого дальнейшее совершенствование методов и средств измерения времени становилось невозможным. На этой основе был развит научный подход к совершенствованию техники измерения времени с ориентацией на известный уровень повышения точности измерения. История часов ставит своей задачей проследить с указанной точки зрения весь исторический путь развития методов и средств измерения времени от самых ранних солнечных часов до современных атомных часов.
      Только на такой широкой основе можно получить ответ на вопросы: как и почему проблема измерения времени стала сложной теоретической и практической проблемой современности; как и почему была достигнута высокая точность измерения времени, необходимая для современного и будущего развития науки и техники; как и почему возникла и развивалась потребность в точных измерителях времени в различных отраслях народного хозяйства и т. д.
      В истории невозможно указать эпоху или страну, где бы люди не обладали теми или иными способами измерять время. По наличию знаний и умений измерять и экономить время можно безошибочно судить об общем культурном уровне того или иного народа или исторической эпохи.
      Однако настоящую цену времени знает только человек XX в., уже вовлеченный в водоворот сложной хозяйственной жизни, когда «механический» ритм возобладал над ритмом «природным». Это было следствием проникновения машинной техники в быт. Вместе с вызреванием условий для развития машинной техники и проникновением ее в быт совершался переход от крайне экстенсивного использования времени, характерного для дрейнего мира и средних веков, к интенсивному его использованию.
      Ё развитом обществе к измерению, учету и экономии времени стала сводиться любая экономия. Люди стремятся беречь минуты и секунды. Маленькие секундные стрелки наших часов делят сутки на 86 400 частей. Нередко интервалы времени измеряются тысячными долями секунды. Всеобщее распространение получили сначала карманные, а затем и наручные часы, что стало возможным в связи с массовым их производством на машинной основе, с широким применением средств автоматизации и взаимозаменяемых деталей и узлов.
      Современные успехи в теории и практике получения равномерных движений для измерения времени настолько велики, что стало возможным, применяя современные высокоточные часы, изучать даже неравномерность вращения Земли. Более того, проблема определения времени превратилась в изучение неравномерности ее вращения. Открылась необходимость и возможность применять современные средства хронометрии для целей космонавтики, аэронавигации, а также во всех сферах научных исследований, где требуются самые точные измерения времени. Нет такой области техники, где бы для точных измерений не применялись часы. Приборы времени широко используются для управления автоматами и автоматическими линиями, средствами транспорта и технологическими процессами. Созданы системы единого времени, в которых наряду с вторичными часами функционируют различные исполнительные часовые механизмы, управляющие по заданной программе работой приборов и аппаратов от единого источника точного времени — первичных часов.
      Типаж современных бытовых часов весьма разнообразен и богат, что соответствует различным целям их применения в нашем индустриальном обществе с развитыми культурными потребностями людей. Сюда входят часы, годные к ношению (карманные и наручные, мужские и женские), стационарные часы (настольные, напольные, настенные). Особый класс составляют часы специального назначения — для врачей, подводного спорта, для людей, работающих в условиях повышенных магнитных полей. Проявляется большой интерес к наручным часам, снабженным календарем, хронографом, звуковым сигналом и т. д. Входят в быт электронные кварцевые наручные часы.
      Успехами в технике измерения времени и в массовом производстве часов был вызван естественный и разумный интерес к истории часов как одной из ветвей истории культуры, плодотворно разрабатывавшейся в XIX — XX вв.
      В странах с развитой часовой промышленностью (Швейцария, Франция, Германия, Англия, США) со второй половины XIX в. до наших дней издано большое количество фундаментальных работ как по механике часов, так и по их истории. Немало работ выпущено также по истории часовой промышленности. Особенно привлекают внимание богато иллюстрированные издания, посвященные развитию внешнего художественного оформления часов.
      Крупная часовая промышленность в нашей стране возникла в середине 30-х годов XX в. Было издано и несколько небольших книг по истории часов, однако книги эти нельзя причислить к научной литературе. С развитием часовой промышленности интерес к изданию книг по часам увеличился. Такого рода литература требовалась теперь для подготовки рабочих и инженерно-технических кадров для часовой промышленности. В научном отношении среди этих книг выделяется фундаментальный трехтомный труд «Механика часового механизма» (1931 — 1937).
      Увлечение автора настоящей книги теорией и устройством часов, а также их историей началось со знакомства с монографией Р. Гоулда «Хронометр, его история и совершенствование», изданной в 1923 г. в Лондоне. Эта книга и теперь может считаться образцом научного подхода к разработке истории часов.
      В 1947 г. автор стал сотрудником Научно-исследовательского института часовой промышленности. Вскоре началась работа над книгой по истории часов и часовой промышленности, занявшая почти два десятилетия. Сведения пришлось собирать на английском, немецком, французском и итальянском языках.
      Удалось накопить и систематизировать большой фактический материал. Однако из-за ограниченности объема настоящей книги пришлось отказаться от использования значительной части материала, относящегося к развитию часовой промышленности Швейцарии, Англии, Франции, Германии и США, и полностью отказаться от сведений, относящихся к эволюции стилей внешнего оформления часов. По истории русских часов в книге приводятся лишь наиболее важные данные; с историей часов в России желающие могут подробно ознакомиться в нашей книге «Развитие хронометрии в России» [19].
      1 Здесь и далее в квадратных скобках приводятся ссылки на литературу, помещенную в конце книги. Первая цифра — номер книги или статьи, вторая и следующие — страница.
     
      Введение
      ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЧАСОВ
      «Начало научного мышления, извлекшего человека из животного состояния, связано с измерением времени», — отмечал историк античной техники Г. Дильс [63, 137]. Астрономия была первой наукой о времени, она зародилась еще в доисторический период развития культуры [3, 500].
      Немыми памятниками, свидетельствующими о наличии практического интереса к астрономическим знаниям у людей позднекаменного и начала бронзового века (XX в. до н. э.), являются мегалитические, или крупнокаменные, постройки, ориентированные по Солнцу и Луне. Некоторые из них позволяли с удивительной точностью вести календарный счет дням, отмечать наступление начала времен года и предсказывать наступление солнечных и лунных затмений. Такие каменные календари были установлены во многих частях света — на равнинах Франции, Англии, в Перу и т. д. Среди них наибольшей известностью пользуется мегалитическое сооружение, расположенное на равнине в 13 км от г. Солсбери (Англия). Оно известно под названием Стоунхендж (Stonehenge — висячие камни) и было возведено на рубеже каменного и бронзового веков (XIX — XVI вв. до н. э.). Стоунхендж, имеющий такую древность, и сегодня продолжает будоражить мысль ученых, как одно из удивительных достижений техники и науки в эпоху первобытнообщинного строя.
      Поскольку в Древнем мире и в Средние века наука о часах — гномоника — развивалась как неотъемлемая часть астрономии, то периодизация истории развития методов и средств измерения времени за этот период, охватывающий более трех тысяч лет, совпадает в основном с периодизацией истории астрономии. Соответственно можно выделить следующие этапы последовательного развития астрономии и гномоники, конструкций солнечных и водяных часов.
      1. Древневосточный, охватывающий развитие последних в Древнем Вавилоне, в Древнем Египте, в Древнем Китае и в других странах Древнего Востока. Достижения в области древневавилонской и древнеегипетской гномоники были истоками последующего, более прогрессивного ее развития в Древней Греции.
      2. Античный, охватывающий развитие часов не только в Древней Греции, но и в период эллинистической и александрийско-римской культуры.
      3. Средневековый, когда развитие астрономии и гномоники происходило в средневековом Китае, в Византии, на мусульманском Востоке, в Индии и в средневековой Европе.
      История часов Древнего мира и Средних веков излагается в первой части настоящей книги. Это история солнечных, водяных, песочных и «огневых» часов; заканчивается она историей ранних механических часов, снабженных регулятором фолио и шпиндельным ходом (до появления маятниковых и балансовых часов).
      В Древнем мире и в Средние века при господстве аграрного строя и ремесленной техники не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди жили и определяли время по естественному движению Солнца, по длинным летним дням и коротким зимним, которые одинаково делились на 12 часов. Поэтому приходилось считать время по неравным часам, кроме дней равноденствия. С этим они мирились, поскольку хозяйственный уклад их жизни был приноровлен к естественному движению Солнца. Порядок и темп выполнения сельскохозяйственных работ регулировались медленно протекающими природными процессами, связанными с возделыванием растений, уходом за животными, с переработкой растительных и животных продуктов и т. д. Отсюда вытекало крайне экстенсивное использование времени.
      В более точном измерении времени нуждалась астрономия, получившая развитие в городах, ставших культурными центрами. В то время она была единственной наукой, действительно нуждавшейся в усовершенствовании техники измерения времени, в наблюдении и изучении годового и суточного движения Солнца, изменения фаз Луны, положения звезд и т. д. Не с земного мира, а с небесных тел началось первое изучение материального мира в движении, а следовательно во времени.
      Вместе с астрономией развивалась гномоника — наука о часах. (Гномон — указатель перемещения тени Солнца, по длине и направлению которой измерялось время.) Ясность неба в Вавилоне, Египте и Греции создавала благоприятные условия как для астрономических наблюдений, так и для использования гномонов и солнечных часов для измерения времени. Однако они были непригодны в пасмурную погоду и ночью. Поэтому наряду с солнечными получили распространение водяные часы, часто называвшиеся ночными. Применялись также песочные и огневые часы. В XIV — XVII вв. появились часы механические.
      Кроме астрономии и гномоники, никакая другая наука того далекого времени не интересовалась проблемой времени и его измерением. В математике время даже не упоминалось. В физике, как всеобщей науке о природе, применение средств для измерения времени было весьма ограниченно. Получили научную разработку геометрическая оптика и акустика по причине простоты эмпирических данных, составляющих основание этих наук, и возможности их математической обработки. Статичес-
      кая часть механики — эта геометрия сил — была разработана Архимедом; она также не нуждалась в измерениях времени. Химия, минералогия и биология носили описательный характер. Отсутствие интереса к проблеме времени и его измерению было связано с господством теологического взгляда на мир. Последний рассматривался как целесообразно устроенный, пребывающий в евклидовом пространстве в состоянии покоя, т. е. в статике, а не в динамике.
      Астрономия в Древнем мире и в Средние века использовалась для составления календаря, часто имевшего религиозный смысл. Гномоника служила также основой для конструирования солнечных и водяных часов, которые устанавливались в городах — на площадях, рынках, в храмах. Хронометрия Древнего мира и Средних веков не вышла в своем развитии из рамок создания несовершенных средств измерения времени, какими были солнечные, водяные, песочные и огневые часы.
      Теоретические выводы древней и средневековой астрономии наибольшее практическое применение имели в теории солнечных часов. При кажущейся простоте измерения времени с помощью солнечных часов в ходе разработки теоретических ее основ возникали и решались математические задачи о трисекции угла, о конических сечениях, о стереографической проекции и т. д. [74, 84, 182, 208,215].
      Решение задач гномоники на мусульманском Востоке в конечном счете привело к обоснованию и применению для этой цели формул прямолинейной и сферической тригонометрии [85, 281]. Создание солнечных, водяных, песочных часов, а также водяных часов в комплексе с астрономическими приборами способствовало развитию точной механики. Последняя служила связующим звеном между приборостроением и опытной наукой.
      К Маркс в 1863 г. писал Ф. Энгельсу, что часы «по своему характеру базируются на сочетании полухудожественного ремесла с теорией в прямом смысле» [4, 263]. Эта характеристика справедлива не только в отношении часов, но и всех других научных и измерительных приборов (астролябии, армиллярной сферы и т. д.).
      Развитие механических часов в XIV — XVII вв. рассматривается не только как переходный этап от немеханических часов к механическим, но и как неотъемлемая и существенная часть истории часов того времени, оказавшая наибольшее влияние на развитие как техники, так и философских взглядов. Появление механических часов в Западной Европе К. Маркс ставит в прямую связь с развитием науки и производства. «Часы порождены художественно-ремесленным производством вместе с ученостью, ознаменовавшей собой зарю буржуазного общества» [5, 418]. В другом месте он указывает, что «ремесленный период... оставил нам великие открытия: компас, порох, книгопечатание и автоматические часы» [1, 361].
      Результаты изучения математики и механики в эпоху Воз-
      рождения получили разностороннее применение сначала в Италии, а затем и в других странах Западной Европы при создании башенных часов в XIV — XV вв. Даже самые ранние башенные часы были с точки зрения механики весьма сложными, основанными на синтезе разнообразных механизмов, и у их создателей предполагали наличие обширных знаний и развитой художественно-ремесленной техники. Не случайно немецкие писатели XVI в. часовое ремесло, как указывает Маркс, называли «ученым (не цеховым) ремеслом» [4, 263].
      Однако распространение ранних механических часов не могло вытеснить применение водяных, песочных, солнечных и огневых часов. Итальянец Даниель Барбаро, написавший в 1556 г. свои знаменитые комментарии к «Архитектуре» Витрувия, свидетельствует, что в его время применялись, кроме солнечных часов, «колесные часы, а также песочные; первые удивляют искусством и изобретательностью, а вторые — удобством и простотой; существуют и огневые часы, в которых за известный промежуток сгорает известная часть фитиля, существуют и водяные часы...» [6, 328].
      XV — XVII века оказались временем наивысшего развития в Западной Европе гномоники, опирающейся не только на освоение учености классической древности и средних веков, но и на достижения новой гномоники. Ее выводы были использованы для создания солнечных часов, основанных на новых принципах.
      Определяющее влияние на развитие новой гномоники оказали переход Западной Европы на новое исчисление времени по равноденственным часам и необходимость создания солнечных часов, приспособленных к этому новому исчислению времени. Большое распространение в это же время имели в быту и на кораблях песочные часы, которые стали использоваться для регулирования смены вахт. Начали создаваться сложного устройства водяные часы, часто с использованием средств механики, применявшихся тогда для устройства механических часов.
      В XVII в. появляются карманные часы, но они оказались не настолько точными и надежными, чтобы их можно было применять для астрономических наблюдений. Поэтому астрономы продолжали пользоваться водяными и песочными часами. Даже Ньютон еще интересовался усовершенствованием водяных часов. Астроном Тихо Браге пользовался песочными или ртутными часами, поскольку обнаружил непригодность механических часов того времени для астрономических наблюдений. Галилей производил свои опыты над падением тел с помощью водяных часов.
      Потребность в часах с более высокой точностью хода была вызвана развитием экспериментального естествознания со времени Галилео Галилея, необходимостью определять долготу местонахождения кораблей при плавании по Атлантическому и Индийскому океанам и бурным развитием торговли, особенно в XVII в. Назревшая потребность в часах с точным ходом была
      решена путем изобретения маятника и системы баланс — спираль, которые обладают собственным периодом колебания и применяются в качестве регулятора хода. Они заменили несовершенный регулятор фолио, основанный на силовом замыкании со шпиндельным ходом путем передвижения вручную грузиков на концах коромысла. С этого времени стала развиваться классическая колебательная хронометрия. Началась новая история часов. Она излагается во второй части книги.
      Изобретение Галилеем и Гюйгенсом маятниковых часов не только открыло новую эру в хронометрии, но имело далеко идущие последствия для развития новой механики, основанной на изучении динамических систем. Галилей обнаружил изохронное свойство колебаний маятника. Гюйгенс, обосновывая теорию колебания маятника, пришел к созданию динамики материальных точек твердого тела. Созданная трудами Ньютона классическая механика открыла блестящую перспективу для развития техники и хронометрии на новой основе.
      Ньютон развил учение об абсолютном времени, бесконечно продолжающемся с неизменным постоянством. Ньютон представлял это движение по аналогии с идеальным часовым механизмом с вечным заводом, имеющим непрерывный и равномерный ход. Само собой разумеется, что такое движение возможно лишь при условии действия одинаковой и постоянной причины. Создание на подобной основе часов стало возможным только на высоком уровне развития науки и техники. Такими часами и являются современные атомные и молекулярные часы.
      Ньютон писал, что «возможно, и не существует в природе совершенно равномерных движений, которые могли бы послужить для точного определения времени»1. Но их можно технически воспроизвести, для чего, по мнению Н. И. Лобачевского, «мы должны устроить машину, дабы видеть равноту движения». Часы, по Лобачевскому, и являются таким прибором2.
      Теоретики и практики часового дела в XIX — XX вв. имели активную ориентацию на создание часов с вполне равномерным ходом. Эта задача решалась в ходе совершенствования маятниковых часов и балансовых часов со спиральной пружиной на основе освоения классической механики и физики и творческих поисков в этой области.
      В развитии классической колебательной хронометрии можно выделить три этапа, характеризующие последовательный ход усовершенствований маятниковых часов и часов, основанных на применении системы баланс — спираль.
      На первом этапе (конец XVII — XVIII в.) были созданы астрономические маятниковые часы с точностью хода 0,1 с, хронометр, пригодный для определения долготы на суше и на море, изобретен свободный анкерный ход для карманных часов. Этим заложена прочная основа для дальнейшего развития прецизионных часов на основе классической колебательной хронометрии.
     
      1 Ньютон И. Математические начала натуральной философии. — В кн.: Крылов А. Н. Собр. трудов. М., 1936, т. 17, с. 32.
      2 Лекции по механике Н. И. Лобачевского. — Изв. Самар, гос. ун-та, 1922, вып. 3, с. 21 — 24.
     
      На втором этапе (XIX в. — первые десятилетия XX в.) было достигнуто дальнейшее повышение точности хода маятниковых часов до 0,01 с благодаря применению хода «с постоянной силой» или свободного анкерного хода, инварного маятника, повышению изохронизирующего действия пружинного подвеса. Исключительное значение для повышения точности хода маятниковых часов имело применение для этого средств электротехники. Наивысшим достижением было создание в 1921 г. английским ученым Шортом электрических астрономических маятниковых часов с двумя маятниками: одним — свободным, другим — рабочим. Точность их хода 0,001 с.
      Дальнейшее повышение точности хода балансовых часов со спиральной пружиной было достигнуто благодаря усовершенствованию и технологическому освоению изобретенного в XVIII в. свободного анкерного хода, который во второй половине XIX в. вошел во всеобщее применение в карманных часах, а в первые десятилетия XX в. — и в наручных. Немалое значение для этого имело применение материалов из ферроникелевых сплавов (инвара, элинвара, ниварокса и др.) для балансовых пружин, а также достигнутые успехи в разработке теории хода балансовых часов на основе теоретических и экспериментальных исследований.
      На третьем этапе (после окончания второй мировой войны и до наших дней) развитие классической колебательной хронометрии доведено до наивысшего возможного уровня; по существу, были исчерпаны все ресурсы повышения точности и надежности хода маятниковых и балансовых часов на традиционно механической основе. Встал вопрос о применении в часах более добротных осцилляторов и новых средств техники. Были созданы конструкции наручных часов, пригодных для массового производства на основе взаимозаменяемости и всесторонней автоматизации.
      Точность измерения секунды повышалась не постепенно, а ступенями, по мере того как появлялись требования к повышению точности со стороны мореходства, промышленности, науки и техники. «Что было бы, — отмечает К. Маркс, — без часов в эпоху, когда решающее значение имеет стоимость товаров, а потому и рабочее время, необходимое для их производства?» [5,418].
      В условиях развивающегося капиталистического производства реальное значение времени и контроль за его использованием все более и более возрастают, в особенности в период развития позднекапиталистической экономики. Стало необходимым понижение средней нормы прибыли компенсировать повышением темпов производства и увеличением эксплуатации наемного труда путем введения скоростных машин и средств передвиже-
      ния. Производство вследствие такой его интенсификации начинает страдать хроническим недостатком времени. По мере проникновения машинной техники во все сферы хозяйства эта болезнь делается болезнью и индустриального общества в целом.
      XIX — XX века ознаменовались бурным развитием науки, что было бы невозможно без применения точных часов. В связи с этим во всех астрономических обсерваториях развилась служба точного времени, а с появлением радио — передача сигналов точного времени.
      В настоящее время трудно переоценить значение для науки повышения точности определения времени, связанной с развитием техники измерения времени. Вместе с тем это всегда влечет за собой и развитие науки.
      Измерение коротких интервалов времени приобрело, в частности, особое значение, когда было обнаружено существование элементарных частиц типа мезонов, гиперонов, нейтронов и антинуклонов. Время существования некоторых частиц чрезвычайно мало: оно не достигает даже микросекунды, и наблюдения над элементарными частицами стали возможны лишь благодаря тому, что научились производить физические измерения в очень коротких интервалах времени.
      Повышение точности измерения времени на 2 — 3 порядка в связи с появившейся возможностью применения для этой цели электронной схемы в сочетании с новыми осцилляторами (кварц, камертон, атом, молекула) открыло невиданные возможности для новых открытий. Развитие научной мысли не только ставило перед хронометрией все новые и новые задачи, но рано или поздно открывало средства для решения этих задач. И это весьма характерно для взаимосвязи развития науки и хронометрии [18].
      Новейшая и современная история часов изложена в третьей части книги. Наибольший прогресс в техническом воспроизводстве равномерных движений для целей измерения времени был достигнут только благодаря изобретению и совершенствованию кварцевых и атомных часов, когда наука перешла от изучения макромира к микромиру. Изобретение и совершенствование кварцевых часов в 20 — 30-х годах XX в. было вызвано развитием пьезотехники — новой области радиотехники, исследующей явления пьезоэлектричества и использование их для конструирования различной радиотехнической аппаратуры. С помощью кварцевых часов точность измерения секунды может быть доведена до (3-4-4) 10"11. Точность эта такова, что дает возможность уловить ничтожно малые колебания при вращении Земли вокруг оси. Изобретение кварцевых часов открыло колоссальные возможности в развитии приборов времени с использованием средств электроники.
      Усовершенствования в области радиочастотной спектроскопии и электроники позволили создать в 1955 г. атомные часы, основанные на использовании квантовомеханических осцилляторов — молекул и атомов. С их появлением стало возможным осуществить окончательный переход от измерения времени на основе вращения Земли к измерению всех интервалов времени, включая продолжительность суток и года, в атомных единицах.
      Современная наука и техника дают возможность измерять резонанс атома более точно, чем движение звезд и планет, и этот резонанс оказался более устойчивым, чем движение планет.
      В настоящее время наилучшим эталоном времени признан водородный мазер, изготовленный в Швейцарии, с шириной спектра 1 Гц; его стабильность может быть доведена до 10~13. Имеются и другие атомные эталоны единицы времени. В Англии с 1958 г. в качестве базы единицы времени принят цезиевый эталон с атомно-лучевой трубкой. Измерять время и частоту с помощью этих часов можно с точностью до МО-11, в то время как астрономическими средствами (по разности между последовательными пересечениями звезд меридиана) с такой точностью время не может быть определено.
      Атомные часы поистине являются детищем атомного века; они позволили повысить точность измерения секунды по меньшей мере на три порядка и произвели настоящую революцию в технике измерения времени [29, 172]. После этих изобретений хронометрия стала важным направлением современной научно-технической революции и адекватной по своим возможностям ее требованиям.
      Развитие радиоэлектронных полупроводниковых приборов начиная с 50-х годов нашего столетия открыло новые значительные перспективы в отношении создания не только электромеханических, но и электронно-механических наручных часов. Так, в 1959 г. были созданы камертонные наручные часы с применением электронных схем на транзисторах, а в 1967 г. — наручные часы с кварцевым осциллятором на интегральных схемах со стрелочной и цифровой индикацией. Точность хода новых наручных часов на несколько порядков выше, чем у обычных карманных часов. С каждым годом значение применения электроники в создании новейших приборов времени увеличивается, и в настоящее время точная механика и электроника уже вполне породнились в этой области между собой. Отсюда тесная связь электротехники и электроники с точной механикой в практике современной часовой промышленности. Специалист в области точной механики теперь не имеет права ограничивать себя только механическими решениями, а должен выбирать оптимальный для данных условий вариант, будь он только механическим или электрическим или тем и другим.
      Уорд [43, 39] приводит диаграмму роста точности хода часов со времени появления механических часов до наших дней (рис. 1). По диаграмме можно судить о динамике повышения точности хода часов. Пока в качестве регулятора шпиндельного хода применяли фолио, повышение точности хода часов происходило крайне медленно. Только после изобретения маятниковых часов стал возможен ускоренный прогресс. Он особенно увеличился после изобретения электрических часов с двумя маятниками. Подлинная революция в этой области произошла после изобретения кварцевых и атомных часов. На диаграмме хорошо видны эти узловые моменты («скачки»).
     
      Часть 1
      ИСТОРИЯ ЧАСОВ ДРЕВНЕГО МИРА И СРЕДНИХ ВЕКОВ
     
      Потребность в средствах измерения времени появилась еще в доисторический период развития культуры. Уже тогда люди стали воздвигать грандиозные сооружения — ориентиры, по которым можно было бы судить о последовательности времен года; с их сменой были связаны созревание плодов, злаковых культур, сезонные передвижения птиц. Часть сооружений подобного типа сохранилась, и мы можем судить, какой грандиозный труд затрачен на их создание.
      Одним из таких грандиозных мегалитических сооружений является Стоунхендж, построенный на рубеже каменного и бронзового веков, примерно через тысячу лет после египетских пирамид. Создание его совпало по времени с расцветом минойской цивилизации. Никакое другое мегалитическое сооружение Европы не насчитывает столько шлифованных камней. Если смотреть на Стоунхендж с земли (рис. 2), нельзя заметить никакого порядка. Он внушителен только тогда, когда его обозревать в плане, сверху. Некогда камни-монолиты стояли в правильном порядке в виде сложной фигуры. Теперь уже этот порядок йо многом нарушен.
      Главная ось Стоунхенджа, направленная вдоль аллеи, указывает на точку восхода Солнца в день летнего солнцестояния; когда восход можно было наблюдать над пяточным камнем. Основные и часто повторяющиеся ориентиры, наблюдаемые в Стоунхендже, были сознательно, точно и искусно направлены н Солнце и Луну. По этим ориентирам можно было фиксировать все важнейшие точки восходов и заходов Солнца и Луны в различных стадиях их видимого перемещения по небесной сфере.
      В центре сооружения (рис. 3) имеется огромный круг диаметром 38 м, состоящий из 30 голубых камней-монолитов высотой 5 м, между которыми можно было видеть горизонт и с удивительной точностью вести календарный счет дням. Перемещая каме-шек-метку по кругу голубых камней кажное утро и каждый вечер, можно было получить 297г суток — число, близкое к лунному месяцу. Посредине круга лежал огромный плоский камень, служивший алтарем; в отдалении стояла заостренная кверху колонна-гномон, служившая для установления визуальной линии от алтаря к восходящему Солнцу во время летнего солнцестояния.
      Другой круг, расположенный концентрически с первым, состоял из 56 лунок. Это кольцо из ям. Диаметр кольца 87,8 м с промежутками между центрами лунок 4,8 м. Точное размещение 56 точек на такой окружности представляло собой немалое техническое достижение. Лунка служила для отсчета лет (по лунке на каждый год). Число 56 — это наименьшее число лет, за которое Луна завершает цикл своего движения по небосводу; он служит для того, чтобы предсказывать все предельные положения Луны в данное время года, а также затмения Солнца и Луны. Число 56 оказалось одной из самых старых, самых загадочных тайн Стоунхенджа. Этот 56-летний интервал между восходами зимней Луны над камнем D сохранялся на протяжении многих столетий и состоял из трех циклов в 19+19+18 солнечных лет. Точный интервал для восхода Луны над камнем D определялся жрецами Стоунхенджа в 18,81 солнечных лет. Он несколько отличается от метонового цикла, состоящего из полных 19 солнечных лет, по прошествии которого фазы Луны приходят на те же дни солнечного года. Хотя метонов цикл более удобен, но цикл в 18,81 был более точным, если учесть, что в среднем на 18-летний интервал приходились два 19-летних.
      Камни D и F определяли предельные азимуты восходов Луны на протяжении лунного цикла, когда Луна доходила в свое прежнее положение по прошествии 18,81 солнечных лет. За этот период северная точка восхода Луны передвигается от D к пяточному камню, затем к точке F, а потом вернется к D. Таким образом, эта точка из-за отставания узлов лунной орбиты колеблется, как маятник, из стороны в сторону в пределах аллеи. Луна находится над камнями D и F каждые 37 или 38 лет; она возвращается в свое положение каждые 56 лет, или, говоря иначе, так Луна завершает цикл своего движения по небосводу.
      Установлено, что если взять три белых камешка а Ь, с и положить их в лунки с номерами 56, 38, 19, а затем взять три черных камешка х, у, z и положить их в лунки с номерами 47, 28 и 10 и каждый год, скажем в день летнего и зимнего солнцестояния, перекладывать камешки-метки по кругу в соседние лунки, то эта простая операция позволила бы точно предсказывать все важные лунные события на протяжении многих сотен лет.
      Стоунхендж мог служить надежным календарем для предсказания смены времен года в связи с потребностью регулирования сельскохозяйственных работ. По нему можно было также определять приближение солнечных и лунных затмений. В ранней истории человечества религия и религиозные обряды и календарь неотделимы друг от друга.
      Предполагают, что Стоунхендж был не только обсерваторией и солнечным каменным календарем, но и служил местом для
      проведения праздника по случаю наступления летнего солнцестояния. И еще даже теперь в день, когда Солнце оказывается точно над заостренной колонной, сюда по традиции стекаются любители посмотреть на это зрелище.
      Об этом сооружении сохранилось немало легенд и сказаний, но только в XX в. проявился научный интерес к разгадке тайны Стоунхенджа. В 1901 г. выдающийся английский астроном Норман Локьер первый научно доказал идею об астрономической ориентации Стоунхенджа. Он провел расчет и показал, что постройка этого сооружения относится к 1880 — 1480 гг. до н. э.
      Современный исследователь Дж. Хокинс на основе научных расчетов с использованием электронно-вычислительной машины получил для времени постройки Стоунхенджа близкую к результатам Локьера дату — 1850г. до н. э. В результате тщательных исследований Хокинс пришел к выводу: «Сейчас уже нельзя сомневаться, что Стоунхендж представляет собой обсерваторию» [98, 10].
      Крупнокаменные постройки с астрономической целью создавались и в Древнем Египте, и в Вавилоне. Известно, что пирамиды были ориентированы по странам света, а вход в них имел направление на Полярную звезду. Многоэтажная Вавилонская башня была построена тоже для астрономических наблюдений.
      Можно утверждать, что обелиски Древнего Египта, эти своеобразные гномоны, отмечавшие определенные периоды дня, служили указателями времени. Они воздвигались во многих частях мира. Вблизи Каира находится один из гигантских обелисков, который был воздвигнут за 3 тыс. лет до н. э. Его подобием является обелиск «Игла Клеопатры», ныне находящийся в Лондоне. Первоначально первый из этих обелисков стоял перед храмом Солнца; предполагают, что богослужение начиналось тогда, когда тень Солнца от обелиска падала против входа в храм.
     
      Глава I ЧАСЫ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА
      Солнечные и водяные часы Древнего Вавилона
      Современные историки древнего мира утверждают, что третье тысячелетие до нашей эры было великой творческой эпохой в области материальной и духовной культуры на берегах Тигра и Евфрата [88, 25].
      Астрономия и астрономические наблюдения достигли весьма высокого уровня развития. Была установлена связь гелиакических восходов звезд с полевыми работами. Особенно существенно, что время летнего солнцестояния связывалось с гелиакическим восхождением наиболее яркой звезды — Сириуса.
      Исследования Нейгебаузра и Мартини показали, что ориентировка древневавилонских храмов производилась по большому кругу небесной сферы, который около 3 тыс. лет до н. э. проходил через Полюс мира. Это расположение храмов можно проследить примерно до 2880 г. до н. э. Храмы, построенные в четвертом тысячелетии, такой ориентировки не имеют [54, 6 — 7]. Бесспорно, это было сделано в итоге использования результатов, полученных благодаря астрономическим наблюдениям, на основе которых уже в третьем тысячелетии до н. э. в Древнем Вавилоне развивалась звездная астрономия [74, 111].
      Говоря об астрономических достижениях древних вавилонян, еще недавно упускали из виду их большие успехи в области математики. После открытий, сделанных немецким историком математики О. Нейгебауэром и французским ассириологом Ф. Тюро-Данженом, есть все основания утверждать, что достижения древних вавилонян в области математики были столь же велики, как и в области астрономии. Благодаря этому древние вавилоняне могли заложить основу для развития научной астрономии, создать фактическую основу для последующих обобщений в астрономии. Вавилоняне при астрономических наблюдениях не могли, разумеется, обходиться без применения тех или иных инструментов. Известно например, применение ими меридианного инструмента, который был использован во времена древнеассирийского царя Тукульгинурта I (1260 — 1232 до н. э.) при перестройке дворца. В то время были также хорошо знакомы с солнечными и водяными часами [159, 75].
      Геродот рассказывает, что греки заимствовали гномон из Вавилона [59, 112]. Достоверность этого сообщения теперь находит подтверждение в древневавилонском тексте «Mul Apin». Наиболее ранние сохранившиеся копии этого текста относятся примерно к 700 г. до н. э., но они, несомненно, основаны на более старом материале и содержат сводку астрономических знаний того времени. Там имеется таблица с данными о правильном использовании гномона. Витрувий свидетельствует, что тип полусферических солнечных часов, циферблат которых изготовлен в виде полости, вогнутой наподобие чаши, был также заимствован древними греками у вавилонян. Как показал бельгийский историк Франц Кюмон, заимствования древними греками у вавилонян счета и меры, в основе которых лежали числа 12 и 60, а также солнечных часов и основных астрономических понятий восходят ко времени установления торговых сношений между азиатским Востоком и ионийскими городами [118].
      Полусферические солнечные часы (рис. 4) были инструментом, весьма нужным древневавилонским астрономам. Они приспособили их для определения не только дневного, но и ночного времени. Последовательное восхождение двенадцати созвездий (знаков зодиака) каждую ночь на расстоянии одного часа один
      от другого отмечало ночные часы. Зная восхождение каждого из этих созвездий, можно было судить о том, какой час ночи.
      Как показал П. Таннери [94, 86 — 90], халдейские астрономы сделали все необходимое для того, чтобы солнечные часы полусферического типа были пригодны для астрономических наблюдений. У них был устроен из металлических проволок, образующих сетку, шар такого размера, что он мог легко скользить по циферблату, образованному наподобие чаши. Этот шар был опоясан большим кругом, изображающим эклиптику; на круге были изображены знаки зодиака с соблюдением их угловых расстояний. Зная, в каком знаке зодиака находится Солнце, легко было определить соответствующее Солнцу место на проволочной сфере. Таким образом халдейские астрономы определяли угловые расстояния небесных светил, а также положение их на небесном своде. Шар с меридианами и параллелями, с начерченными на них делениями давал возможность
      Рис. 4. Древневавилонские полусфе заметить разницу между СОЛ-рические солнечные часы нечным И звездным временем И
      сравнить дневное движение Солнца с ночным движением звезд эклиптики или тех же звезд, которые ночью проходили тот же путь, который накануне был пройден Солнцем. Это сравнение, осуществленное с помощью водяных часов (клепсидры), позволило установить угловое положение Солнца по отношению в звездам. Перенося эти положения на эклиптику, выяснили, что движение Солнца по эклиптике неравномерно. У халдеев существовали уже соответствующие таблицы сравнения солнечного и звездного времени, подтверждавшие эту неравномерность движения Солнца по эклиптике.
      Развитие солярной и звездной астрономии в Древнем Вавилоне послужило основой для зарождения и последующего развития гномоники. Древневавилонских и древнеегипетских астрономов надо считать отцами астрономии и гномоники.
      В Древнем Вавилоне водяные часы применялись, по-видимому, с незапамятных времен. Свидетельство о существовании там водяных часов содержится в манускрипте, опубликованном Ней-гс-нбауэром 4. Во всяком случае, уже при Ассурбанипале (640 г. до н. э.) вавилоняне пользовались водяными часами. Это были сосуды цилиндрической формы, из которых медленно вытекала вода. Цилиндры наполнялись водой на восходе Солнца. Когда опустошался цилиндр, глашатай предупреждал об этом; задень это случалось 5 — 6 раз [30, 1235].
      1 Mathematische Keilschrift-Texte. Berlin, 1935, v. 1.
      Солнечные, звездные и водяные часы Древнего Египта
      Древние египтяне обнаружили выдающиеся способности в астрономии; об этом говорят не только их календари, таблицы восхождения и кульминации звезд, но и замечательные инструменты, которые они применяли для астрономических наблюдений: солнечные часы, инструмент для определения азимута звезд, состоявший из вертикального отвеса и вилкообразного жезла, и др. Образцы таких инструментов сохранились в каирском и берлинском музеях, а точные копии их имеются во многих египтологических и астрономических коллекциях.
      Кроме солнечных и звездных часов, основанных на данных наблюдений за движениями небесных тел, в Древнем Египте были распространены еще и водяные часы.
      Самое раннее известие, дошедшее до нас, относительно существования солнечных часов в Древнем Египте датируется временем царствования фараона Тутмоса III (1521 — 1473 гг. до н. э.). Этот царь совершил несколько десятков походов как в Азию, так и в Нубию. В описании одной битвы в ущелье Манедо, которую он вел во время своего первого похода в Азию, имеется упоминание, что армия выступила в полдень, когда тень солнца «повертывается» [102, 15]. Определить этот критический момент можно было только по солнечным часам, которые Тутмос III мог иметь при себе.
      Если самое первое упоминание о древнеегипетских солнечных часах пока связано с именем Тутмоса III, то, как справедливо указывает египтолог Д. Г. Брестед [113], это не значит, что до него в Древнем Египте не было солнечных часов.
      На гробнице Сети I (ок. 1300 г. до н. э.) имеется изображение простых солнечных часов с описанием способа пользования ими. Еще одни солнечные часы известны от времени царствования фараона Мернефта (1258 — 1239 гг. до н. э.), которые были найдены в Палестине (рис. 5); часовые линии, расходящиеся от центра, нанесены на плоскости; по ним определяли время, как и на современных солнечных часах, по направлению тени. С подобным устройством циферблата солнечные часы могли быть и вертикальными, и горизонтальными. По древнеегипетским солнечным часам такого типа более или менее правильно определяли часы дня лишь во время весеннего и осеннего равноденствия; в остальное время они показывали часы дня весьма приблизительно, но такие часы с равными делениями циферблата были полезны для астрономов [113].
      В настоящее время известно несколько образцов египетских солнечных часов, хранящихся в различных музеях мира; все они были приспособлены к измерению времени не по направлению, а по длине тени, отбрасываемой гномоном. На рис. 6 представлена репродукция солнечных часов. До второй мировой войны их оригинал находился в Новом музее в Берлине.
      Рис. 5. Египетские солнечные часы XIII в. до н. э.
      Эти часы, изготовленные из зеленого сланца, представляют собой стержень прямоугольной формы с поперечиной на конце. На стержне нанесены точки-выемки, отмечающие часы дня. Прибор должен помещаться так, чтобы основание было направлено с востока на запад, а тень от вертикальной поперечины падала на основание, на котором нанесена шкала «часов». Время от восхода Солнца до высокостояния (полдень) было разделено приблизительно на шесть частей. На рассвете тень от вертикальной поперечины падала по направлению к западу и отмечала при восходе Солнца первый час на самом дальнем конце осно-
      вания. По мере того как Солнце восходило на восточном небе, тень постепенно укорачивалась до тех пор, пока в полдень не пропадала. Затем прибор поворачивался в обратном направлении. Тогда отметка тенью последующих часов происходила начиная от дальнего конца по направлению к вертикальной поперечине, так что 7-й час отмечался на самом дальнем конце, а последний, 12-й — у самой поперечины.
      На одном конце прибора имелся свинцовый отвес, с помощью которого производилось выравнивание основания по направлению к горизонту.
      Другой формой древнеегипетских солнечных часов были ступенчатые, или лестничного типа солнечные часы (рис. 7). Борх-гардт, первый описавший их, указывает, что устанавливались они для наблюдения за тенью Солнца в направлении восток — запад. Свет падал на малого размера лестничнообразные ступени, которые служили также и гномонами.
      Ступени расположены по шесть с каждой стороны. При восходе Солнца тень от восточного блока падает точно на передний край верхней ступени. При восхождении Солнца по небосводу тень постепенно опускается со ступени на ступень вниз, достигая нижней ступени в полдень. После полудня тень перемещается с восточного блока на западный и с нижней ступени поднимается вверх и к моменту захода Солнца оказывается на верхней шестой ступени [31, 7].
      Археологами недавно найден и поздний тип египетских солнечных часов, более усовершенствованный (рис. 8). Они относятся уже, по-видимому, к периоду Римской империи и состоят из маленького клина с прямоугольным блоком При пользовании прибор устанавливается так, что тень блока падает на прямоугольную поверхность, имеющую уклон; на нем нанесены деления для определения времени по длине тени. Деления предусмотрены для каждого месяца года, причем одно деление может служить для двух равноотстоящих от равноденствия месяцев.
      На древних солнечных часах деления наносили исходя из практического опыта, потом стали наносить на основе теоретического расчета, правда неверного, как было установлено исследователями. Египтянам было известно, что тень, отбрасываемая гномоном, различна в зависимости от времени года, но так как разница практически была не слишком велика, то она не учитывалась.
      Последовательность, существующая в смене гелиакических восходов звезд в течение года (от одного восхода Сириуса до другого), привела египтян к измерению времени при помощи звезд (или группы близлежащих звезд). По египетскому календарю месяцы были разделены на декады; на декады же были разбиты и службы часов-звезд, выполнявших функции. измерения времени. Ими могла служить любая последовательность звезд или созвездий, восходы которых наступают с десятидневными интервалами. Такие часы-звезды теперь известны под названием «деканов»; они принадлежат полосе неба, расположенной примерно параллельно эклиптике, к югу от нее. Отвечающие деканам десятидневные интервалы заполняют весь год. Соответственно тому как год делился на 36 декад, нужно было иметь 36 деканов, которым в египетских звездных часах соответствовали 36 колонок, разбитых, в свою очередь, каждая по 12 строк по числу часов ночи, определяемых по восходу 12 деканов в каждую ночь. Пользующийся этими данными мог знать час ночи по восходу декана, записанного в соответствующей декаде месяца.
      В эллинистическую эпоху были установлены твердые соотношения между египетскими деканами и вавилонским зодиаком: каждый декан составлял 10° эклиптики.
      Сириус и Орион принадлежали к ведущим членам созвездий — деканов. Положение пояса деканов по отношению к экли-
      Рис. 9. Инструменты для наблюдения прохождения звезд по меридиану (а) и порядок их использования для этой цели (б)
      птике и экватору, а также к Сириусу и Ориону было вполне определенным.
      Расчет ночных часов по деканам в Египте ко времени Нового царства утратил свое значение. Для этой цели восход звезд был заменен моментом их кульминации. Ночное время египтяне стали определять наблюдая за прохождением звезд через меридиан. Для того чтобы использовать ночное небо в качестве звездных часов, нужно было прежде всего составить звездную карту. В гробницах Рамзеса VI, Рамзеса VII и Рамзеса IX в Бибангель-Моллюке и были найдены такие карты с таблицами. В таблицах для начала ночи и для каждого из ее 12 часов указывались определенная звезда и место, где она будет видна: «над левым ухом», «над правым ухом», «над левым плечом», «над правым плечом» (74, 99].
      Для фиксирования положения звезд при наблюдениях пользовались визировальной доской и отвесом (рис. 9). Для выполнения наблюдений нужны были два человека. Наблюдатель садился лицом к северу и держал перед собой дощечку и отвес. Напротив наблюдателя садился его помощник, который также держал отвес. Воображаемая линия от глаза наблюдателя к Полярной звезде должна была проходить через расщеп визировальной дощечки и оба отвеса [74, 99]. Время прохождения звезды через плоскость, определяемую этой воображаемой линией и отвесами, являлось моментом прохождения ею меридиана местности, на основании чего и составлялись звездные карты, образцы которых нам известны.
      Рис. 10. Египетские водяные часы в виде конусообразной алебастровой чаши
      Рис. 11. Основные расчетные размеры сосуда для конструирования водяных часов конусообразной формы
      Современные исследования Нейгебауэра подтвердили существование в Древнем Египте этих звездных часов [74, 94].
      В Древнем Египте водяные часы применялись задолго до нашей эры. Одни такие часы были найдены в Карнаке, они относятся к Среднему царству. Ученые считают возможным датировать их царствованием Аменхотепа III (1415 — 1380 гг. до н. э.). Они состояли из алебастровой чаши с маленьким отверстием в дне (рис. 10), через которое вода могла вытекать.
      Водяные часы применялись для измерения времени в закрытых помещениях, чаще всего в храмах при совершении богослужения, когда требовалось строго учитывать время. Каждый час дня был посвящен одному божеству, и каждому посвящалась особая молитва. Водяные часы употреблялись и как дополнительный прибор при ночных.астрономических наблюдениях.
      Поэтому они назывались также «ночными часами» и были рассчитаны только на 12 ночных часов.
      Водяные часы были двух видов — наполняющимися и вытекающими. Судя по описанию Гераполдония (кн. 1, гл. XVI) и по образцам, сохранившимся от александрийско-римской эпохи, наполняющиеся водяные часы состояли из двух сосудов: первый сосуд был установлен на некотором возвышении вместе с сидящей фигурой бога Тота — бога науки, письменности и ачета (он изображен в виде павиана); второй сосуд расположен под первым сосудом, из которого по трубке, установленной под фигурой бога, вытекала вода и наполняла второй сосуд. На стенках второго сосуда были нанесены деления; в зависимости от того, до какого уровня они наполнялись водой, и определялось время. Вытекающие часы представляли собой каменный сосуд в форме усеченного конуса, в дне которого имелось маленькое отверстие, из которого капля за каплей вытекала вода. Конусообразная форма сосуда обеспечивала равномерность вытекания воды. При такой форме сосуда уровень воды при ее истечении падает почти равномерно и постепенно, что компенсируется соответствующим уменьшением площади поперечного сечения в нижней части сосуда. Это давало возможность наносить на внутренней поверхности клепсидры деления на равном расстоянии друг от друга. Нанесение этих делений, однако, усложнялось необходимостью учитывать изменяющуюся длительность самого часа как единицы измерения времени — коротких летних часов и более длинных зимних. Учитывая это, деления делались на внутренней стороне клепсидры в виде небольших точек-выемок, расположенных в 12 столбцах, из которых каждый предназначен одному месяцу. На каждом из этих 12 столбцов, в свою очередь, наносились другие 12 точек, соответствующие часам ночи, причем точки, отмечающие часы ночи, располагались не на одном уровне. Таким образом учитывалась колебание продолжительности ночи в различные времена года.
      В Оксиринеком папирусе, датируемом 200 — 300 гг. н. э., дается расчет для устройства вытекающей клепсидры. Из него следует, что сосуд должен иметь такие размеры: верхний диаметр — 24 пальца (F — палец — 18,75 мм), нижний — 12 пальцев, высота сосуда — 18 пальцев. Это дает усеченный конус, у которого диаметр основания относится к высоте, как 1:3, т. е. с углом при основании 71°34" (рис. 11).
      Мы не з.наем, каким образом египтяне нашли эту форму для сосуда, которая действительно дает возможность вытекать воде с достаточно равномерным понижением уровня. Однако факт этот должен быть отмечен. Такой сосуд не давал все же полной равномерности понижения уровня воды, некоторая ошибка здесь была. Значительно точнее был бы конус с отношением диаметра основания к высоте, как 2:9, т. е. с углом в 77°, но и не вполне точная клепсидра могла удовлетворять тем требованиям, которые ей предъявлялись египтянами. Более точным был бы сосуд в форме параболоида.
      Солнечные и водяные часы в древних Иудее, Китае, Индии, Перу и Родезии
      В Библии, в книге пророка Исайи, рассказывается, как царь Ахаз, когда ему была предсказана скорая смерть, вымолил у бога отсрочку и будто бы «бог отвел часовую тень на десять степеней, на которые она передвинулась по солнечным часам».
      Ахаз, иудейский царь (734 — 728 гг. до н. э.), теснимый идумеями и филистимлянами и в то же время царями израильским и дамасским, призвал на помощь ассирийского царя Тиглас-Палласара, которому передал все сокровища храма и царского двора. Тиглас-Палласар справился с врагами Ахаза, но принудил его признать свое верховенство, оплатить дань и ввести в Иерусалиме поклонение ассирийским языческим божествам.
      По мнению большинства историков, тот же Ахаз заимствовал из Ассирии и свои солнечные часы. Но какая была форма у часов, упоминаемых в Библии, неизвестно. На слово «степени», приводимое в 8-м стихе 36-й главы книги пророка Исайи, учеными сделан ряд комментариев. Одни считают, что столб, установленный вне царского дворца, посылая тень на проходную ступенчатую террасу, по которой, двигаясь, она показывала время. У. М. Бозенкует считает, что эти часы имели такую же форму, какая была принята в Вавилоне, в связи с исправлением календаря в; 747 г. до н. э., за 19 лет до вступления Ахаза на царство. Они представляли собой гномон, который находился в комнате без потолка, куда и проникали лучи света; тень от гномона двигалась по ступеням, служившим для отсчета времени. Такие комнаты в обсерваториях Востока имелись до середины XVIII в. У. М. Бозенкует допускает возможность использования этого гномона для научных целей.
      Более правдоподобным и обоснованным является, однако, предположение, и на этом сходятся многие исследователи, что часы Ахаза представляли собой обычный гномон, вокруг которого была устроена терраса, спускающаяся ступенями. По количеству покрытых тенью ступеней судили о времени дня.
      Астрономия Китая берет начало в глубокой древности. Для выполнения астрономических наблюдений китайские ученые изобретали различные приборы и инструменты [144, 302 — 312, 316 — 329]. В VII в. до н. э. в Китае научились определять времена года с помощью гномона («тугуя»). По длине его тени в полдень установили даты летнего и зимнего солнцестояния, весеннего и осеннего равноденствия. В книге установлений династии Чжоу в разделе «Ка,о Чунджи» говорится именно о «прямом шесте, который был поставлен, чтобы следить за его
      тенью», и об использовании этих наблюдений для определения времени зимнего и летнего солнцестояния и удаленности Солнца от Земли.
      В другом китайском источнике сказано: «По наблюдению за солнечной тенью в период зимнего и летнего солнцестояния можно определить эклиптику. По наблюдениям солнечной тени в период осеннего и весеннего равноденствия можно определить экватор. Зная эклиптику и экватор, можно вычислить высоту северного полюса» [91, 46].
      В yin — III вв. до н. э. в астрономии Китая были достигнуты весьма значительные успехи. К этому периоду относится составление сводного звездного каталога («Гань Ши син цзин»). В каталоге указано расположение по эклиптике 120 неподвижных звезд и расстояние в градусах от Северного полюса.
      На рис. 12 показан древнекитайский гномон. При раскопках в районе Цзыюнь провинции Гуйчжоу были обнаружены нефритовые солнечные часы (рис. 13). Судя по иероглифам, они относятся к периоду, предшествовавшему династии Хань (III в. до н. э.). Эти часы представляли собой каменный диск, установленный в плоскости, параллельной экватору. В центре диска, перпендикулярно к нему, укреплялся гномон (бронзовый стержень), параллельный оси мира. На верхней и нижней частях диска были нанесены деления и подписаны названия двенадцати китайских сдвоенных часов соответственно «таблице циклических часов». В момент прохождения Солнца через меридиан тень от стержня падала точно в северном направлении, и часы указывали полдень. При этом после дня весеннего равноденствия наблюдения за тенью проводились по верхней части диска, а после дня осеннего равноденствия — по нижней.
      Некоторые китайские источники свидетельствуют, что водяные часы в Китае были известны уже во времена Хуан-ди (2696 — 2597 гг. до н. э.). Другие источники относят появление этих часов к эпохе царствования Я-о (2337 г. до н. э.), что вряд ли соответствует действительности. В книге «Чжоули», более древней, чем «Хан», трактующей об обычаях и церемониях, говорится: «Нужно очень внимательно отмечать полные обороты планеты Юпитера и устанавливать, чтобы время ночи делилось на промежутки и чтобы об этих отмеченных промежутках люди предупреждали ударами в деревянные планки и что имеются водяные часы, которые измеряют время этих промежутков» [35, 22]
      Дошедшие до нас источники подтверждают, в частности, существование в Древнем Китае особого четырехугольной формы бассейна, в который равномерно поступала вода из подвешенной над ним вазы. Уровень воды в бассейне, т. е. время, измеряли по делениям, нанесенным на стенке бассейна.
      Китайские авторы XI в. до н. э. упоминают о водяных часах, из которых вода постепенно вытекала через клюв птицы и падала в сосуд-водоприемник, поставленный на весы. Один фунт воды составлял одну «ке» (100 минут в переводе на наше исчисление времени).
      Наибольшее распространение в Китае получили водяные часы из нескольких сосудов, наполненных водой и расположенных один выше другого. У каждого сосуда сбоку проделывалось отверстие, через которое вода постепенно (с заданной скоростью) переливалась в нижестоящий сосуд. Вода из всей системы сосудов собиралась в последнем, самом нижнем, где имелась градуированная шкала, показывающая уровень воды, т. е. время суток.
      Самые ранние часы такого устройства имели Только два медных сосуда и созданы были около 1100 г. до н. э. Чтобы зимой вода не замерзала, она подогревалась (рядом находилась печь).
      Примерно около 700 г. до н. э. входят в употребление часы с тремя, четырьмя и более медными сосудами, расположенными один над другим (рис. 14).
      Уже в древности гномоны получили широкое распространение. Мы видим их не только в старинных культурных очагах Средиземноморья, но и около тропиков. Плутарх отмечает, что «гномоны Сиены оказались лишенными тени к летнему солнцестоянию, потому что Сиена расположена на широте 24°б —
      немного к северу от тропика Рака. Солнце в это время находится над головой и не может давать тени». В полдень там можно видеть Солнце, находясь на дне глубокого колодца; другими словами, Солнце тогда стоит в зените, следовательно, его высота 90°. В Александрии по наблюдениям тени вертикального шеста или гномона Солнце оказывалось в то же самое время удаленным от зенита на 7° 12.
      Астрономы и географы древнего мира старательно отмечали все, что было примечательного в отношении показания гномона. Так, Страбон сообщает о стране, где «гномон установлен перпендикулярно к плоской поверхности; тень, которая отбрасывается им в полдень, падает сначала к одной, а затем к другой стороне. Это, однако, имеет место только в тропиках, а у нас тень всегда падает к северу» [92, 17].
      О весьма большом распространении солнечных часов в Древней Индии и вообще в странах буддизма свидетельствуют «Законы буддийского духовенства». Там содержится предписание, обязывающее кандидатов на священство знать и уметь разделять на части день по длине тени Солнца, определять смену времени года и т. д. Умение обращаться с солнечными часами считалось столь же нужным, как и знание учения Будды.
      В Индии водяные часы изготовлялись в виде кораблика, который пускали в сосуд, наполненный водой. Кораблик имел пробоину, через которую постепенно входила вода; мало-помалу он начинал погружаться и наконец опускался на дно. Время, необходимое на погружение, и составляло единицу измерения времени [72, 217].
      Народы Древней Мексики и Перу до завоевания их испанцами уже были знакомы с устройством и применением гномона. Прескотт в своем труде «История завоевания Мексики» [148, 58 — 59] сообщает о памятнике материальной культуры из драгоценного камня, найденном в 1790 г. на центральной площади мексиканской столицы. Было установлено, что он мог использоваться как календарь, который был высечен на камне, так и в качестве вертикальных солнечных часов.
      Прескотт установил, что перуанцы имели замечательной работы колонны, служившие в качестве солнечных часов. С их помощью они научились определять также время равноденствий и солнцестояний. Перуанцы говорили, что, когда от полуденных лучей Солнца тень падает от колонны и становится видимой, в это время «бог в полном блеске садится на колонну». Известно, что перуанцы обоготворяли Солнце [149, 61].
      Завоеватели испанцы варварски уничтожили памятники древней культуры; в их числе были уничтожены и колонны, которые испанцы принимали за идолов.
      В Родезии в 1892 г. археологами найден огромного размера гномон, установленный за тысячу лет до нашей эры.
      В странах Древнего Востока — в Древнем Египте, в Древнем Вавилоне и в Древней Индии — астрономы были в то же время жрецами; их занятия астрономией были связаны с религией. Приемы счета времени, открытые с помощью наблюдения за движением небесных светил, были использованы для установления в храмах твердого порядка богослужения. Но это не мешало передовым умам сосредоточивать внимание и на чисто астрономических вопросах, на изобретении и усовершенствовании необходимых для астрономических занятий средств измерения времени. Этот црогресс знаний в области астрономии и измерения времени в странах Древнего Востока продолжался до тех пор, пока не была установлена твердая календарная система. Жрецы перестают быть астрономами и в угоду религии начинают отдавать цредпочтение астрологии. Древневосточная наука оказывается в тисках традиции либо застывает в рутине. Так было в Древнем Вавилоне, в Египте и у других древневосточных народов. Только в Древнем Китае астрономы были не жрецами, а профессиональными деятелями в этой области, что положительным образом влияло на развитие астрономии.
      Распространенное мнение, будто наука Древнего Востока сводилась только к чисто эмпирическому накоплению фактов, нельзя считать достоверным. Известно, что египтяне и вавилоняне передали грекам ряд важных математических положений и астрономические знания, касавшиеся видимого движения и пути Солнца, распределения созвездий, объяснения затмений Луны и Солнца, деление года на 12 месяцев, суток на 12x2 часов’, круга на 360°, связи климата с более или менее косым падением солнечных лучей, установления понятий о небесном экваторе, меридиане, эклиптике, применению гномона, солнечных И водяных часов для измерения времени и т. д. После этого не трёбуется каких-либо других доказательств о том, что имелась глубокая преемственность в развитии античной астрономии (и гномоники) с астрономией Древнего Востока. Синтез знаний в этих областях — астрономии и гномонике — был достигнут в эпоху эллинизма. По справедливому мнению О. Нейгебауэра, «в плавильном горне эллинизма развилась та форма науки, которая позднее распространилась повсеместно от Индии до Западной Европы и господствовала вплоть до создания современной науки во времена Ньютона» [74, 17]. Значительную роль в обогащении науки положительными знаниями, в сохранении преемственности в их развитии, в распространении, а также в становлении доньютоновской науки на основе положительных знаний сыграли астрономия и гномоника вместе с математикой.
     
      Глава II
      АНТИЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ И ВОДЯНЫЕ ЧАСЫ
      Солнечные и водяные часы Древней Греции
      Работы, посвященные истории античных часов, обычно начинают с цитат из труда древнеримского архитектора Витрувия «Архитектура». В IX главе этого труда перечисляется тридцать различных типов солнечных часов, бывших в употреблении во время Витрувия (I в. н. э.) и унаследованных от античного мира; заодно здесь приводятся имена многих изобретателей часов. Витрувий, опираясь на труды древнегреческих астрономов и математиков, дал наиболее полную из дошедших до нас сводку достижений античной гномоники как науки, развивавшейся вместе с астроно,мией, математикой, архитектурой и механикой. Труд Витрувия является основным источником для истории античных часов, поскольку здесь наряду с солнечными часами приводится также описание и важнейших водяных часов.
      В течение последних 150 лет археологами и любителями древности среди руин древних зданий найдено немало образцов солнечных и водяных часов, которые могут служить прекрасной иллюстрацией к описаниям часов в «Архитектуре» Витрувия. Правда, многое из того, что описано у Витрувия, еще не найдено, однако выявлено и то, что у него даже не упоминается.
      Пользуясь письменными источниками и данными археологии, можно, как это делает О. Райе [156], классифицировать античные солнечные часы на три вида: сферические, конические и плоские. У Райе виды солнечных часов расположены в той исторической последовательности, в какой они действительно появились и развивались. Путь развития античных солнечных часов шел от обыкновенного гномона к устройству полусферических солнечных часов и к их разновидности — к часам с коническим циферблатом, а затем к плоским часам, от наиболее простых солнечных часов к часам все более сложного устройства.
      В античных часах хорошо прослеживается остроумие и гибкость технической мысли в развитии измерителей времени от простого устройства к сложному.
      По словам Геродота, греки заимствовали у вавилонян солнечные и водяные часы: «...с полушарием, с гномоном и с двенадцатью частями дня древние греки познакомились у вавилонян» [59, 112]. О верности его сообщения свидетельствует, в частности, то, что иудеи познакомились с солнечными часами из того же источника во время царствования Ахаза,
      Это свидетельство Геродота не противоречит утверждению Витрувия, что солнечные часы были введены в Греции халдея-нином Берозом (жрец бога Ваала у ассиро-вавилонян). Остается, однако, неясным, когда жил Бероз. Некоторые историки время его жизни относят к X и даже к XI в. до н. э. Если это правильно, то Бероза нужно считать первым человеком, указавшим грекам на возможность использования солнечных часов для определения времени. Другие утверждают, что он жил в III или II в. до н. э. Если это верно, то нет основания приписывать Берозу введение солнечных часов в Греции. Противоречивые данные о времени жизни Бероза могут быть объяснены тем, что одно и то же имя носили различные люди, жившие в разные исторические эпохи.
      Однако как бы ни определялось время жизни Бероза, несомненно одно: солнечные часы в Древней Греции были известны уже в VI столетии до н. э.
      В 547 г. до н. э. Анаксимандр Милетский установил в Спарте гномон для определения солнцестояния и равноденствия. Анаксимандр был учеником известного философа Фалеса, который много путешествовал по Египту. Не лишено основания предположение, что Фалес во время одной из поездок мог ознакомиться с искусством создания солнечных часов (а это искусство в царствование Ахаза дошло уже до Иерусалима) и передать его своим ученикам.
      О Фалесе-аотрономе известно мало, однако как философ, математик и астроном он был причислен к семи мудрецам древности. Евдем, ученик Аристотеля, написавший историю греческой астрономии и математики, утверждает, что свои астрономические познания Фалес приобрел в Египте. Основным подтверждением его познаний служит знаменитое предсказание им полного солнечного затмения, которое произошло 28 мая 585 г. до н. э. Диоген Лаэртский приписывает Фалесу сочинение в двести стихов «О равноденствиях и солнцестояниях», а Феофраст утверждает, что Фалес оставил лишь одно сочинение — астрономическое руководство для моряков.
      Об Анаксимандре сведений сохранилось немногим более. По свидетельству Диогена Лаэртского, он изобрел гномон и конструировал horoskopual. Последнее обычно переводят как солнечные часы. Диоген Лаэртский свидетельствует, что Анаксимандр имел дело с конструированием не только гномона но и солнечных часов.
      Параллельное употребление Диогеном Лаэртским слов «гномон» и «солнечные часы» у многих современных исследователей вызывает недоумение; по их мнению, эти слова означают одно и то же, а обозначение различными словами одного и того же могло произойти из-за того, что Диоген Лаэртский собирал сведения из разных источников. В одном могли содержаться сведения о гномоне, а в другом — о horoskopual — часовых линиях, начерченных на плоской поверхности, отмечающих часы
      по тени, отбрасываемой гномоном [173, 51 — 52]; согласиться с такой интерпретацией слова horoskopual нельзя. Большой знаток древнегреческой философии С. Н. Трубецкой определенно считал, что Анаксимандр «изобрел также полос (polos) — солнечные часы». Эти часы, пишет Трубецкой, отличались от позднейших: «Вместо плоской доски они представляли собой вогнутую поверхность полушария и служили не только для определения времени дня, но и самих дней года. По свидетельству Геродота, однако, и гномон, и полос были заимствованы от вавилонян и были известны грекам, помимо Анаксимандра. Важно было бы решить вопрос о достоверности другого свидетельства, которое мы находим у Диогена Лаэртского, — о том, будто Анаксимандр построил первую астрономическую сферу» [95, 75]. Надо полагать, эта астрономическая сфера — тот же полос, но снабженный металлической проволочной сеткой («арахной») с меридианами и параллелями и с кругом, изображающим эклиптику со знаками зодиака.
      Говоря об истоках развития древнегреческой гномоники, французский историк науки Поль Таннери отмечает: «...гномон был известен в Греции до Анаксимандра. Я не сомневаюсь, что Фалес был знаком с его применением, равно как и с употреблением клепсидры, а применялись эти инструменты как раз к определению солнцестояний и равноденствий; и Фалес не придумал этого применения, а научился ему» [94, 74].
      Сохранились сведения, что Метон в 443 г. до н. э. установил гномон в Афинах и с его помощью во время солнцестояний наблюдал длину тени и определил наклон эклиптики к экватору.
      Определение времени по тени, отбрасываемой шестом, или по длине тени человека широко практиковалось в быту. Длину тени человека измеряли ступнями ног. Так, в комедии Аристофана «Женщины в народном собрании» действующие лица определяют время по длине тени, отбрасываемой человеческим телом (например, обедать садятся, когда длина тени равняется десяти ступням). То же самое описывает греческий писатель Менандр, живший в IV в. до н. э. Комический поэт Бетон (III в. до н. э.) свидетельствует, что в его времена солнечные часы стали неотъемлемой частью быта Древней Греции.
      Солнечные часы с циферблатом полусферической формы. В «Архитектуре» Витрувия находим сообщение, что Бероз положил начало введению в Древней Греции солнечных часов особой формы — polos, получивших затем широкое распространение. Витрувий пишет: «Полукружие, выдолбленное в
      призме и срезанное по высоте полюса, изобретено, говорят, халдеем Берозом; чашу, или полушария изобрел Аристарх Самосский, и он же диск на плоскости; «паука» — астроном Евдокс, а иные говорят — Аполлоний...» [11, 185].
      В сообщении Витрувия можно считать совершенно бесспорным, что эти часы особой формы, изобретенные якобы Берозом, затем были усовершенствованы трудами астрономов Древней
      Греции, такими, как Евдокс из Книдоса, Аристарх из Самоса, Аполлоний из Перги, и другими учеными древности, в том числе Архимедом.
      Практический опыт создания солнечных часов показал, что эклиптику правильнее всего можно передать теневым рисунком не на плоской поверхности, а на вогнутой сфере, если ее воспроизвести на циферблате часов наподобие небесного полушария. Оказалось, что на неподвижной сфере солнечных часов легче всего воспроизвести изменение видимого движения Солнца по небосводу или подвижной небесной сферы. Этим было вызвано появление солнечных часов типа polos, имеющих полусферическое устройство циферблата, т. е. часов совершенно иного устройства, чем гномон.
      Различают два типа полусферических часов: одни — с устройством циферблата типа гемисферы (hemispherium), другие — типа гемицикла (hemicyclium).
      Гемисфера считается более ранней формой солнечных часов. Она унаследована из Древнего Вавилона и показана на рис. 4. Такие часы своей основой имели обработанный четырехугольный камень, в верхней части которого имелось полушарие для устройства циферблата; в середине полушария укреплялся гномон различной величины и в разных положениях — в зависимости от высоты полюса в данном месте. Гномон имел направление к наивысшему положению Солнца. По мере того как Солнце продвигалось по небосводу, кончик тени описывал дугу в направлении, обратном видимому движению Солнца. Хотя дуги, описываемые концом тени, оставались неодинаковыми, их длина изменялась соответственно изменению высоты Солнца над горизонтом. Поскольку линии, образованные «следом» тени, делились на 12 частей, то они показывали неравные часы, изменяющиеся от одного солнцестояния до другого. На циферблате наносилось одиннадцать часовых линий и три концентрических круга, которые дают положение Солнца при обоих солнцестояниях и равноденствиях.
      Изобретение такой простейшей формы солнечных часов Витрувий приписывает знаменитому астроному Аристарху Самосскому. Аристарх впервые точно обосновал теорию, которая лежит в основе этих солнечных часов. Образцы таких часов в неповрежденном виде не дошли до нашего времени.
      Сетка этих часов, по замечанию Дильса, чрезвычайно похожа на паутину. «На этой сетке легко можно разобрать 6 + 5 часовых линий и 3 концентрических круга, которые дают положение Солнца при обоих солнцестояниях (вверху и внизу) и равноденствиях (середина)» [63, 147]. Изобретение солнечных часов типа гемицикла (у Витрувия «hemicyclium escavatum» — «выдолбленный полукругом») приписывается Берозу. Полукруг был выдолблен в виде полости в прямоугольном мраморном блоке на стороне, обращенной к югу. Сверху передняя часть была срезана под углом, параллельным плоскости экватора (рис. 15). Таким образом, бесполезная часть гемисферы была удалена. Уклон циферблата соответствовал широте места, применительно к которому он был сделан. На циферблате имелось 11 часовых линий, которые подразделяли дневное время на 12 частей (часов). Эти часовые линии обычно пересекались тремя концентрическими кругами, которые отмечали время равноденствий, летнее и зимнее солнцестояние. Указатель часов был горизонтальным и бросал тень на поверхность циферблата, кончик которой описывал разные по длине кривые в зависимости от времени года из-за более вертикального или более наклонного положения Солнца, чем обусловливалось укорочение тени зимой и ее удлинение — летом. В летнее солнцестояние кончик тени описывает наибольшую длину дуги 21 июня, когда Солнце занимает наивысшее положение, и наименьшую — 21 декабря, когда оно находится в нижнем положении. Две линии, начерченные поперек часовых линий, представляют траекторию кончика тени на 21 июня и на 21 декабря, а третья — на период времени между 21 марта и 21 сентября.
      На рис. 16 изображен циферблат без гномона, найденный Скоттом Тукером в 1852 г. в Каире у подножия обелиска «Игла Клеопатры» (теперь он находится в Британском музее). Для указания часов были использованы вместо чисел греческие буквы.
      В некоторых образцах циферблата часов типа гемицикла полушарие вогнуто столь незначительно, что М. Деламбер в своей «Истории астрономии древнего мира» даже отказывается относить их к этому типу.
      В Древней Греции солнечные часы позволяли не только измерять время, но и были на службе астрономии. С их помощью изучалось движение Солнца по эклиптике и чисто механически определялся градус, на котором каждый день находится Солнце, а также время восхождения, захода и кульминации той или иной звезды на той или иной точке эклиптики. Это давало возможность заменять определение времени по наблюдению точки эклиптики наблюдением звезды, которая восходит, заходит или кульминирует в этой точке эклиптики. На этих часах «пусть наблюдены, — пишет Поль Таннери, — два момента, время которых желают определить, т. е. те звезды зодиака, которые находятся на горизонте на востоке и западе или (проще) в плоскости меридиана; можно привести в то же положение звезду, изображенную на сфере инструмента (циферблата. — В. П.); тогда градус, на котором находится Солнце, играет как раз ту же роль, что и тень оконечности указателя днем, и его положение относительно часовых линий, нанесенных на polos, дает искомый час.
      Для применения подобного приема на практике, очевидно, необходимо, чтобы небесная сфера была сделана из твердой сетки, через которую глаз мог бы видегь положение градуса, занимаемого Солнцем. Подобную сетку греки называли «паутиной», и от нее получили свое название сферические часы Евдокса; впоследствии, после Гиппарха, подвижная сфера и неподвижное полушарие были заменены плоскими частями, представлявшими их стереографическую проекцию. Таким образом, получилась плоскошарная астролябия, служившая все для той же цели — для определения часов ночью, но название «паутины» осталось за подвижной частью и перешло от греков к арабам» [94, 88].
      Генетическая связь, устанавливаемая П. Таннери между применением полоса для астрономической цели и позднейшим использованием для этой же цели стереографической проекции, с исторической точки зрения имеет большое научное значение. Здесь нашло свое конкретное выражение существование в древности неразрывной связи между измерением времени и измерением для этой цели угловых движений Солнца и звезд. Непосредственное их измерение было заменено стереографической проекцией — нанесением сферы на карту кругами на круги. Эта проекция имела два замечательных свойства: 1) все круги сферы в проекции стали кругами же, а не эллипсами и 2) все углы между пересекающимися на сфере кругами и в проекции сохраняют свою величину.
      В то время, когда астрономия разрабатывалась Гиппархом (И в. до н. э.), а позже Птолемеем, еще не существовало сферической тригонометрии, поэтому они вынуждены были решать задачи, имевшие отношение к сферическим треугольникам, методом стереографической проекции. Это, в частности, можно усмотреть в птолемеевой «Planispherium»: у него плоская проекция сферы как бы сохраняет подобие самой сферы, отсюда и название — планисфера.
      Принцип стереографической проекции, как убедимся ниже, был использован для устройства так называемых апохориче-ских, или зодиакальных, водяных часов и астролябии [63].
      Астролябия давала возможность определять широту и долготу светил посредством вращения сети кругов над диском, изображающим плоскость экватора, на которую проектировалась небесная сфера со стороны южного полюса.
      Гиппарх уже пользовался астролябией, но его астролябия была, вероятно, простым кольцом с градуированными делениями и алидадой. Птолемей также пользовался астролябией особого устройства. Поэтому и название и идея астролябии — греческого происхождения. Однако астролябии Гиппарха и Птолемея были намного проще арабских. Эти последние позволяют не только наблюдать высоты светил, но и дают решения многих практических вопросов астрономии (возможность определять время днем и ночью, находить направление на Мекку, определять высоту и дистанцию недоступного предмета и т. д.). Правда, честь геометрического решения основных астрономических задач с помощью планисферы принадлежит Гиппарху и Птолемею.
      Водяные часы (клепсидры) греки, по-видимому, заимствовали у египтян. Клепсидры были различного назначения: для домашнего употребления, для счета времени при измерении пульса, в суде и т. д.
      Самое раннее упоминание о клепсидре, сохранившееся в греческой литературе, связано с применением ее философом Эмпедоклом (490 — 430 гг. до н. э.). Он с ее помощью производил физические наблюдения и опыты, имея целью доказать вещественность или материальность воздуха, проверитьаргументы за и против реальности или нереальности «пустого пространства».
      Клепсидра представляла собой закрытый сосуд, нижнее дно которого имело ряд маленьких отверстий. Если закрыть верхнее отверстие пальцем и погрузить клепсидру в воду, она не будет наполняться, пока не будет отнят палец; после этого вода устремится в отверстие и на поверхности сосуда появятся пузырьки; наличие этих пузырьков свидетельствует о материальности воздуха.
      По мнению известного историка Георга Сартона, этих опытов вполне достаточно для того, чтобы признать научные заслуги Эмпедокла и чтобы он мог занять почетное место в истории науки [159, 247].
      Нельзя думать, что клепсидра в Греции стала известна тольдо со времени Эмпедокла; она в том или ином виде могла использоваться и до него.
      Первоначальную форму клепсидры можно себе представить цо описанию Арцстотеля, который при помощи этого прибора
      объясняет некоторые явления, вызываемые давлением воздуха. Это был глиняный шар с трубкой сверху и несколькими маленькими дырочками снизу (наподобие сита). Когда шар наполнялся водой, верхнее отверстие закупоривалось пробкой, чтобы вода не испарялась; клепсидра устанавливалась так, что вода понемногу просачивалась через «сито».
      Время измерялось от одного наполнения шара до другого.
      В Древней Греции клеп рш Водшые часы.будильник Пла.
      сидры были уже в V в. тона до н. э.: ими, например,
      пользовались при судебных
      разбирательствах — определялось время, назначенное для произнесения речей: когда предметом разбирательства было не очень важное дело, воды наливалось немного, если же решалась судьба человека, вода наливалась до краев. Если речь прерывалась (при чтении документов или опросе свидетелей), дырочки в клепсидре затыкались до тех пор, пока оратор не начинал говорить снова. Для двух ораторов наливалось одинаковое количество воды — они могли говорить одинаковое время; но двойное количество воды, налитое сразу, вытекало быстрее.
      Об использовании клепсидр для установления продолжительности речи оратора в суде говорится в некоторых комедиях Аристофана, написанных за четыре века до н. э. В одной из комедий в качестве оратора упоминается Демосфен. Он обвиняет сторожа в «краже» воды, налитой в клепсидру. Когда в другом случае была прервана его речь, он потребовал остановить воду, подчеркнув таким образом, что он ценит каждый отведенный ему миг.
      Употреблялись клепсидры и в войсках, где по ним производили смены караулов. Ночь распадалась на четыре смены, каждая по три «часа». Приспосабливали клепсидру к изменчивому ночному часу, покрывая ее изнутри большим или меньшим слоем воска, что изменяло вытекание жидкости
      Водяные часы — будильник Платона. Греческий философ Платон описывает устройство часов, состоящих из двух конусов, входивших один в другой. При их помощи поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде и тем самым обеспечивалось постоянство скорости ее вытекания.
      Платон для созыва по утрам своих товарищей и учеников в Академию на беседы и занятия устроил своеобразный будиль-
      ник (рис. 17), который описан Г. Дильсом в книге «Античная техника» [63].
      Будильник Платона состоит и,з клепсидры С и двух камер F и А. Клепсидра С вмещает воды на шесть часов. Она закрывается крышкой А. В верхней части клепсидры имеется вкладыш В с ситом для задержки земляных примесей, попадающих вместе с водой. Вода из клепсидры С по узкой трубке Е капает в камеру F, где ко дну камеры приделана сообщающаяся трубка Н. По достижении уровня трубки вода по ней вытекает в камеру КУ откуда воздух вытесняется и через клапан устремляется в трубку L и по телу флейтиста М поднимается до флейты N, которая начинает звучать от действия силы воздуха. Нам неизвестно, как производилось регулирование будильника, чтобы он будил на рассвете и зимой и летом. По-видимому, в резервуар с сифоном F — F наливали разное количество воды: больше — летом, меньше — зимой. Этот прибор, справедливо замечает Дильс, представляет собой не только первый известный будильник, но в нем, насколько нам известно, был впервые в гидравлике применен принцип реле, которым в 1500 г. Леонардо Да Винчи воспользовался для создания своего будильника, ничего не подозревая об изобретении Платона.
      Для техники изготовления водяных часов открывается совершенно иной путь развития, как только она вступает в контакт с наукой. В 130 г. до н. э. Ктезибием были созданы водяные часы, что находилось в теснейшей связи с достижениями александрийской школы механики и науки.
      Часы александрийско-римской эпохи
      После Аристотеля, в эллинистический период развития культуры, были достигнуты значительные успехи в различных областях науки. Астрономия знает имена Эратосфена, Гиппарха, Птолемея, которые внесли неоценимый вклад в астрономическую науку.
      Архимед (278 — 212 гг. до н. э.) разработал теоретические основания для расчета механизмов.
      Преемники Архимеда Ктезибий и Герон, жившие во II в. до н. э., в разработке вопросов механики дополняли друг друга. Их открытия относятся к тем разделам механики, которые основаны на гидравлике и давлении воздуха, открытом Героном. Ктезибий изобрел гидравлический орган — систему дудок, куда воздух нагнетался посредством воды, которая, падая, создает большую тягу; приходя в движение, воздух производит звуки. Упомянем также об изобретении Ктезибием сифона, основанного на принципе сообщающихся сосудов. Основываясь на научных достижениях своего времени, Ктезибий создал автоматически действующие водяные часы, которые либо визуально, ли-
      бо посредством подачи сигналов могли непрерывно показывать время суток («временные» часы).
      Младший современник Архимеда Аполлоний Пергейский исследовал гиперболу, параболу и эллипс, полученные им посредством сечения конуса.
      Учение о конических сечениях лежало в основе устройства т,ак называемых полусферических конических часов, получивших развитие в эпоху эллинизма.
      Развитие гномоники не соответствовало, однако, потребностям науки в измерении времени. Из наук той эпохи только астрономия нуждалась в точном измерении времени, и она уже способствовала развитию гномоники. В связи с общим подъемом культуры возникала также потребность в устанавливании часов общественного пользования.
      Солнечные часы с коническим циферблатом. Кроме полусферических солнечных часов двух типов, в античном мире имели применение часы с коническим циферблатом. Конический циферблат по существу является модификацией полусферических циферблатов солнечных часов. На поверхности конуса легче было выполнить все то, что требовалось для устройства циферблата полусферической формы. Античные ремесленники предпочитали не вытесывать шара из камня, а придавать часам Бероза (hemicyclium) коническую форму. Таким образом создавался конусный тип часов, и особенно успешно, когда был достигнут необходимый для этого уровень развития математики. Теория конических сечений Аполлония служила подготовкой того условия, без которого создание конических циферблатов солнечных часов было затруднительно. Только на основе практического использования этой теории возможно было изобретение часов конусного типа. Витрувий упоминает в связи с этим множество имен изобретателей, в их числе Дионисидора из Мило.
      Согласно Витрувию, солнечные часы этого типа состоят из вогнутого сегмента округленного конуса. Ось вогнутой поверхности лежит параллельно оси Земли. Направление конуса совпадает с направлением горизонтального гномона. Все части конуса, выступающие над плоскостью гномона, должны быть удалены. Циферблат наносился на главной стороне часов, обращенной к югу. Устройство циферблата аналогично полусферическим часам Бероза, или часам типа гемицикла. Он расположен перпендикулярно оси конуса, следовательно, параллельно экватору. Каждая дуга, пересекаемая тенью, делилась на двенадцать равных частей, и через них проводились часовые линии. Таким образом обозначались «временные» часы, т. е. часы, изменяющиеся по временам года.
      О существовании солнечных часов с устройством циферблата конической формы не было известно до тех пор, пока М. Ренан, возглавлявший археологическую экспедицию, снаряженную в Финикию Наполеоном III в I860 г. [51, 200], не нашел среди развалин древнего финикийского города Умм-эль-Авамид
      обломка мрамора, на который обратил внимание профессор Вупке, сразу опознавший в нем конический циферблат. На вогнутой части обломка были видны три часовые линии, нижняя плоскость имела наклон, соответствовавший широте данной местности. На этом финикийском фрагменте сохранилась часть надписи: «...твой слуга Абдосир, сын Е...». Это, должно быть, обращение к божеству, а фрагмент, по-видимому, был частью стены храма. Абдосир — имя, часто встречающееся в финикийских надписях. На основе изучения фрагмента полковник Лос-садат воспроизвел полную модель солнечных часов с коническим циферблатом, которая находится теперь в Лувре [128, 37]. На рис. 18 представлены солнечные часы с циферблатом конической формы, найденные в Греции; сейчас они находятся в Лувре.
      Образцы часов с коническим циферблатом найдены археологами во многих местах, что свидетельствует о их распространении, особенно в александрийско-римское время.
      В том же Лувре находятся и другие часы с коническим циферблатом, изготовленным из серовато-белого куска мрамора. Он был найден в 1837 г. французским ученым Райе во время раскопок в городе Гераклее у Латмоса в Карии1.
      Надпись, высеченная на южной стороне часов, называет творцом этих часов Фемистогора, сына Мениско из Александрии, а устроителем их — Аполлония, сына Аполлодота. Эти часы были приспособлены к высоте полюса малоазиатского города, а не Александрии. Часы были воздвигнуты в честь царя Птолемея, вероятно Филадельфа (283 — 247 гг. до н. э.), покровителя астрономии и науки.
      Циферблат часов был устроен, как обычно, на продолжении полуденной линии. Справа и слева от нее проведены часовые линии, сходящиеся к гномону. Они пересекаются семью кривыми — дугами. Профессор Райе предполагает, что часовые линии и семь дуг, их пересекающие, соответствуют тому, что на полусферических часах носит название «арахны» (паук) и что этот циферблат относится к классу, который Витрувий назвал «конарахна» (conarachna) — «конус с паутиной». Предполагают, что изобретателем этого циферблата был Аполлоний из Перги, разработавший теорию конических сечений. Как показал Деламбр, вычисления, нужные для создания таких часов, представляли собой серьезную математическую проблему, которая могла цривлечь внимание великого уроженца Перги [26, 374].
      Южная сторона часов S (рис. 19) расположена по вертикальной линии под углом в 38°. (Гераклея лежит на широте в 37°30). К этим часам присоединены другие часы N в форме чаши, обращенные к северу и имеющие другое устройство. На
      1 Кария — страна в северо-западной части Малой Азии. Карийцы находились в постоянных сношениях с греками и были сильно эллинизированы.
      Рис. 18. Конические солнечные часы
      Рис. 19. Схема устройства часов Аполлония
      Рис. 20. Часы Аполлония из Гераклеи с коническим циферблатом (вид сбоку)
      Рис. 21. Часы типа конарахна (а) и конические часы из Помпеи (б)
      их циферблате только две дуги, которые также пересекают одиннадцать часовых линий (верх рис. 20).
      По этим вторым часам определяли время летом, с марта по сентябрь. А их циферблат можно датировать III в. до н. э. Подобное соединение часов двух систем в античных образцах часов встречается довольно часто [63, 155 — 157].
      Профессор Райе в 1875 г. упоминал о существовании еще двух солнечных часов с коническим циферблатом: одни в Афинском музее, другие — в развалинах Акрополя. Первые из них имеют орнамент из львиных лап.
      В Неаполитанском музее хранятся пять образцов таких часов из Помпеи. Они были найдены в 1842 г. при раскопках развалин дома за храмом Fortuna Augusta. В 1854 г. в Помпеях был найден почти целиком сохранившийся экземпляр часов типа конарахна (рис. 21). Часы стояли на крыше фригидария (отделение римской бани) в стабианских термах, которые, как все бани вообще, должны были иметь такой инструмент для измерения и регулирования времени купания. Надпись между львиными лапами гласит «Мара Атиний, сын Мара, квестор, по постановлению совета, распорядился устроить из [поступивших] штрафных денег» (рис. 21, б). Кроме часовых линий, на вогнутой поверхности конуса нанесены линии экватора, зимнего и летнего солнцестояния. На этом экземпляре часов сохранился на своем прежнем месте языковидный гномон [63, 154].
      Плоские (горизонтальные и вертикальные) солнечные часы. Плоские циферблаты на первый взгляд кажутся самыми простыми, хотя на самом деле это не так. Как конические циферблаты явились усовершенствованием полусферических, так и плоские циферблаты являются шагом вперед по сравнению с коническими. Полусферическими и коническими солнечными часами можно было пользоваться только наблюдая их с близкого расстояния, а вертикальные циферблаты позволяли видеть часы на расстоянии.
      Вертикальные солнечные часы сохранились на стене восьмиугольной Башни ветров, построенной из отесанного камня в Афинах в I в. до н. э. астрономом Андроникусом из Сирии (рис. 22). По этим часам афиняне могли определять время дня. На них, кроме того, имелся флюгер. Под крышей имелся фриз с лепными изображениями летящих фигур, символизирующих восемь ветров. Ниже фриза на стенках выгравированы восемь циферблатов, и, по утверждению историка астрономии Делаб-ра, часовые линии, линии разных времен года, солнцестояний и равноденствий нанесены на циферблатах очень точно. Внутри башни помещались водяные часы сложного устройства. Время создания этих часов установить не удалось. Витрувий, описывая эту башню, не упоминает римские цифры, нанесенные у основания линии; видимо, они появились уже в современную эпоху [40, 21].
      Известны вертикальные солнечные часы с циферблатом, заключенным в полукруг, на котором имелось десять часовых линий (рис. 23); в нижних углах полукруга помещены фигуры двух птиц. Часовые линии были пронумерованы греческими литерами. Часы такого устройства видел доктор Кларк на стене церкви одного монастыря, когда он, путешествуя по Греции, посетил Орхомены и развалины города Беотии. Церковь стояла
      Рис. 22. Башня ветров с изображением на ней вертикальных солнечных часов
      на месте храма Грации, где в языческие времена происходили музыкальные и драматические состязания. Она была построена в IX в. н. э. из обломков храма, а в 1889 г. разрушена землетрясением.
      Вертикальные солнечные часы того же типа (но они имели не 10, а 12 часовых линий) были открыты в Геркулануме. Следовательно, такой тип часов имел уже распространение в александрийско-римские времена [128, 41].
      В древнем мире были также весьма распространены горизонтальные солнечные часы, у которых часовые линии обычно вписывались в круг или в четырехугольник (рис. 24). Эти часовые линии высекались на каменной плите, утвержденной на подставке; к плите подходили, как к столу. Здесь горизонтальные часовые линии для летнего и зимнего солнцестояния образуют гиперболы, вершины которых лежат на меридиане, тогда как экватор представляет собой прямую линию, идущую посредине между ними; одиннадцать часовых линий идут к востоку и западу, скашиваясь все больше по направлению к югу. В правильности такого расположения часовых линий на плоскости можно убедиться, если в течение одного дня каждого месяца ежечасно отмечать путь солнечной тени. Соединив между собой найденные таким образом точки, мы получим прямую для дней равноденствий, а для времени солнцестояний — гиперболу, сильно изогнутую к меридиану. Часы такого устройства греки называли «часами пеликан» из-за сходства на них рисунка часовых линий с формой античного двойного топора.
      Так возникла естественная схема расположения линии, вычислить и построить которую было делом специалистов-матема-тиков [63, 158]. Согласно Витрувию, первым изобретателем таких часов был Патрокл; он же и дал математическую теорию их устройства.
      Самые древние часы пеликан были найдены на Делосе; они имели широкое распространение в римские времена, а затем были в употреблении й на мусульманском Востоке.
      Солнечные часы в Древнем Риме. Культура Древнего Рима, средства и способы измерения времени оставались до соприкосновения римлян с греческой культурой на довольно низком уровне. До сих пор в источниках нет никаких указаний на наличие там каких-либо средств измерения времени.
      Древнеримский календарь, заимствованный у этрусков, сначала состоял только из 10 месяцев, или из 304 дней. По преданию, Нума Помпилий ввел новый календарь, основанный на астрономических данных. Он состоял из 12 месяцев, или из 355 дней. Но поскольку он далеко не совпадал с истинным годом, то к основному делению года на 355 дней были введены коррективы. В их основе лежал четырехлетний цикл с добавочным 13-месячным годом каждый второй год. Этот основной цикл для большего уравнивания с естественным временем дополнялся, кроме того, 24-летним циклом [82, 17]. Календарем ведали жрецы (понтифики). Когда сын вольноотпущенника Гней Флавий был выбран курульным эдилом, он в 312 г. до н. э. выставил календарь на главной площади для всеобщего обозрения и раскрыл народу хитрые приемы, при помощи которых понтифики меняли праздничные дни к невыгоде плебеев [77, 101].
      Кроме счета дней и праздников по календарю, в Древнем Риме существовало деление самого дня на весьма крупные отрезки. Римский писателе I в. н. э. Гай Плиний Старший отмечает, что в двенадцати медных таблицах, в которых был,о выражено законодательство по гражданскому и уголовному праву Древнего Рима, отмечалось тодько время восхода и захода Соднца. Источники упоминают, что в 449 г. до hi. э. консулами Горацием и Валерием десять прежде составленных таблиц были дополнены двумя законами, ограждающими права плебеев. Двенадцать медных таблиц были выставлены на главной площади для всеобщего обозрения. К указаниям времени восхода и захода Солнца, содержавшимся в этих таблицах, был вскоре добавлен полдень, который стал объявляться служителем консула.
      До половины III столетия до н. э. вся римская жизнь сосредоточивалась в Италии. Первая Пуническая война, длившаяся с 264 по 241 г., закончилась завоеванием и присоединением к Риму трех островов — Сицилии, Корсики и Сардинии.
      С этого времени культура Древнего Рима стала формироваться под значительным влиянием искусства, науки и техники, развивавшихся в древнегреческих городах и особенно в западной части эллинского мира. Западное эллинство не оказало сколько-нибудь заметного воздействия на северо-восточную часть эллинского мира, но оказало значительное влияние на формирование римской культуры. Греческая культура стала проникать в Рим уже в III в. до н. э. Включение в состав римского союза греческих городов Италии, а после завоевания Сиракуз — и некоторых городов Сицилии, создание в Сицилии первой римской провинции — все это усилило греческое культурное влияние [88, 210]. Именно в западном эллинетве с его рационализмом и практицизмом, импонировавшим Риму, следует усмотреть истоки развития науки, техники, инженерного дела, зодчества и градостроительства в Риме. Первые часы в Рим попали также из городов западной части эллинского мира.
      Самые первые солнечные часы в Риме были установлены Папирием Курзором в 292 г. до н. э. на колонне храма Квиринал. Они показывали, впрочем, не римское время, а время того места в Греции, откуда эти часы были вывезены [76, 90].
      Другие солнечные часы типа гемицикла, по свидетельству римского писателя I в. до н. э. Марка Теренция Варрона, попади в руки римлян как добыча при взятии Валерием Месеалом города Катаны в Сицилии (263 г. до н. э.). Часы были поставлены в Риме на колонне Ростра. Хотя они неверно определяли время, поскольку не были приспособлены к широте Рима (город Катаны лежит на северо-западе от Рима), тем не менее
      римляне употребляли их в течение 99 лет, пока цензор Квинтий Марцин Филипп в 164 г. до н. э. не поставил возле них другие, более точные солнечные часы.
      Третьи часы несколько позже были установлены в форуме на базилике Эмилия. Их циферблат был начерчен не на сферической, а на плоской поверхности [53, 65].
      Солнечные часы в Древнем Риме вскоре становятся неотъемлемой частью быта и начинают устанавливаться в общественных местах.
      На рис. 25 показана старинная серебряная ваза из Порто Анзио, установленная на постаменте, на которой изображены солнечные часы; раб и рабыня смотрят на часы, чтобы узнать время. Это сцена из древнеримского быта [121, 88].
      В сохранившемся отрывке комедии Плавта (середина III в. до н. э. — ок. 184 г.) поэт заставляет одного кутилу произнести следующие слова: «Боги проклинают человека, который первым додумался, как различать время, они проклинают также того, кто ставил в этом месте солнечные часы, чтобы так мерзко разрезать и рассекать мои дни на мелкие куски. Когда я был мальчиком, мой желудок был солнечными часами, самыми верными, правильными и точными изо всех; они говорили — наступило время обедать, когда я должен был есть; но в наши дни, если даже я этого хочу, я не могу себе этого позволить, пока Солнце этого не позволит. Город так полон этими проклятыми, циферблатами, а большая часть его обитателей, изможденные голодом, пресмыкаются на улицах» [128, 9].
      В царствование Августа был установлен обелиск Сезостриса в 34 м высотой. Он был перевезен из Египта и по указанию императора установлен на Марсовом поле (руководил этой операцией математик Факундус Новус). Он стоял в центре специальной панели, на которой был расчерчен циферблат; часовые линии были выложены из бронзовых металлических частей. По словам Плиния Старшего, обелиск служил для определения времени года и долготы дня. Он простоял несколько веков, но в эпоху упадка Древнего Рима был сброшен и на долгое время забыт; в 1463 г. н. э. он вместе с металлическими частями циферблата был найден, но только в 1792 г. вновь установлен на площади Монтечиторио в Риме, где стоит и поныне [128, 37 — 38] (рис. 26).
      Витрувий, живший значительно позже Плавта, перечисляет около тридцати различных видов солнечных часов, которые были распространены в его время. О них он говорит как о давно известных и ничего нового уже не прибавляет.
      В александрийско-римские времена солнечные часы получили большое распространение; крупные чиновники состязались с учеными в том, чтобы ставить во всех городах (даже мелких) солнечные часы для общественного пользования и охотно снабжали ими храмы, цирки и бани.
      Рис. 25. Солнечные часы, изображенные на серебряной вазе из Порто Анзио
      Рис. 26. Обелиск Сезостриса в Риме
      Рис. 27. Часы типа пеликан из Висбадена
      В 1867 г. были найдены солнечные часы (рис. 27) среди развалин римских бань около горячего, еще и поныне используемого источника в древнем Aque Mattiacae (нынешний Висбаден). Это были горизонтальные часы типа пеликан, устроенные для широты Висбадена (50°), с циферблатом весьма грубой работы. Дуги (линии) на циферблате, отмечающие оба солнцестояния, оказались весьма неточными. По этим часам, как и по часам в помпейских банях, регулировался вход в бани публики [128,45].
      Солнечные часы, особенно типа пеликан (рис. 28), были распространены во всей обширной Римской империи. Следы их существования находят также в Италии, Франции, Германии, Испании и Дании. Виллы частных лиц не только в Риме, но и в провинции имели солнечные часы, служащие одновременно и украшением.
      При раскопках на территории виллы Сципио в 1769 г. были обнаружены два циферблата удивительных солнечных часов (рис. 29). Один циферблат был размещен над другим. Верхний имеет вертикальное расположение. На сегменте пологого цилиндра выгравировдны часовые линии, которые пересекаются дугами овальной формы. Нижний циферблат имеет полусферическую форму и поддерживается с обеих сторон летящими фигурами, которые, вероятно, изображали «летающие часы» [128, 36].
      Солнечные часы, найденные в Патерно, являются часами полусферического типа. Сегмент полого шара с начерченными на нем часовыми линиями поддерживается фигурой античного героя Атласа (рис. 30). Часы были найдены около 1790 г., а потом увезены в Англию [128, 36].
      Согласно Витрувию, римляне в разработку гномоники нового внесли мало. Они пользовались в основном тем, что восприняли у греков. Большинство солнечных часов Рима и других мест были сделаны греческими мастерами.
      Солнечные часы делились на часы общественного пользования (ставились на площадях) и индивидуальные, переносные, которые можно было брать с собой в дорогу.
      Довольно известны портативные солнечные часы, выполненные в форме свиного окорока (рис. 31). Они были найдены при раскопках Геркуланума в 1754 г. и переданы Неаполитанскому музею. Часы изготовлены из бронзы. На их плоской стороне имеется шесть вертикальных лиций, под которыми выгравированы сокращенные названия месяцев: зимние месяцы — под короткими линиями, летние — под длинными. Вертикальные линии пересекают горизонтальные лцнии, деля их на шесть секций, соответствующих шести часам от восхода Солнца до полудня и от полудня до его захода. Выступ слева, возможно, был длиннее, располагался перед часовыми линиями таким образом, что его тень ложилась на пространство соответствующего месяца, и показывал часы, когда прибор подвешивался за кольцо и поворачивался к Солнцу. Эти часы, вероятно, были изготовлены после 63 г. н,. э. [63, 167].
      Приборами этого вида можно было пользоваться только на одной широте, и о том, что римляне более позднего времени знали об этом недостатке, свидетельствуют другие часы, построенные по тому же принципу и найденные в конце XIX в. в Аквилее. Они представляют собой бронзовый диск диаметром 3,75 см и толщиной 0,78 см. Циферблаты имеются н,а обеих сторонах диска. Один циферблат с буквой О — для Рима, другой с буквой А — для Равенны. Линии, разделяющие графы месяцев, расходятся радиусами от вершины, около которой установлен гномон. Часовые линии были выложены серебром, но их на экспонате недостает; нет и гномона. Часовые линии, по-видимому, были нанесены так же, как и в часах в форме окорока [63, 164].
      В то время были и сложные солнечные часы, которые могли учитывать разницу времени в зависимости от местонахождения главнейших городов того времени — Александрии, Родоса, Афин, Рима, Массалии, Византии. Там имелись ученые, которые могли выверять часы. По главным городам определялось время в провинции. Тогда также были в употреблении универсальные солнечные часы, устроенные для всех широт [63, 164].
      Из универсальных часов римской эпохи до нас дошли два экземпляра. Один из них найден в Риме и относится к 250 — 300 гг. н. э. (рис. 32). Квадрант часов мог быть ориентирован в плоскости, параллельной плоскости видимого движения Солнца, т. е. соответственно наклону Солнца в эклиптике по отношению к экватору в данное время года и в любом месте. На обратной стороне круглого диска — циферблата — обозначены 16 провинций (среди них город Анкона, где, очевидно, часы были изготовлены) с указанием их географических широт. На циферблате вверху (на вертикальном меридиане) находится колышек С, предназначенный для гномона. В середине круга на сквозном шипе устроена треугольная линейка б и на ее изогнутой гипотенузе сделано шесть засечек (часовые метки). Три диаметра, расходящиеся направо и налево, представляют: средний — равноденствие, крайние — оба солнцестояния (21 декабря и 21 июля). Угол по обе стороны равноденственной линии равен или должен равняться 24° (древние вычисляли эклиптику равной 23°42 круглым счетом) [63, 166]. По свидетельству Дильса, двойное деление на левой стороне диска до сих пор еще недостаточно выявлено.
      Другим таким же типом солнечных часов, но более сложного устройства являются дорожные часы из Cret-Chatelardi (Луара) (рис. 33). Они дошли до нас не вполне сохранившимися. Поэтому в их устройстве многое остается неясным. Их циферблат — бронзовый диск1 — по краю разделен на четыре квадранта, один из которых делится еще на три сектора по 30° каждый. На центральном секторе нанесены деления через каждые 10°, поскольку часы предназначены для применения в ши-рогах 30, 40, 50 и 60°. На рис. 33, а можно видеть линию равноденствия, проведенную через центр диска. По обе стороны от нее отмечено склонение Солнца от экватора к северу или к югу при совпадении с каждым знаком зодиака; внешние знаки отмечены буквами VIII KIVL, XIII KIAN т. е. восьмой день до первого июля и января (24 июля и 25 декабря). От линии равноденствия проведена другая линия под прямым углом к ней (от центра к периферической части).
      Выступающий прямоугольный гномон и треугольная линейка с пятью линиями, проведенными на изогнутой стороне, стоят под прямым углом к диску. Оба они насажены на толстый штифт (рис. 55, айв). Часовые линии не пронумерованы.
      Для пользования этим прибором необходимо прежде всего установить линейку с выступом против широты места, а гномон — соответственно времени года.
      Когда все на циферблате установлено, как должно быть, часы подвешивали на шнур, привязанный к петле, и поворачивали, пока тень гномона не падала на часовой круг. Число часовых линий, не находящихся в тени, показывало число часов до и после полудня (до 6 часов). Плоскость горизонтально расположенного диска была ориентирована с севера на юг, так что прибором можно было пользоваться и как компасом. Для пользования часами ранним утром или поздно вечером требовалось изменить расположение всех элементов. На обратной стороне циферблата (рис. 33, б) перечислены шестнадцать пунктов с указанием широт.
      Дорожные часы из Форбаха (рис. 34) хотя и не могут быть причислены к универсальным солнечным часам, но как часы специального назначения заслуживают упоминания.
      Семь радиусов на круглом бронзовом диске (диаметр 52 м«м), вставленном в металлическое кольцо, определяют по порядку положение Солнца от июля (CW) до января (CS) и обратно опять до летнего солнцестояния. Поскольку названия обоих месяцев IAN и IVL написаны, то нетрудно определить остальные промежуточные месяцы. Под углом в 90° от Н имелось конусообразное отверстие А, через которое попадал солнечный луч, если плоскость отвесно висящего диска совместить с направлением луча. Маленькое солнечное пятно перемещалось по внутреннему краю в порядке месяцев. Эти часы можно было подвешивать, для чего через отверстие Н пропускалась нитка.
      Отметчик С показывает шестой час, считая от. полудня, т. е. восход и заход Солнца. Сохранилась бронзовая линейка, которая могла вращаться вокруг центра С. Это нужно было для того, чтобы, когда солнечное пятно установится на определенном месте, перехватить его на боковую плоскость линейки. Тогда с помощью нанесенных на диск часовых линий можно определить время, помня, что С указывает восход и заход Солнца, а положение диска — полдень.
      Посредством этих часов определялась высота Солнца и полюса. Допустим, что сейчас полдень и время близко к летнему солнцестоянию, тогда луч попадает через отверстие А на внутренний край кольца возле 5. Угол С AS показывает высоту Солнца в градусах. Так как Солнце в знаке Рака имеет северное склонение от экватора — 23,5° (или круглым числом, как считали древние, 24°), то ZCAS — 24°=90° — ср (высота полюса). Цри равноденствиях Солнце находится в точке Ву р= =90° — ZCAB, а в конце декабря оно в точке W и ф=90° — (Z_CAW+24°). Отсюда вычисляется высота полюса.
      Водяные часы Ктезибия. Чтобы превратить клепсидру в постоянно действующие часы, нужно было сделать так, чтобы вода вытекала непрерывно и притом равномерно; затем нужно, чтобы клепсидра показывала различные по продолжительности летние и зимние часы. Для обеспечения постоянства давления воды в клепсидре ее нужнр было заполнять только до определенного уровня. Из клепсидры вода непрерывной струей вытекала в другой сосуд. По количеству воды в нем и определялось время. В клепсидру подавалась только очищенная вода. В нижнем резервуаре имелся поплавок, который имел связь с устройством, показывающим время.
      Согласно Витрувию, в первых, наиболее ранних часах Ктезибия поплавок был соединен стержнем с зубчатой рейкой, которая кинематически была связана с шестерней цилиндра: при этом цилиндр мог поворачиваться и передавать силу, необходимую для действия прибора, подающего сигналы в конце каждого часа. В первых часах Ктезибия еще не было циферблата. Фигуры, показывающие время, были, очевидно, механическими, а труба звучала от действия воздуха, как и в часах Платона.
      Характеризуя творческие искания Ктезибия по созданию водяных часов, А. Г. Драхман отмечает: «Мне кажется, что историю изобретения первых водяных часов можно представить себе следующим образом. Сначала Ктезибий изобрел клепсидру с постоянным вытеканием воды и заставил ее работать иначе; затем он добавил фигуру для показания времени, после чего попытался сделать так, чтобы часы показывали местное время (сначала регулированием вытекания воды), и, когда он понял, что клапан не может работать самостоятельно, он изобрел универсальный циферблат, но тогда ему нужно было отказаться от клапана» [119, 25].
      Водяные часы Ктезибия, на которых уже применен универсальный циферблат со шкалой, нанесенной на верхней колонне, изображены на рис. 35. Поплавок с указателем мог двигаться вдоль вертикальной шкалы, которая была приспособлена учитывать и показывать различные по продолжительности или неравные зимние и летние часы. Колонна с циферблатом была установлена на пустотелом пьедестале, скрывавшем механизм. Кривые часовые линии, начерченные на колонне для всех 24 часов, были рассчитаны так, чтобы равномерное поднятие по-плавка согласовалось с неравными дневными и ночными часами в различные времена года. Для того чтобы учесть эти вариа-ции в часах, Ктезибий проводил часовые линии по спирали вокруг колонны — цилиндрического циферблата. Последний слегка поворачивался каждый день, причем так, чтобы в зимние месяцы указатель временно двигался над той частью цифербла-
      та, где линии дневных часов были ближе друг к другу, линии ночных часов — дальше друг от друга, а в летнее время — наоборот. У подножия колонны находились два херувимчика. Левый постоянно плакал, слезы текли из его глаз и, капая в водоем, постепенно заполняли цилиндр, скрытый в пьедестале. Чтобы предохранить от износа отверстия для глаз плачущего херувимчика, они были «оправлены» драгоценными камнями.
      Поршень в цилиндре поддерживал другого херувимчика. По мере того как вода постепенно заполняла цилиндр, этот херувимчик медленно приподнимался, и жезл, который он держал в руке, указывал время на циферблате. Когда наступал 24-й час, сифон приходил в действие, что быстро опорожняло цилиндр, позволяя указателю времени опуститься. Вода из сифона лилась на большое водяное колесо, которое при помощи системы шестерен слегка поворачивало колонну, чтобы привести линии часов в должное положение для измерения временных интервалов следующего дня.
      В свои часы Ктезибий ввел принцип сифона, применил шестеренную передачу и шкив. Кроме того, он первый использовал «опорные детали» из драгоценных камней (в отверстиях глаз плачущего херувимчика).
      По мнению Дильса, «для гномоники инженерное искусство Ктезибия, с его гениальностью и многосторонностью, сохранило свой авторитет вплоть до византийских времен. Он установил тип античных водяных часов исходя из принципа клепсидры, но, научно развив его, он создал часовой механизм большой точности, которым можно было пользоваться для астрономических наблюдений» [63, 176].
      О водяных часах Архимеда. Карре де Во был первым автором, указавшим в 1891 г. на существование арабской рукописи, содержащей описание водяных часов, приписываемых Архимеду. Видеман и Гаузер опубликовали немецкий перевод этой рукописи под названием «Часы Архимеда и два других устройства» («Uhr des Archimedes und zwei andere Verrichtungen») [178, 163 — 202]. Для этого перевода они воспользовались двумя рукописями — из Парижа и Лондона.
      Водяные часы, описанные в этих рукописях, имеют весьма сложное устройство со многими автоматическими приборами и с боем. Их высота около 4 м, они богато украшены. С помощью системы гидравлических колес, приводимых в действие от поплавка, поднимающегося при регулярном притоке воды, ворона каждый час выбрасывала из клюва шарик, звонко падавший в металлический таз. В верхней части часов имелись подвижные фигуры: человеческое лицо, цвет глаз которого ежечасно менялся; двенадцать пленников в цепях и палач с мечом для обезглавливания их по одному; двенадцать дверей, которые по истечении часа открывались и через них проезжали вооруженные всадники на лощадях.
      Рис. 35. Водяные часы Ктезибия с передвижной стрелкой
      По середине часов, между двумя горными склонами, находилось дерево. После окончания каждого часа из нор выползали две змеи. При появлении змей птицы начинали тревожно чирикать. Когда кончалась первая половина дня и наступал полдень, у подножия часов играл флейтист.
      Все эти фигуры водяных часов приводились в действие в заданное время и последовательно с помощью поплавков, системы колес и опрокидывающихся сосудов. Большой поплавок, помещенный в верхнем сосуде, приводил в движение все фигуры верхней части часов, подобно тому как это имело место в часах Ктезибия. Средняя часть часов приводилась в действие опрокидывающимся сосудом. Вода из клепсидры попадала в сосуд, сбалансированный так, что он ежечасно опрокидывался и опорожнялся в воронку, что и приводило в движение змею и птиц. Нижняя часть водяных часов содержала сосуд с сифоном, который, опорожняясь через каждые 6 часов, приводил в действие флейтиста. Эти часы могли показывать «местное» время, или время, изменяющееся в зависимости от времени года.
      Следует отметить: в греческой и латинской литературе нет свидетельств, что Архимед когда-либо занимался конструированием водяных часов. Есть лишь свидетельство Карпоса, цитированное Папюсом, что Архимед написал труд из области техники: он относится к созданию им планетария, воспроизводившего строение небесной сферы. Поэтому имеется основание усомниться в принадлежности упомянутой выше рукописи действительно Архимеду. Именем Архимеда часто злоупотребляли: ему могли приписать любой технический труд более позднего времени.
      Тщательный сравнительный анализ устройства часов, приписываемых Архимеду, проведенный А. Г. Драхманбм, привел к выводу, что, «кроме названия, ничто не показывает, что эти часы имеют отношение к Архимеду» [119, 36 — 41]. Драхман считает, что они являются произведением какого-то исламского изобретателя, соединившего детали из разных источников, одна из которых несомненно взята у Филона, другая, по-видимому, — у Герона.
      В рассматриваемый нами период были изготовлены и карманные водяные часы, пользуясь которыми Герофил (III в. до н. э.), один из замечательнейших врачей того времени, измерял пульс больных лихорадкой. В научных открытиях астронома Гиппарха большую роль сыграло изобретение плоскошарной астролябии, значительно облегчившей наблюдение за звездами и определение ночных часов.
      Часы были важнейшим прибором, созданным и получившим широкое практическое применение в античном обществе. Они сыграли огромную роль и в античной механике. Часы дополнялись разнообразными фигурами, производившими то или иное действие и вызывая восхищение зрителей. Тогда в большом почете было изготовление автоматов-диковинок: летающий дере-
      вянный голубь Архистоса Тарейского; орел, о котором писал Павзаний; улитка Димитрия Фалерского; человек Птолемея Филадельфа и т. д.
      Таким образом, автоматы и часы как бы дополняли друг друга.
      Водяные часы после Ктезибия. В отличие от вавилонской астрономии, основанной на арифметических исчислениях греческая астрономия с самого начала носила геометрический и механический характер. Об этом свидетельствует круговая орбита Анаксимандра, концентрическая сфера Евдокса, экцентрики и эпициклы Аполлония и Птолемея. Неотъемлемой частью греческой астрономии были механические аналогии.
      Примерно в III в. до н. э. начинается новый период развития греческой астрономии. Гиппархом и другими учеными были сделаны точные наблюдения над положением небесных тел и произведены сравнения этих данных с данными ранних вавилонских и греческих наблюдений. Теории Аполлония и Птолемея имели в виду дать точное исчисление положения планет посредством эпициклов и эксцентрических кругов.
      Гномоника, как основа для конструирования солнечных и водяных часов, всегда находилась в связи с развитием астрономии. Особенно явственно видно влияние достижений астрономии эллинистического периода на создание астрономических водяных часов весьма сложного устройства. Они были основаны на использовании стереографической проекции, как и при создании астролябии. Их описание содержится в IX книге «Архитектуры» Витрувия, а реконструкция часов была выполнена уже в наше время Ремом.
      Разобраться в устройстве этих сложных часов стало возможным после того, как были найдены обломки их циферблата в Зальцбурге. По заднему кружку с изображением созвездий Рем установил сходство описанных Витрувием часов, показывающих восход, с зальцбургскими, после чего уже было нетрудно реконструировать весь механизм.
      Эти часы, получившие название апохорических, дают блестящее решение проблемы создания равномерного движения, показывающего неравные часы. В них сочетается глубина знаний их конструктора с простотой устройства. Звезды движутся с постоянной скоростью, то же делает и диск. Солнце же своим движением вызывает увеличение или уменьшение продолжительности дня в течение года. Передвигая Солнце по маленькому небу, воспроизводимому в этих часах, можно было получить часы дня, изменяющегося из месяца в месяц по своей продолжительности.
      «Мы не знаем, — пишет Драхман, — кто изобрел эти часы, но мы знаем имя человека, который мог их сделать, — Гиппарха. Он знал, как использовать аналемму, он изучал проекцию звездных карт, интересовался длиной года, временем восхода и заката Солнца и другими вопросами, связанными с устройством небесного механизма. Нет точных доказательств, что он изобрел эти часы, но это очень вероятно» [119, 26].
      Зальцбургские астрономические часы. Во время земляных работ около Зальцбурга в 1897 г. был найден фрагмент бронзового диска, украшенного гравюрами; считают, что это часть астрономических водяных часов римских времен. Этот в высшей степени интересный экспонат, хранящийся в Каролино-Авгу-стиновском музее в Зальцбурге, имеет форму сектора, оба радиуса которого равны 42 см, а хорда — 50 см; его толщина 3 мм, вес 5,5 кг (рис. 36). В центральной точке диска и у середины одного из радиусов есть следы двух отверстий диаметром около 35 мм, а по внешнему краю, угловая длина которого соответствует 85°, можно различить следы 45 маленьких отверстий. На поверхности выгравировано несколько знаков, изображающих созвездие Андромеды, Персея и Возничего, а около края — знаки Рыбы, Овена, Тельца, Близнецов; звезд нет. На обороте — названия знаков зодиака и соответствующие месяцы, написанные по краям по латыни. Можно предположить, что диск должен был иметь диаметр около 1,20 м, а на внешней полосе, которой теперь нет, были нанесены дни (даты). По форме букв и по исполнению гравюр предполагают, что этот предмет относится ко времени между I в. до н. э. и III в. н. э.
      Обломок диска стал предметом исследований — в итоге было установлено, что он выполнен в точном соответствии с астрономическими клепсидрами, описание которых содержится в труде Витрувия «Архитектура» (кн. IX). Основываясь на этом описании и на гравюрах, обнаруженных на зальцбургском обломке, удалось восстановить конструкцию и механизм древних часов (рис. 38).
      В резервуары а и Ь, соединенные трубкой с, вода поступает по каплям; поплавок поднимается. Веревочка, одним концом соединенная с поплавком, а другим — с мешочком с песком, навита вокруг оси е так, чтобы сообщать ей вращательное движение, скорость которого зависит от количества воды, за день проходящей через резервуар а.
      На конце оси е установлен диск, служащий циферблатом, а за ним — круглый экран g, имеющий часовые деления.
      Предмет, найденный в Зальцбурге (на рис. 38, а изображен штрихами), должен быть частью диска А, представляющего небесную сферу; он соединялся с диском и описывал вместе с ним оборот в один звездный день (около 23 ч 56 мин вокруг земного полюса К). Точка i представляет собой полюс эклиптики, вокруг которого Солнце описывает видимый оборот в один тропический год, а расстояние от точки i до земного полюса h рассчитано по высоте полюса над горизонтом места.
      Чтобы воспроизвести видимое дневное и годичное движение Солнца, в одном из отверстий, сделанных на дуге круга обломка, соответствующей эклиптике, помещали золоченый шарик. А так как весь круг имел 182 отверстия, нужно было переме-
      щать шарик каждые два или три дня на одно отверстие назад. Благодаря этому временной интервал между двумя последовательными кульминациями оказывался продленным почти на 4 минуты, что давало дневному обороту его нормальную величину — 24 часа. В момент летнего солнцестояния шарик находился в точке, тогда дневной путь совершался по самой маленькой из концентрических окружностей экрана g, соответствующего тропику Рака; при зимнем солнцестоянии он находился в точке т и описывал свой дневной путь по самой большой из концентрических окружностей экрана g.
      На рис. 37, а, представляющем стереографическую проекцию небесной сферы, окружность п изображает дневное движение Солнца при пересечении им экватора (моменты равноденствий), в то время как четыре другие концентрические окружности, обозначенные пунктиром, соответствуют дневному движению Солнца, когда оно пересекает восемь других знаков зодиака.
      При равноденствиях золоченый шарик помещался в одну из двух точек пересечения эклиптики с экватором. 12 положений Солнца на эклиптике при прохождении им 12 знаков зодиака изображены 12 точками пересечения эклиптики с радиусами, идущими из полюса h и отстоящими друг от друга на 30°.
      Экран g состоял из двух металлических окружностей, диаметры которых соответствуют положениям золоченого шарика, когда он находится в точках и т в моменты двух солнцестояний. Эти окружности были соединены серией металлических треугольников (см. рис. 38, б), из которых один гг пересекал весь экран, представляя собой горизонт Зальцбурга. В то время как 22 других соответствовали: одни — часам дня, другие — часам ночи. Протяженность этих линий получена с учетом широты места, для которого данные часы были предназначены, и с учетом продолжительности светлого дня в моменты прохождения Солнцем 12 знаков зодиака. При условии, что движение оборота диска соответствовало бы точно звездному дню, создавалась возможность наблюдать по этим часам все часы дня и ночи, время восхода, захода и кульминации Солнца и созвездий, так же как и положение Солнца в зодиаке.
      Принимая во внимание весьма значительные размеры, которые должен был иметь этот инструмент, можно предположить, что он был предназначен для общественного пользования и установлен на одной из площадей Зальцбурга. Насколько нам известно, описанный обломок представляет собой единственную деталь античных часов подобного рода. Тем более досадно, что последующие раскопки, произведенные в Зальцбурге, не дали результатов.
      Водяные часы Древнего Рима. Первые водяные часы в Риме устроил Сципион Назика в 159 г. до н. э. Помпей имел водяные часы, которые славились богатым украшением из золота и драгоценных камней
      Одни из таких водяных часов — часы со стрелкой и циферблатом описывает Витрувий (рис. 39). В сосуд ABCD из резервуара поступает вода, регулируемая по временам года. В сосуде находится поплавок Е, с которым соединена штанга EF, имеющая зубцы в верхней части. Эти зубцы приводят в движение зубчатое колесо G, к которому присоединена стрелка Н. Щтанга за каждый час поднимается на один зубец и поворачи-
      вает зубчатое колесо и стрелку на одно деление. За день, от восхода Солнца и до захода, стрелка проходит весь циферблат от I до XII. В случае необходимости стрелку можно было установить иа ночь.
      В Риме часы были очень распространены; на пиру Трималхиона, описываемом римским писателем I в. н. э. Петронием (время правления Нерона), говорят о них, как о чем-то обыкновенном. Трималхион советует своим приближенным поставить после его смерти «в серед,и-це (погребальной урны. — В. Я.) — часы, так чтобы каждый, кто пожелает узнать, который час, волей-неволей прочел мое имя» [49, 281].
      Для измерения равных отрезков времени применяли обыкновенную клепсидру (например, в суде, в лагере). По количеству воды, вытекшей из клепсидры, определяли одинаковые промежутки времени. Так, Плиний Старший говорит о 16 (по другому источнику — о 24) клепсидрах, из которых вода вытекала в продолжение пяти часов. Чтобы избавить себя от труда смотреть на солнечные часы, водяные или песочные, богатые римляне возлагали эти обязанности на особого служителя, провозглашавшего во всеуслышание: «Теперь такой-то час!».
     
      Глава III ЧАСЫ СРЕДНИХ ВЕКОВ
      Развитие солнечных и водяных часов в ранней средневековой Европе
      Античное наследство — юлианский календарь, солнечные и водяные часы — перешло к европейцам. В ранний период средневековья в Западной Европе не знали других часов, кроме солнечных и водяных; притом вторые были менее распространены, чем первые. Примерно в XIII в. появляются песочные часы, которые (начиная с XIV столетия и позже) в странах Западной Европы получают значительное распространение, иногда взамен водяных часов.
      Поэтому ранний период средневековья не только ничего нового не принес Западной Европе, но даже многое из наследия прошлого было потеряно. По справедливому утверждению И. А. Гейберга, «Запад получил только тощее научное наследие римлян, да и распоряжался им лишь в той мере, в какой позволяло ему варварство и церковь» [58, 104].
      Но даже в эпоху упадка Римской империи имелись отдельные попытки возродить интерес к западно-римской культуре. Такова была в Италии эпоха царствования Теодориха — короля остготов (493 — 526). Последний в какой-то мере был знаком с римской наукой и культурой. Он приближал к себе просвещенных людей, таких, как философ Боэций, историк сенатор Кас-сиодор и др. При нем сохранилось и искусство создания солнечных и водяных часов. По просьбе бургундского короля Гунди-бальда Теодорих посылает ему водяные и солнечные часы. По этому поводу Теодорих писал: «Часто малыми вещами можно достигнуть большего, чем значительными богатствами. Бур-гундский государь настоятельно просил нас прислать орологии (часы. — В. Я.), размеряемые течением водяной струи, а также другие, отсчитывающие время под светом Солнца. Он просил одновременно прислать мастеров этого дела». Чтобы установить добрососедские отношения, Теодорих посылает Гунди-бальду в качестве подарка солнечные и водяные часы, а также часовщиков, т. е. все то, что тот просил у него. Вместе с этими подарками было ему послано письмо, написанное рукой секретаря Теодориха Кассиодора, где содержались следующие рассуждения и пожелания: «Смутно проходит, — писалось там, —
      круговорот жизни, если неизвестно точное средство ее расчленения. Человеку свойственно искать для своего быта верного и твердого указателя». И далее: «Владейте же в вашей собственной отчизне тем, чем вы некогда владели в городе Риме. Да научится, под вашим управлением, Бургундия всматриваться в тончайшие явления, (деликатнейшие) предметы, хвалить изобретательность древних. Пусть в делах своих разграничивает она участки дня, полагая им точные границы» [64, 66].
      Не следует думать, что в самой Италии во время Теодориха часы и искусство создания солнечных и водяных часов были широко распространены. Нет, часы тогда еще не стали предметом быта, о них писали и говорили как о редкости, вызывавшей любопытство и удивление. Этого не избежал и сам Кассиодор, хотя он был высокообразованным человеком. Для него часы являлись предметом высшего искусства.
      Правда, и, с точки зрения Кассиодора, философская подготовка не всегда необходима для часовщика. Искусство это «грубым способом осуществляют и невежды», однако имеется огромная разница между ремесленниками и теми, кто свое искусство основывает на науке, кто входит в него «через четверо дверей математики». Кассиодор хочет сказать, что подлинный часовщик опирается на знания арифметики, геометрии, астро-
      номии и механики. Эти мысли он высказывает в письме к Боэцию, когда от имени Теодориха направляет в 507 г. тому заказ на изготовление солнечных и водяных часов. Он высказывает твердое убеждение, что научная и философская подготовка Боэция дает ему все возможности для успешного выполнения заказа, и без меры расточает похвалы знаниям и таланту Боэция. Кассиодор ставит перед ним две следующие задачи.
      «Первые часы вы сделайте так, чтобы палочка — указатель дневного времени — показывала часы [отбрасываемой ею] малой тенью. Таким образом, неподвижный и малый радиус, намечая путь, который пробегает чудесное величие Солнца, воспроизводит его течение, само не зная движения. Если бы светила почувствовали это, они исполнились бы зависти и изменили свой путь, не желая терпеть такого посмеяния. В чем же чудо самих дневных часов, движимых светом, если их показывает тень..?» [115,27].
      «Второй орологий, — пишет далее Кассиодор, — должен указывать часы без помощи солнечных лучей, деля на части ночь. Он ничем не обязан светилам, выражая расчет неба течением вод. В их движении показывает он обороты неба. Так труд мудрых стремится познать силу природы. Механизм стремится ее воспроизвести — из противоположных стихий... Механик — товарищ природы, разгадывающий скрытое, в явном открывающий новую сторону, играющий чудесами...» [64, 65].
      В конце жизни Кассиодор, спасаясь от бурь и ненастий своего времени, ушел в монастырь, где организовал переписку монахами старинных рукописей, сохранившихся от античных времен. Работа велась по часам и требовала применения подходящих средств измерения времени.
      «Допустимо ли [в ваших занятиях], — писал Кассиодор, — презреть мерило часов? Я приспособил для вас, вы знаете, два оро-логия. Один, где указателем является солнечный свет. Другой — водяной. Здесь часы отмечены и днем, и ночью. Ведь и днем иногда нет солнечного света, и то, о чем умолчал его пла-мень, чудесно являет вода. И то, что разделено в природе, гармонически сочетает людское искусство, побуждая к размеренному труду его воинов» [66, 20].
      Кассиодор упоминает об изготовленных им солнечных часах для монастыря в Лангедоке.
      Монастырь Кассиодора не походил на бедные монастыри бенедиктинцев. Это был благоустроенный монастырь, где имелись сады, водопровод, бани, рыбные садки, солнечные и водяные часы. Особое же его украшение составляла богатая библиотека.
      С середины VI столетия просвещение стало клониться к упадку даже в самой Италии.
      Солнечные и водяные часы нужны были для регулирования церковных служб и занятий в монастырях. Несмотря на это, в конце VI в. они имелись, по-видимому, только в некоторых крупных церквах и монастырях; подавляющее большинство церквей и монастырей, особенно в ранней средневековой Галлии, были лишены их. Во всяком случае, писатель VI в. епископ Григорий Турский (ок. 540 — 594 гг.) в своей «Liber der cur si-bus ecclesiastic» рекомендует определять время для ночных молитв в монастырях не по приборам времени, а по звездам. Имея в виду поставить астрономию на службу духовенству, Григорий Турский перечисляет, в какое время появляется та или иная звезда и как по звездам определять время; при этом он даже не упоминает о часах, как будто их и не было.
      Но само по себе стремление Григория Турского поставить астрономию на службу духовенству достойно того, чтобы его отметить. Оно явилось некоторой вехой на том пути превращения светских наук в отрасли богословия, на котором позже подвизались Беда Достопочтенный, Алкуин, Рабан Мавр и наконец Герберт.
      Еще более непонятно отсутствие упоминания о часах у другого писателя, который жил и писал позже Григория Турского, — у Исидора, епископа Севильского (занимал кафедру с 595 до 636 г.), усердного собирателя технических и культурных редкостей своего времени. В его «Этимологиях» нет даже намека на существование часов, хотя мы и находим здесь определение слова Ьога. В главах, посвященных астрономии и времени, имеются рассуждения о движении и действии Солнца, о дне, ночи, часах и моментах, об инструментах и утвари — домашней и садовой, об убранстве стен, о разных видах ремесел, но нигде Исидор Севильский не произносит слова «солярий» или «орологий».
      Но не только Григорий Турский и Исидор Севильский молчат о существовании часов в Галлии и Испании в VI — VII вв. Молчит об этом и археология континентальной заальпийской Европы. Солнечные часы от раннего средневековья дошли до нас только из Ирландии и Англии, а не из Галлии и Испании.
      В то время, когда на континенте Западной Европы происходили вторжения варваров (так римляне называли германские племена) и варварство почти смело последние остатки античной культуры, в Ирландии, а потом и в Англии в тиши монастырей нашла убежище античная наука. Но ее стали приспосабливать для нужд церкви.
      «С солнечными часами, — правильно отмечает Ф. Данне-ман, — познакомился германский культурный мир также лишь благодаря древним. Впервые это имело место в Англии и Ирландии в VII столетии» [13,314]. Монастыри Ирландии были населены весьма густо: так, в Бангоре близ Честера насчитывалось до двух тысяч монахов..Монахи занимались изучением латинского и греческого языков, астрономией, переписыванием книг не только духовного, но к светского содержания. Особенное развитие получила у них архитектура, в том числе установка солнечных часов.
      Ирландия наиболее богата древними солнечными часами. Они встречаются на кладбищах в виде каменных глыб различных размеров, с циферблатами в виде полукружий, исчерченных часовыми линиями. Лишь на некоторых из них, притом более поздних, видим мы привычные нам деления на 12 часовых линий.
      Христианство в Англии получило распространение среди англосаксов в начале VII в., позже, чем в Ирландии, куда оно пришло из Галлии еще в начале III в. Кельтская церковь в Британии и Ирландии имела большое сходство с первобытной христианской церковью. Обращение англосаксов в христианство в конце VI — начале VII в. происходило по инициативе папы Григория Великого. Когда английская церковь получила свое иерархическое устройство по образцу католической церкви, это явилось причиной неравной борьбы между новой церковью, основанной Римом, и старой британской церковью. Эта борьба кончилась подчинением последней римско-католической церкви. Воинствующая католическая церковь в Англии начала учреждать школы и монастыри, чтобы вырвать из рук приверженцев старой британской церкви последнее оружие своих противников — научное образование. Монастыри стали центрами учености и образованности в Англии. «Некоторые монастыри, — пишет А. Мортон, — особенно монастыри Нортумбрии, показывали образцы учености. Именно в одном из таких монастырей в Джорроу жил и работал Беда, самый образованный человек Европы своего времени, первый и один из крупнейших историков Англии» [73, 46].
      Беда Достопочтенный (673 — 735) — один из виднейших ученых раннего средневековья. Сочинения его касались всех областей тогдашнего знания, в них не обойдены и вопросы космологии и астрономии, содержится описание устройства астролябии и солнечных часов («делать солнечные часы из металла и дерева с шестью сторонами, каждая с гномоном» [108, 392]).
      Беде Достопочтенному было где и у кого учиться искусству создания солнечных часов. Это искусство находилось на достаточно высокой ступени развития уже у ученых британских монахов.
      В Англии от англосаксонских времен сохранилось большое количество солнечных часов. В качестве примера можно привести часы над дверью древней церкви Бишонстона (графство Суссекс), которые отнесены к VII в. (рис. 40). Тяжелая каменная доска, заканчивающаяся закруглением, несет в верхней части циферблат в виде полуокружности, разбитой на 12 делений 1о-ю радиусами, из коих пять, соответствующие каноническим
      Рис. 40. Солнечные часы над дверью древней церкви Бишонстона
      часам (matutina, tertia, sexta, nona, vesper), длиннее других и закачиваются крестами. Он украшен вверху меандром и имеет надпись: EADRIC [169, 149]. Еще с большей вероятностью относят к VII в. каменный обелиск с солнечными часами, найденный в Бьюкестле (Кемберленд), покрытый руническими надписями и своеобразными изваяниями. Из них усматривается, что обелиск воздвигнут сыном короля Нортумбрии, Освином-Эль-фредом, умершим в 664 г. [104, 149].
      Трое часов находятся в графстве Хемпшир, создание которых приписывается инициативе епископа Вильфрида (70-е годы VII в.). Число делений на циферблате этих часов неодинаково: на одних — 12, на других — 4, на третьих — 8.
      В большинстве случаев англосаксонские солнечные часы чрезвычайно просты по устройству; весьма типичными в этом отношении являются солнечные часы на Киркдельской церкви в Йоркшире от 1060 г. (рис. 41). Они состоят из каменной пластины, прикрепленной к южной стене. На пластине нанесено несколько часовых линий: горизонтальная — для восхода и захода Солнца, вертикальная — для полдня и две промежуточные (приблизительно под углом в 45°). В точке пересечения часовых линий имеется отверстие, в которое вставлялся гномон, но ни одного такого гномона до нас не дошло; в некоторых отверстиях сохранились лишь обломки железа. Предполагается, что стержень выступал горизонтально и от него отбрасывалась тень на стену. Горизонтальный стержень показывал восход, полдень и заход Солнца правильно. Однако остальные часовые линии под углом в 45° не давали равномерного деления дня на равные части, так как утренние и вечерние периоды были длиннее, чем примыкающие к полудню, в зависимости от времен года. В то время не стремились к более точному определению времени, требовалось лишь ориентировочное разделение дня на части. Искусство создания солнечных часов, воспринятое от древних, развивалось в Англии в англосаксонскую эпоху весьма успешно, и почва для этого была подготовлена учеными монахами. Дальше это искусство развивалось благодаря связям с Римом [69, 281].
      В самой Италии, а тем более в резиденции папы римского традиция определять время с помощью солнечных и водяных часов не могла быть утрачена, как в Галлии и Испании. И действительно, папа римский Сабиниан вскоре после своего вступления на престол в 604 г., после смерти Григория Великого, признал неправильным отсутствие часов в церквах и предписал «установить в церквах солнечные и водяные часы, чтобы можно было различать часы дня» [33, 60]. Сабиниан занимал папский престол в течение двух лет; за такое короткое время он едва ли
      1 Эти термины — названия канонических часов, бывших в употреблении в церковном обиходе в средние века; они обозначали: matutina — ранние утренние часы, tertia — часы до полдня, sexta — полдень, середина дня, попа — середина послеобеденного времени, vesper — вечер.
      мог добиться заметного успеха в этом отношении, особенно за пределами Италии. Предписания папы Сабиниана могли бы надолго остаться на бумаге, если бы ирландские и английские монахи своими миссионерскими трудами не способствовали их осуществлению в Галлии. «Когда, — отмечает профессор О. А. До-биаш-Рождественская, — в конце VII и начале VIII в. Галлия наполнилась ирландскими и англосаксонскими миссионерами, принесшими на материк астрономические и хронологические трактаты Беды, распространившие по всем ими основанными и подпавшими под их влияние обителям его пасхалию, его строгие и точные мысли о времени — вместе с возвышенными мечтами «о временах и летах», — только с этой поры сдвинулась с мертвой точки и орологическая культура Галлии. Только в эту пору на стенах и во дворах монастырей, соборов, а также дворцов, начинают появляться солнечные кадраны (циферблаты. — В. Я.), предшественники «Больших орологиев» классического средневековья и крестные отцы его площадей и улиц.
      Начавши энергично развиваться в Каролингскую эпоху, обычай церковного звона размерял, в согласии с этими часами, быт обителей и храмов, стал, наконец, регулятором жизни населения» [64, 70].
      Не следует думать, что солнечные часы появились на Западе по мановению волшебного жезла с приходом ирландских и английских миссионеров. Для успеха этого дела нужно было еще Каролингское возрождение, кипучая деятельность Карла Великого и его сподвижников в области просвещения и по созданию школ. Выдающимся сподвижником Карла Великого был опять же выходец из Англии Алкуин, ученик Экберта, который, в свою очередь, был учеником Беды Достопочтенного.
      Факты говорят, что даже после Каролингского возрождения оставалось много монастырей и церквей, где не имелось часов, а время определялось по звездам и чтению псалтыря. Папа Сильверст II еще в X в. должен был заниматься делом, которое было начато папой Сабинианом. И все-таки даже в XI в. во многих церквах имелись только крайне примитивные солнечные часы с грубо начерченными часовыми линиями на циферблате. Возможно, эти линии определяли не час дня, а время начала церковной службы, которое в разных местах определялось по-разному и во многом зависело от священника. Этим и объясняется большое разнообразие расположения часовых линий и расстояний между ними на различных солнечных часах. Но в то же время не лишено основания, что при крупных дворах феодалов, кафедральных соборах и в крупных монастырях могли устанавливаться более или менее сложные солнечные часы. Могли там иметься и ремесленники, умевшие их устанавливать.
      Солнечные часы в эпоху средневековья делались различных форм, видов и размеров. Когда они изготовлялись сложной формы и из дорогого материала, то предназначались в качестве подарка для князей и монархов. Солнечные часы устанавлива-
      лись в монастырях, на кафедральных соборах, на публичных зданиях, в замках и дворцах, на углах улиц и на площадях. Одни устанавливались на колоннах, другие прикреплялись к стенам зданий [33, 38].
      Однако нет никаких оснований предполагать, что в этот период существовала и развилась гномоника как наука о солнечных и водяных часах.
      Развитие гномоники, солнечных и водяных часов в Византии, на мусульманском Востоке, в средневековой Индии и Китае
      Гномоника в Византии. Византийская культура сыграла огромную роль в жизни средневекового мира благодаря высокому уровню своего развития, сохранению и передаче античных традиций. В течение средних веков Византия была для Европы таким же культурным центром, как Рим и Афины для древнего мира.
      В эллинизированных областях Востока сохранилась античная традиция создания монументальных и сложных водяных часов. До нас дошли благодаря писателю Прокопию, жившему на границе античности и византийской эпохи, известия о создании неизвестным мастером в сирийском городе Газе монументальных водяных «геракловых» часов приблизительно около того времени, когда Боэций по поручению короля Теодориха изготовил двое часов с украшениями. Пользуясь описанием Прокопия и другими источниками, немецкий ученый Дильс произвел реконструкцию «геракловых» водяных часов и описал их в своей монографии «О замечательных часах в Газе, описанных Прокопием» (Ober die von Prokop beschriebe Kunstuhr von Gaza» (1917). В Газе эти часы, по всей вероятности, были установлены на оживленной рыночной площади. Если судить по их внешнему виду, они представляли собой сложное сооружение (рис. 42).
      Часы находились в глубине помещения, ограниченного колоннами с мраморными барельефами, с насаженными на колонны остриями, чтобы не могли пробраться любопытные (рис. 42, а).
      Дневные и ночные часы ежечасно отмечались путем автоматического открывания специальных дверец, находившихся в помещении и расположенных в два ряда по 12 в каждом. Первый ряд последовательно час за часом отмечал ночные часы. Каждый час открывалась одна дверца, в ней появлялся светильник, и так от 1-й до 12-й. Второй ряд отмечал дневные часы. Над каждой открывавшейся дверцей взлетал устремляющийся вперед орел.
      Г1о карнизу мимо дверец проходил бог Солнца Гелиос, который по истечении определенного часа останавливался перед со-
      Рис. 42. Часы в Газе
      а — помещение, где расположены часы; б — общий вид часов
      ответствующей дверцей и указывал на нее. Из дверцы выходил Геракл и «совершал» один из своих подвигов. Орел, парящий над дверцей, украшал голову героя победным венком. Геракл кланялся зрителям и уходил с венком на голове в свою камеру. Геракл последовательно совершал все свои двенадцать подвигов. Человек, знавший эти подвиги, мог сразу определить, который час.
      Часы из Газы не только показывали время, но и отмечали часы боем. Только число ударов было не от 1 до 12, а от 1 до 6 до полудня и от 1 до 6 после полудня, так как счет времени производился по солнечным часам. На коньке крыши часов была укреплена голова Горгоны, вращавшей глазами при каждом бое часов. Бой осуществлялся так: механизм боя был связан с фигурой Геракла. Палицей, которую античный герой держал в правой руке, он ударял по медному звонковому листу (гонгу), который на весу держал в левой руке.
      Часы из Газы имели, кроме того, много других автоматически движущихся фигур. Так, например, была представлена фигура Пана — древнегреческого бога лесов, который при звуке
      гонга настораживался, как будто слышал голос своей возлюбленной Эхо. Пан окружен сатирами; они издеваются над несчастным любовником, строя ему гримасы. Трубач Диомед по истечении дневных часов и свершении всех двенадцати подвигов Геракла трубит (возвещает) зорю.
      В Восточно-Римской империи как непосредственной преемнице александрийско-римской культуры и благодаря тому, что в ее состав входили области, отличавшиеся издавна высокой культурой, — Греция и Италия, Египет к Сирия, не только сохранялось, но и развивалось искусство создания солнечных и водяных часов, основанных на достижениях античной гномоники. Об этом свидетельствуют и «геракловы» водяные часы из Газы, и водяные часы, приписываемые Архимеду, по образцу которых арабские мастера и ученые стали создавать водяные часы у себя. Арабы учились у византийцев также конструированию и изготовлению различных видов солнечных часов. Восточно-мусульманская гномоника потому и достигла потом высокого развития, что основывалась на использовании достижений античной гномоники, которая арабам была передана византийцами.
      В самой Византии были весьма распространены настенные вертикальные солнечные часы. Они имелись на стенах церквей, общественных зданий и были примерно такого же типа, как на стенах Башни ветров в Афинах и на стене византийской церкви, построенной на месте языческого храма Грация. На циферблате для обозначения часов впервые появляются числа.
      Свидетельства о наличии в Константинополе часов как прибора времени идут с VI в., но, к сожалению, без какого-либо пояснения их устройства. На основании эпиграммы, относящейся ко времени царствования Юстина II (565 — 578), византиевед Рейске заключает, что уже в VI в. у византийских греков были часы с боем, по крайней мере большие городские [123, 63].
      В «Уставе» Константина Багрянородного (911 — 959) находим свидетельство о существовании часов, которые находились в портике Хрисотриклино, из-за чего и сам портик часто назывался «часами». Устройство этих дворцовых часов также нам неизвестно.
      У Константина Багрянородного имеется упоминание и о переносных «походных» (серебряных и медных) часах наряду с большими церковными и домашними часами, установленными на стене или на башне. Вероятно, «походные» часы были не водяными, а механическими.
      Достоверно известно, что в Византии уже существовала профессия часовщика. В «Уставе» Константина Багрянородного упоминается об этой профессии. Наряду с часовщиками здесь говорится о «заравах». Рейске высказывает предположение, что в их обязанности входило отбивать на биле часы, соответствующие времени церковных служб и молитв. В этом предположении Рейске, как справедливо отмечает Д. Ф. Беляев, «нет ничего
      невероятного, но только, по мнению этого автора, во дворце отбивание часов необходимо было не столько для молитв и церковных собраний, сколько, может быть, для обозначения времени собраний воинов, открытия и закрытия дворца, смены стражи и других действий, совершающихся регулярно в известные часы» [50, 162 — 163].
      Дворец византийских императоров жил своей сложной, размеренной по дням и часам жизнью. Великолепные процессии, торжественные приемы, пышные празднества чередовались там постоянно.
      Астролябия, изобретенная астрономом Гиппархом (150 г. до н. э.), продолжала усовершенствоваться в Византии. Византийские ученые писали трактаты по астролябии. Один такой трактат был написан ученым Филопоном (Иоанн Грамматик) в 625 г. и дошел до наших дней. Примерно в это же время сириец Севера Себохта1 написал трактат на ту же тему, что и Фи-лопон. При этом он использовал греческие источники. Перс ал Фазар (умер ок. 777 г.) — один из первых среди мусульманских ученых — также написал трактат по астролябии [143, 48].
      Развитие военной техники, создание астролябии и часов в Византии способствовали развитию механического искусства, которое было доведено до большого совершенства в IX в. выдающимся византийским ученым Львом Философом. Исследования последнего касались главным образом математики, практической механики и прикладного естествознания. Льву Философу приписывается использование механики, в частности, для устройства весьма сложных автоматически действующих фигур и подъемных механизмов для дворца Маганавр, где император принимал иностранных послов.
      Дворец был украшен золотыми птицами, сидящими на золотом дереве вокруг трона Соломона, на котором восседал царь. Золотые птицы могли щебетать подобно живым птицам. По обеим сторонам трона на ступеньках были помещены фигуры различных животных, которые могли подниматься и становиться на лапы; имелись здесь также фигуры львов, которые «рычали так же громко, как цари пустыни», и т. д.
      Хотя завоевание Константинополя турками положило конец византийской культуре, но богатства древнегреческой мысли, собранные и обогащенные византийцами, сохранили Европе источники, из которых она долго черпала познание античного мира.
      Индийская и мусульманская астрономия и гномоника. Вертикальный и горизонтальный гномон как угломерный инстру-мент ввиду разнообразных его применений в астрономии стал моделирующей системой в средневековой индийско-мусульманской математике. Эта система выполнила такую же роль, какая
      1 Севера Себохта — сирийский ученый, бывший епископ в монастыре Кеннепре (верхнее течение Евфрата). г
      потом выпадет на долю маятника как моделирующей системы в механике и математике XVIII в. В связи с теорией гномона стала тщательно разрабатываться тригонометрия сначала у индусов, а потом и у мусульман. В течение долгого времени тригонометрия оставалась прикладной частью гномоники. По существу гномоника является теорией гномона — одного из самых ранних астрономических инструментов, а затем и солнечных часов, имевших самое широкое распространение в быту и в науке вплоть до XVIII в. С астрономии и гномоники начинается история науки вообще и развитие теории астрономических инструментов и теории часов — в частности. Она является самым ранним образцом теории самого раннего прибора. В XVIII — начале XIX в. гномоника преподавалась в учебных заведениях Германии, Италии и России. Перестали ею интересоваться лишь после того, как солнечные часы были вытеснены механическими часами. Однако изучение астрономии в учебных заведениях чаще теперь начинается с практических занятий с гномоном. Поэтому нельзя не интересоваться историей развития гномоники как одной из самых ранних наук вообще.
      Индийская астрономия была вызвана к жизни в силу необходимости определять и исчислять время. Страбон рассказывает, что астрономия была любимым занятием брахманов.
      Индийская астрономия получила толчок к дальнейшему развитию и совершенствованию тогда, когда индийским астрономам удалось ознакомиться и освоить достижения эллинской астрономии. Отсюда же заимствованы и 12 созвездий зодиака. В результате была создана греко-индийская астрономия и гномоника, изложенная в трактате «Сурья-сиддхант» («Наука Солнца»), появившегося около 400 г. н. э. Последующая астрономическая литература с V в. продолжает научные традиции «Сурья-сиддханты». Об этом свидетельствуют труды таких выдающихся индийских астрономов, как Ариабхата (V в.) и Ва-раха-Микиры (VI в.). Их сочинения были переведены на арабский язык; они и до сих пор ревностно изучаются особой школой индийских астрономов, несмотря на то что в университетах преподается совершенно другая, современная европейская астрономия. 1
      Ариабхата предлагает решение задач по гномонике, пользуясь теоремой Пифагора и пропорциональностью сторон в двух подобных треугольниках: «1) Прибавь квадрат высоты гномона к квадрату ее тени. Квадратный корень из этой суммы есть радиус небесного круга; 2) умножь высоту гномона на расстояние между гномоном и источником света и раздели на разность между высотой гномона и высотой источника света. Част-[57 будет длиной тени, измеренной от основания гномона»
      Ариабхата знает не только подобие треугольников и пропорциональность сторон в подобных треугольниках, но и применяет их для решения задач гномоники: «Расстояние между концами двух теней умножь на длину тени, раздели на разность между длинами двух теней; это дает расстояние от основания высоты светила до конца тени. Этот результат, умноженный на высоту гномона и деленный на длину тени, дает высоту источника света» [57, 141].
      В VIII — XI вв. индусы становятся учителями арабов. Ь ПА г. в Багдад ко двору калифа аль-Мансура прибыл один индийский астроном и принес с собой астрономические таблицы браминов, взятые, по всей вероятности, из «Брама-сфута-сиддханта» Брахмагупты. Эти таблицы, содержавшие важную индийскую таблицу синусов, были вскоре по приказанию калифа переведены на арабский язык и приобрели там большую популярность под названием «сиддхант».
      Сочинение «Брама-сфута-сиддханта» («Пересмотр системы Брамы») было написано Брахмагуптой в 628 г. В этом по существу астрономическом сочинении лишь главы XII и XVIII были посвящены математике. В разделе «Измерение с помощью гномона» Брахмагупта выдвигает в гномонике следующие задачи: 1) зная высоту источника света, высоту гномона и расстояние между их основаниями, найти длину тени, отбрасываемой гномоном; 2) найти высоту источника света, зная длину тени, ютбрасываемой гномоном в двух различных положениях [57, 144].
      Должно было после Брахмагупты пройти полстолетия, чтобы в XII в. появился математик и астроном Бхаскара Акария. В 1150 г. он написал сочинение «Сиддханта-сиромани» («Венец.астрономической системы»), одна из глав которого посвящена употреблению гномона. Две наиболее важные главы «Сиддханта-сиромани», относящиеся к математике, называются «Лило-вати» («Красота», или «Благородная наука»). Здесь также имеется упоминание о маленьком цилиндрическом сосуде, который был положен в сосуд, наполненный водой. Вода, постепенно проникая в маленькое просверленное отверстие в нижней части цилиндра, заставляла его в конце концов погрузиться. Таким сосудом индусы пользовались для измерения времени. Гиппарх и Птолемей за меру угла принимали хорду; индийские математики впервые ввели в употребление половину хорды — синус — и вычислили для нее таблицы. Кроме линий синуса, индийские ученые пользовались линией косинуса и линией синуса-верзуса, т. е. разностью между радиусом и линией косинуса. Они установили зависимость между синусом и косинусом взаимно дополнительных углов: sin А = cos(90 — А), а также одно из основных тригонометрических уравнений: sin2A + cos2A = 1.
      Путь, который привел индусов в тригонометрии к подобным "выводам, связан с гномоникой и составлением астрономических таблиц. Багодаря этому развивалась техника составления таб-лиц тригонометрических величин.
      Гиппарх ввел только одну тригонометрическую величину — хорду дуги — и дал в качестве тригонометрического пособия таб-
      лицу хорд. Она содержала величины хорд, соответствующих углам в круге в частях радиуса, но их было трудно вычислять. Исходной точкой для Гиппарха служили хорды в 120, 90, 42, 60 1и 36°. Птолемей с достаточной точностью определил хорды всех углов, последовательно возрастающих на полградуса.
      В средневековой Индии стали прибегать к другим тригонометрическим величинам. Индусы содействовали значительному прогрессу гониометрии — важнейшей части тригонометрии, оперируя с синусом и с синусом-верзусом (1 — cosa).
      Индийские таблицы синусов заменили греческие хорды. Тригонометрические величины использовались индусами чаще всего при решении изолированных задач.
      В трактате «Сурья-сиддхант», как и в других «сиддхантах», гномон и его тень фигурируют во многих тригонометрических задачах. Таким образом формулируются правила гномоники для определения теней по высоте Солнца и обратное правило — определение высоты Солнца по тени гномона и т. д. Постепенно увеличивалось количество введенных в рассмотрение зависимостей между тригонометрическими величинами ввиду потребности нахождения высоты и азимута Солнца, в зависимости от которых в течение каждого дня определялось время и изменения соответствия между ночными и дневными часами. Для нахождения по тем или иным данным высоты Солнца, продолжительности дня и ночи в «Правилах», данных в «Сурья-сиддхан-те» и других «сиддхантах», перечисляется последовательность арифметических действий над синусами, синусами-верзусами и радиусом. В индийских «правилах» неявно содержатся даже некоторые теоремы сферической тригонометрии, чаще всего в связи с решением задач сферической астрономии и гномоники.
      В трактате «Сурья-сиддханта» можно найти, хотя и в словесном выражении, теорему косинусов сферической тригонометрии, использованную для определения высоты Солнца, или в переводе на современный математический язык
      где t — часовой угол, который можно определить, если известны склонение Солнца б, географическая широта места ф и высота Солнца h в данный момент. К этой же формуле в конечном счете сводится и правило Вараха-Михиры для определения высоты Солнца, приводимое в его «Панча-сиддхантике» [85, 197].
      Созидательная работа индусов в области гномоники приходится на период с III по XII в. н. э. В отличие от греков индийские ученые не проявляли острого интереса к логическим построениям и концентрировали свое особое внимание в астрономии и математике на вычислениях.
      Зарождение и развитие тригонометрии показывает, что математика не вышла из мозга гениев, как Минерва из головы Зевса, а создавалась и разрабатывалась в зависимости от практических потребностей определения времени и составления аст-
      рЬномических таблиц. Задолго до разработки обобщающей теории тригонометрии был создан механизм вычислений. Когда же появилась теория, то разработка ее пошла независимым путем, подчиняясь своей собственной логике развития.
      На мусульманском Востоке плоская тригонометрия была развита слабее сферической, ввиду того что для решения задач сферической астрономии и гномоники требовалась разработка методов решения сферических треугольников для нахождения соотношения между тригонометрическими функциями его сторон и углов.
      «Важное место в математике стран ислама, — отмечает А. П. Юшкевич, — занимала тригонометрия. Она служила звеном, непосредственно соединявшим, математику с ведущей естественной наукой того времени — астрономией, с календарем и гномо-никой, наукой о солнечных часах, широко распространенных в мусульманских городах, где небо редко и недолго бывает покрыто облаками» [100, 281].
      К начальному этапу развития тригонометрии на мусульманском Востоке и ее приложений к астрономии и к гномонике — к усвоению греческой и индийской научной традиции в этой области — относятся перевод и комментирование «Альмагеста» Птолемея и индийских «сиддхант».
      Заменив хорды Птолемея синусами и опираясь на вычислительные приемы «Альмагеста» и правила индийской гномоники, ученым стран ислама удалось ввести в математику остальные тригонометрические функции (тангенс, котангенс, секанс и косеканс). Они нашли решение всех случаев плоских и сферических треугольников и составили многочисленные тригонометрические таблицы с высокой степенью точности, которые были использованы для определения горизонтальных координат — азимута А и высоты h светила, полуденной высоты Солнца и высоты светила в меридиане Я, часового угла t и «расстояния восхода», т. е. дуги горизонта между точкой востока и точкой восхода светила, и т. д. Благодаря применению тригонометрии к решению задач гномоники она из искусства превращается в подлинную науку.
      Выдающееся значение в разработке гномоники в связи с тригонометрией имели на мусульманском Востоке труды следующих ученых: ал-Хорезми (780 — ок. 850), Хабаша ал-Хасиба (ок. 770 — ок. 870), Сабита ибн Корра (836 — 901), ал-Баттани (ок. 850 — 929), Абу-Али ал Хасана (умер в 1262 г.).
      Ал-Хорезми первый в мусульманском мире продолжил индийские научные традиции и изложил элементы тригонометрии. Он ввел в употребление синус и понятие тени как тригонометрической линии, связанной с гномоникой. Ал-Хорезми рассматривает две практически не связанные друг с другом тригонометрические линии: в круге (синус, синус-верзус) в соответствии с традицией «Альмагеста» и в прямоугольном треугольнике (тангенс, котангенс) согласно правилам индийской гномоники.
      Вопросами гномоники прилежно занимался также современник ал-Хорезми Хабаш ал-Хасиба. О нем известно, что он в большей мере стал прибегать к тригонометрии для решения задач гномоники.
      Для определения отношения длины тени b к высоте гномона I в зависимости от высоты Солнца ah ал-Хабаш составил таблицу значения длины тени для h= 1, 2, 3° и т. д. с точностью до 1 с, пользуясь фактически тригонометрическим соотношением b = ctgA.
      Для горизонтального гномона, перпендикулярного к вертикальной стене, ал-Хабаш составил таблицу «обращенных теней», т. е. тангенсов: b = ltgh.
      Однако применение тригонометрии у ал-Хабаша сводилось в основном к решению отдельных практических задач. Более высокий уровень использования тригонометрии был достигнут уже только в следующем поколении после ал-Хорезми и ал-Хабаша. Это поколение дало таких выдающихся астрономов и математиков, как Сабит ибн Корра и ал-Баттани. Они стали разрабатывать гномонику, используя формулы, выражающие соотношения между тригонометрическими функциями сторон и углов произвольного сферического треугольника, а также алгебраические методы преобразования тригонометрических уравнений и величин. Они умело пользовались теоремой синусов и косинусов для сферического треугольника.
      Сабит ибн Корра в 1-й главе «Книги о солнечных часах» решает задачу на определение азимута Солнца А по его склонению б, высоте h и его часовому углу сводящуюся к теории синусов, что может быть записано в виде sinAsin6 = sirtfcosA. В книге «О часовом инструменте, называемом солнечными часами» он дал два решения задачи об определении высоты Солнца над горизонтом h по широте местности ф, склонению Солнца б, по его часовому углу t и часового угла t по А, что приводит в конечном счете к известной уже нам сферической теореме косинусов.
      Сабит в «Книге о солнечных часах» называет линию синуса «синусом линии косинуса», «синусом дополнения», линию сину-са-верзуса — «обращенным синусом», линию тангенса он просто называет «тенью», линию котангенса — «тенью дополнения».. Этим подчеркивается непосредственная связь в развитии тригонометрии с гномоникой.
      Ал-Баттани значительно содействовал применению тригонометрии в гномонике. На нем сказалось особенно сильное индийское влияние при вычислении горизонтальных координат Солнца-часового угла t, азимута А, а также на определение высоты Солнца А, т. е. величин, близко связанных с гномоникой.
      Расчеты, связанные с гномоном и его тенью, привели ал-Баттани к применению котангенсов. Если ф обозначает угол высоты Солнца, А — высоту гномона, а — длину его горизонтальной тени (рис. 43, а), то из прямоугольного треугольника получаем
      a=h cos фsin ф. Ал-Баттани дает ф значения 1, 2, 3°, принимает hiр12 и составляет таблицу для вычисления а [141, 313]; он не только знает формулы для сферических треугольников, приведенные в «Альмагесте», но еще присоединяет важнейшую для косоугольных треугольников формулу cosa=cosfrcosc-|-sinbsinccosA,
      благодаря которой в дальнейшем устранялась необходимость разделения упомянутых треугольников для их решения на прямоугольные и косоугольные.
      Рис. 43. Вспомогательный треугольник
      а — для вычисления котангенсов по углу высоты Солнца, высоте гном®на и длине горизонтальной тени вертикального гномона; б — для вычисления тангенсов при решении вопросов гномоники
      Для решения некоторых вопросов гномоники, например для нахождения угла высоты Солнца ф из отношения длины тени Ь к длине стержня, горизонтально укрепленного на стене АВ, ал-Баттани прибегал к функции тангенса. Введение в математику тангенса как тригонометрической функции выпало, однако, на долю Абу-л-Вафа...
      Абу-л-Вафа определяет все шесть тригонометрических функций единообразно в круге, не порывая до конца с гномоникой. Для определения «теней» как тригонометрических линий он пользуется вертикальными и горизонтальными гномонами. В отличие от своих предшественников он делит тени не на 12 «пальцев», а на 60 частей, связывая это с величиной радиуса круга, принятой в александрийской математике.
      Для определения длины тени, отбрасываемой вертикальным гномоном на вертикальную плоскость (рис. 43,6), Абу-л-Вафа прибег к формуле ал-Баттани Ь = зтфсо5ф. Длину I он принял равной 60; таким образом были составлены таблицы тангенсов.
      В трудах Абу-л-Вафа тангенс фигурирует под названием umbra (тень), котангенс — umbra recta (дополнение дуги), секанс он называл diameter umbrae.
      Продолжатель птолемеевской традиции, Ибн Юнис, как и ал-Баттани, отдает дань правилам гномоники. Хотя он уже близко подошел к определению «теней» как линий в круге, однако еще не рассматривал, «тень», подобно синусу, как функцию для нахождения любых астрономических величин: он избегал пользоваться тангенсами для их нахождения.
      Подобно ал-Баттани, Ибн Юнис построил таблицу котангенсов, пользуясь формулой b = lsШфсоэф, но вместо значения
      =12, употребленного ранее, положил =60, вычислив такцм образом котангенсы с той же единицей, с которой были вычислены синусы. Он вводил иногда в формулы вместо частного siiHpcoscp для краткости выражения слово «тень», но никогда не применял своих таблиц теней для вычисления различных углов высоты Солнца.
      Ибн Юнис кратко определяет цели и задачи мусульманской астрономии: «Изучение небесных тел... позволяет узнать часы молитвы, время восхода зари, когда собирающийся поститься должен воздерживаться от пищи и питья, конец вечерних сумерек, предел обетов и религиозных обязательств, время затмений, о которых нужно знать заранее, чтобы приготовиться к молитве, которую следует совершать в таких случаях. Это изучение необходимо, чтобы поворачиваться во время молитвы к Каббе, чтобы определить начало месяца, чтобы знать некоторые сомнительные дни, время посева, роста деревьев, сбора плодов, положение одного места по отношению к другому и чтобы находить направление, не сбиваясь с пути» [67, 106].
      Особенно большое значение для развития «арабской» астрономии и гномоники имели труды ал-Бируни. Академик И. Ю. Крачковский так оценивает роль и значение его трудов в развитии мировой науки: «Чем глубже проникает наука, чем
      больше сочинений ал-Бируни открывалось, тем величественней становилась его фигура в наши дни. Сартон мог назвать всю половину XI в. в развитии мировой науки эпохой ал-Бируни по крупнейшему ее представителю» [67, 244].
      Ал-Бируни первому удалось определить только в круге все шесть тригонометрических функций, отделив, наконец, тени от гномона, но и он не уберегся от влияния традиционной связи тригонометрии с гномоникой при определении тригонометрических линий для дуги круга.
      Труды ал-Бируни по сферической астрономии и гномонике и подробные описания астрономических инструментов послужили важным источником для развития гномоники и практической астрономии в XIII в. В этом столетии жил и работал марокканский астроном Абу-Али ал-Хасан ал-Марракуши (умер в 1262 г.). Его основное сочинение — «Объединение начал и целей относительно науки о времени». В первой части своего труда он характеризует те элементы наук, на которых основывается астрономия — космография, хронология, гномоника; вторая часть посвящена преимущественно конструированию астрономических инструментов и работе с ними. Гномоника здесь изложена с исчерпывающей полнотой, возможной для того времени, и отличается новизной в теоретическом отношении. Насколько нам известно, Абу-Али ал-Хасан первый развил теорию и практику создания солнечных часов, приспособленных к измерению равных часов, не зависящих от времени года. В практической части гномоники излагаются правила для построения циферблатов солнечных часов на плоских, конических, цилиндрических, вогнутых и выпуклых поверхностях. Имеется даже описание солнечных часов подковообразной формы. Гномоника Абу-Али ал-Хасана впоследствии была хорошо известна в Западной Европе.
      Подводя итоги достижениям в применении тригонометрии в гномонике, важно отметить, что математики и астрономы средневекового Востока фактически пользовались уже правилами для нахождения угла по трем сторонам или стороны по двум другим и углу между ними, сводящимися к соотношению cosa=cosfrcosc+sinfrsinccosA. Хотя эта формула не была еще оформлена в общем виде, но ее применение встречается и в индийской гномонике, и у Сабита ибн Корры при определении высоты Солнца по его склонению, часовому углу и широте местности.
      Астрономам средневекового Востока были также известны определение по солнечным часам равных (постоянных) по длительности часов и теория устройства таких часов.
      Простейшие из солнечных часов такого типа — экваториальные. У них гномон направлен к полюсу мира, а циферблат перпендикулярен к нему. Более распространены горизонтальные солнечные часы. Гномон у них направлен по оси мира, а циферблат строится по формуле tgT=simptg, где т — угол между меридианом и направлением тени, соответствующим часовому углу Солнца. Кроме горизонтальных, известны вертикальные солнечные часы. Современная теория устройства экваториальных, горизонтальных и вертикальных часов дана в книге
      В. В. Витковского [56].
      Солнечные и водяные часы мусульманского Востока. Античная традиция создания солнечных часов, идущая, по-видимому, из Византии, продолжалась на мусульманском Востоке. Там, как и в античном мире, были довольно широко распространены полусферические солнечные часы и горизонтальные солнечные часы типа пеликан, описание которых дано в первой главе.
      Большое распространение на мусульманском Востоке имели солнечные часы с двойным циферблатом. Первый циферблат, как и в античных часах типа пеликан, служил для определения времени по высоте Солнца и имел вид ласточкина хвоста. Второй циферблат служил для определения направления к Мекке и вместе с первым, по существу, выполнял роль солнечного компаса. Такие часы снабжались специальными шкалами, показывающими направление Мекки от различных городов.
      Одни такие часы XIV столетия из Алеппы (Сирия) можно видеть на рис. 44. При пользовании ими нужно было устанавливать их вдоль меридиана, а затем повернуть циферблат так, чтобы можно было определить направление к Мекке от того или иного города, обозначенного на шкале.
      После взятия турками Константинополя на всех мечетях, в которые были превращены многие православные церкви, были установлены солнечные часы. Солнечные часы на мечетях Со-
      Рис. 44. Солнечные часы из Алеппы с двойным циферблатом
      фия, Мухаммед, Сулейман и других не имели на себе никаких надписей, кроме имени изготовителя и размеченных на них часовых линий, отмечавших ход тени Солнца. На некоторых солнечных часах наносилась также линия, показывающая направление к Мекке, куда обращались лицом молящиеся.
      Во всех новых мечетях, которые воздвигались турками, неизменно устанавливались и солнечные часы. Поэтому возраст здания соответствует возрасту часов, установленных на нем.
      В VI в. арабы приходят в соприкосновение с персами и византийцами и перенимают у них искусство создания водяных часов. Скоро арабы стали сами создавать водяные часы, снабженные различного рода механическими устройствами. Уже в начале IX в. Гарун-ал-Рашид смог послать в качестве подарка Карлу Великому художественно выполненные водяные часы, созданные руками арабских мастеров. На рис. 45 представлена гцена передачи этих часов Карлу Великому в 807 г. Это изображение было найдено Планшоном и опубликовано в его труде по истории часов [35].
      „ Эгингард, историограф Карла Великого, об этих часах писал следующее: «Абдалла, посол персидского короля, и два
      иерусалимских монаха с поручением от патриарха Фомы предстали перед императором. Оба монаха, Георг и Феликс, поднесли Карлу несколько подарков от персидского короля и, между прочим, позолоченные часы, изготовленные удивительно искусно. Особый водяной механизм указывал часы, означавшиеся
      еще боем от падения определенного числа шариков в медный таз. В полдень 12 рыцарей выезжали из стольких же дверей, закрывавшихся за ними.
      Еще много удивительного было в этих часах, но было бы чересчур долго все рассказывать.
      Император перенес их в свой дворец в Ахен» [83, 515].
      Джавахарлал Неру указывает, что «в Дамаске были знаменитые башенные часы, а также в Багдаде во времена Га-рун-ал-Рашида» [75, 275]. Неру не ссылается на источник, поэтому трудно судить о достоверности его сообщения. Но одно бесспорно, что на мусульманском Востоке были достигнуты большие успехи в создании водяных часов. Уже при Гарун-ал-Рашиде они там широко использовались не только в астрономических обсерваториях для астрономических наблюдений, но и в быту.
      Водяные часы у арабов имели уже весьма сложное автоматическое устройство. Кроме времени, они показывали
      праздничные дни по календарю, положение Солнца в зодиаке и положение других небесных светил.
      В качестве примера можно привести знаменитые часы «Мен-ганах», изготовленные в 1358 г. одним факиром. По описанию Бартера, в этих часах на часовой коробке было прикреплено дерево; на нем гнездо и сидящая в нем птица с двумя птенцами. Ствол обвивала змея. На террасе часов находилось девять ворот. По мере вращения зубчатых колес ворота открывались, из них вылетали два орла; змея жалила одного из птенцов, самка издавала писк. Из ворот выходила молодая невольница, держа в правой руке книжку, на которой значился данный час. Левая рука принимала такое положение, как будто приветствовала калифа.
      Сохранились данные о двенадцати монументальных водяных часах, которые были созданы до 1250 г., причем большинство из них изготовлено мусульманскими механиками. Описание этих часов сохранилось в арабских трактатах, составленных Газари и Ридваном в начале XIII в. Механические движения осуществлялись там с помощью гирь, подвешенных на веревке, перекинутой через шкив или блок А (рис. 46), и с помощью падающих цилиндров; контроль за их движениями надежно обеспечивался поплавками, имевшимися на водоемах, которые были наполняющимися или опорожняющимися, что регулировалось особыми устройствами. Шестеренная передача в этих водяных часах не применялась, следовательно, как справедливо отмечает Дж. Бернал, «им недоставало точности и силы передачи колесного механизма» [9, 187].
      Остановимся на двух характерных видах водяных часов. Одни были установлены во время правления Султана Саладина (1146 — 1163) на большой мечети в Дамаске. Их изобретателем был Ридван, известный своими трактатами о часах. Дамасские часы состояли (рис. 46) из большой арки, в которую были вделаны двенадцать сводчатых окон (арок), т. е. столько, сколько было тогда в сутках часов. Живописный вид дополняли два сокола В, В из литой латуни, расположенные возле первого и последнего окошечка. Каждый час они, переходя последовательно от одной арки к другой, роняли в бассейн столько шаров, сколько прошло часов. Можно было различать и часы ночи, так как за ночь источник света перемещался от первой к последней арке (D, Е). Резкость свечения застекленных арок увеличивалась благодаря освещению их красным светом.
      Механизм часов не содержал в себе зубчатой передачи. Движение от поплавков С передавалось посредством шнуров и бечевок, пропускаемых вокруг различных роликов и шкивов. На своих концах бечевки несли противовесы, гири.
      Весьма характерны также водяные часы, изготовленные Га-зари (рис. 47). Высота их фасада около 4 м, верх заканчивается аркой; у свода арок движущаяся лента поддерживала двенадцать знаков зодиака. Под ними находились изображения Солнца и Луны; их восход и заход соответствовал времени года и происходил соответственно знакам зодиака. Еще ниже было два ряда окошек, в каждом по 12 (Т1 и Г2). Окошко верхнего ряда могло открываться, и вслед за этим появлялась фигура; в нижнем ряду окошки могли изменять свой цвет. Указатель D в форме полумесяца двигался вдоль направляющей и проходил перед нижним рядом окошек. В конце каждого часа птицы и V2, расположенные в нишах, наклоняли голову и бросали шарики в бронзовые сосуды Ви В2. В шестой, девятый и двенадцатый часы трубачи М3 и Л44 трубили в трубы, барабанщики Ми Л12 били в барабаны, цимбалист Мъ ударял по цимбалам. В ночь, в начале первого часа, появлялся едва заметный свет в одном из двенадцати шаров 5S. Интенсивность освещения увеличивалась, шар становился как бы светящимся. Это последовательно происходило с каждым из шаров.
      Большой интерес представляют ртутные часы (рис. 48), приведенные в «Книге астрономических знаний» («Libros del Saber Astronomie»), составленной по арабским источникам группой ученых для Альфонса X Кастильского.
      Барабан Л, вращаясь, поднимает ртуть В до тех пор, пока она не сделается противовесом движущей силе тяжести; с этого времени гиря будет падать медленно, по мере того как ртуть будет проникать через отверстия в простенках, задерживающих вместе с тем свободное ее истечение. Вращение барабана было почти равномерным и зависело только от вязкости ртути и размеров отверстий. Просачивающаяся в барабан ртуть непрерывно регулировала вращение барабана, пока веревка, обмотанная вокруг него, полностью не разматывалась.
      Описание водяных часов Газари и Ридвана живо напоминает приведенные выше описания часов из Газы и часов, подаренных Карлу Великому Гарун-ал-Рашидом. Во всех этих водяных часах истекшее время отмечалось падением соответствующего количества медных шариков. Одновременно с этим сигналом открывалось одно из двенадцати окошек, из него появлялась фигура, которая автоматически выполняла ряд действий, соответствующих каждому часу дня и ночи.
      Ал-Хазини в своей книге «Весы мудрости» (1121 г.) описал часы, основанные на принципе взвешивания. К одному из двух плеч рычага был присоединен резервуар с водой, из которого вода вытекала через малое отверстие, так что он опорожнялся за 24 ч. Когда резервуар наполнялся, вода удерживалась в равновесии посредством гирь, подвешенных к другому плечу рычага. По мере вытекания воды плечо с резервуаром поднималось все выше, а гири, подвешенные к противоположному плечу, опускались вниз. По высоте гирь определяли время [164].
      Применение солнечных и водяных часов и астрономических инструментов в обсерваториях средневекового Востока, Успехи в развитии астрономии в странах средневекового Востока были достигнуты благодаря применению математики, точной механики и успешному проведению астрономических наблюдений. При сыне Гаруна-ал-Рашида, ал-Мамуне, уже были основаны две обсерватории: одна — в Багдаде, другая — около Дамаска. Создание в Багдаде первой обсерватории Мамун начал с установки большой железной колонны — гномона. С помощью гномона он предполагал производить наблюдения для нахождения истинной длины года.
      Узнав, что высота железной колонны подвержена изменениям в связи с понижением температуры от дня к ночи, Мамун занялся установлением величины этого изменения, после чего стало возможным использовать колонну для точных наблюдений. По их результатам стали разрабатываться астрономические таблицы, каталоги звезд и т. д. Потребностями этих исследований было вызвано развитие не только математики, но и точной механики.
      Освоенное у византийцев искусство изготовления угломерных инструментов (и астролябий), различных видов водяных и
      солнечных часов и других приборов было доведено мусульманскими учеными и мастерами до большого совершенства.
      Для проведения астрономических наблюдений требовались разнообразные инструменты. Так, ал-Баттани в Ракке, где он основал обсерваторию, пользовался следующими инструментами: астролябией, когда можно было обходиться без особо точных измерений; гномоном, когда нужно было производить особо тщательные наблюдения: циферблат делился на 12 частей, но мог иметь и более мелкие деления; горизонтальными и вертикальными солнечными часами; армиллярной сферой; параллактическими линейками; стенными квадрантами, у которых радиус был немного менее одного метра; таблицами, показывающими величину тригонометрических функций, и т. д. [160, 96].
      Астрономические наблюдения в Ракке ал-Баттани проводил в 882 — 910 гг. Он считал, что точность измерений с помощью гномона и квадрантов достигается по мере увеличения их размеров.
      Особой известностью и славой на средневековом Востоке по справедливости пользовалась Марагинская обсерватория, созданная Насир-ад-Дином ат-Туси в 1259 г. По оснащенности астрономическими инструментами ей в то время не было равной. В Марагинской обсерватории имелись не только солнечные и водяные часы, небесные глобусы, армиллярные сферы, но и квадранты различных систем и назначений (стенные, вращающиеся и т. д.), инструменты для наблюдения затмений, моментов равноденствия, наклона эклиптики, синус-инструменты.
      Самаркандская обсерватория была основана в 1425 г. выдающимся астрономом Улугбеком (1393 — 1449), внуком Тимура, и была оснащена по образцу Марагинской обсерватории. На этих обсерваториях имелось большое разнообразие астрономических инструментов, предназначенных для специальных целей.
      Улугбек вместе со своими учениками и сподвижниками проводил астрономические наблюдения, по результатам которых были составлены каталоги координат 1018 звезд и много других таблиц, вытеснивших таблицы Птолемея. Труды Улугбека явились вершиной в развитии восточной мусульманской астрономии.
      Улугбек большое внимание уделял также гномонике, что было традиционно для мусульманской астрономии. В Самаркандской обсерватории для астрономических наблюдений пользовались большого размера секстантом и водяными часами. Время по водяным часам определяли по времени погружения наполненного водой сосуда на дно резервуара с водой.
      Применение в обсерваториях различных по назначению инструментов становится отличительной чертой, характеризующей все последующее развитие мусульманской наблюдательной астрономии. Еще в XVI в. продолжали пользоваться многими видами инструментов Марагинской обсерватории. Об этом, например, можно судить по оснащенности инструментами обсерватории в Истамбуле (XVI в.). Мы находим там армиллярные сферы, стенные квадранты, азимутальные квадранты, параллактически е линейки, инструменты для определения моментов равноденствий, наклона эклиптики и т. д. [160, 111]. Но эта обсерватория отказалась от применения водяных и солнечных часов, так как здесь уже пользовались механическими и песочными часами.
      После разгрома Самаркандской обсерватории и падения Константинополя астрономические исследования на Ближнем и Среднем Востоке надолго замирают. И только в XVII и XVIII вв. на основе симбиоза индийской астрономии, нашедшей свое выражение в «Сурья-сиддханте», и астрономического наследия Ма-рагинской и Самаркандской обсерваторий в Индии возрождается интерес к астрономическим исследованиям. Это подтверждается двумя индийскими манускриптами, так называемыми «шах-джаканскими» астрономическими таблицами, составленными Абу Мулла-Фаридом Деклеве — придворным астрономом индийского шаха Джаконе (1628 — 1698), и «Новыми мухаммедшах-скими таблицами», составленными магараджей Савай-Джай Сингхом (1686 — 1743).
      Савай-Джай Сингх создал свою первую обсерваторию в Дели около 1724 г. (рис. 49). В течение семи лет он проводил там астрономические наблюдения и по их результатам составил астрономические таблицы. После успешного завершения этих работ он в 1734 г. основал в Джайпуре обсерваторию еще большего размера, чем в Дели. Затем он создал небольшие обсерватории в Уджане, Бенаресе и Муттре [166]. На них были установлены гигантского размера экваториальные солнечные часы, представлявшие собой целые архитектурные сооружения из камня. Все они подобны часам, которые были созданы в Дели — первой обсерватории Сингха. Отличались они лишь размерами. Савай-Джай Сингх считал механические часы менее пригодными для астрономических наблюдений, чем созданные им экваториальные солнечные часы. Пользуясь последними, можно, по его мнению, делать отсчеты времени с большей точностью, чем по механическим часам.
      Гномон этих часов представлял собой архитектурное сооружение в виде прямоугольного треугольника с вертикальным катетом 27 м. Гипотенуза длиной 45,1 м направлена к оси мира. По обеим сторонам гномона расположены западный и восточный квадранты (четверть круга). До полудня тень падает на западный, а после полудня — на восточный квадрант. Плоскость квадранта параллельна плоскости экватора, а гномон перпендикулярен плоскости квадранта и установлен, как нам уже известно, параллельно оси мира. При всяком другом положении направление тени гномона будет зависеть не только от часового угла Солнца, но и от его склонения: при том же часовом угле, но при другом склонении Солнце имеет и другой азимут. Линии на квадранте этих часов, соответствующие равным промежуткам времени, образуют между собой равные углы и, следовательно, показывают равные по своей длительности часы.
      В гигантских экваториальных солнечных часах «Самрай», установленных в Джайпурской обсерватории, тень ежечасно проходит почти 4 м на соответствующем квадранте диаметром в 15 м, что можно наблюдать визуально. В 6 ч утра тень длиной в 15 м доходит до крайней точки в западном квадранте. По мере того как Солнце поднимается, тень на квадранте опускается, пока в полдень не исчезает. Солнце стоит теперь прямо на юге и в плоскости гномона. Но это только одно мгновение, после чего тень начинает подниматься в восточном квадранте, пока в 6 ч вечера весь квадрант не покроется ею [110, 38].
      Западнее экваториальных солнечных часов были установлены еще 12 других солнечных часов: они являлись уменьшенными копиями «Самрая», но с той разницей, что плоскости квадрантов у них были ориентированы по отношению к плоскости эклиптики. Каждый из них был расположен в своем знаке зодиака [166]. Савай-Джай Сингх, создавая обсерватории с исполинскими размерами основного инструмента, следовал традиции Самаркандской обсерватории. Известно, что секстант Улугбека имел радиус 40,2 м. Труды Марагинской и Самаркандской обсерваторий явились высшим достижением астрономии мусульманского Востока, а труды обсерватории Сингха — высшим достижением индийско-мусульманской астрономии и гномоники. Работа обсерватории Сингха показала, что на этом пути невозможен дальнейший прогресс. То же новое, что содержалось в трудах самого Сингха, выходило за пределы старой астрономии и оказалось своеобразным преломлением новой тенденции в развитии астрономии Западной Европы, а именно в трудах Н. Коперника и И. Кеплера.
      В устройстве больших экваториальных солнечных часов также выражено новое направление в развитии гномоники, более характерное для Западной Европы, чем для восточных стран, не исключая Индии. Достоинством этих часов является то, что вследствие равномерного движения тени часовые деления получаются равными. Отпадает необходимость иметь циферблат в виде многих линий, из которых каждая была предназначена для определенного месяца, что затрудняло и изготовление и пользование часами. Имея экваториальные солнечные часы, можно было производить более точные отсчеты времени.
      Усовершенствование применения средств точной механики для создания разнообразных приборов и инструментов на мусульманском Востоке было связано не столько с созданием водяных часов, сколько с изготовлением астрономических и весовых приборов.
      Весьма была развита практика создания астролябий со сложными календарными и планетарными устройствами. Астролябии с присоединенными к ним механическими календарями теперь можно видеть во многих иностранных музеях. Такая астролябия, изготовленная Мухаммедом Абу Бахром в 1221 — 1222 гг., находится в Оксфордском научном музее. Примененная в ней зубчатая передача состояла из многих пар шестерен. Ал-Бируни описывает устройство изобретенного им механического календаря, который представлял собой также «приставку к астролябии». Ее устройство описано в работе [86].
      Известный историк техники Д. Прайс находит, что «часы», подаренные султаном Саладином германскому императору Фридриху II Гогенштауфену, в действительности были астролябией со многими механическими приставками для воспроизведения движения небесных тел и календаря.
      Ал-Хазини в своей книге «Весы мудрости» описал созданные им в 1121 — 1122 гг. гидростатические весы, которые в то время считались чудом точной механики.
      Солнечные, водяные а огневые часы средневекового Китая. Гномоника продолжала развиваться наряду с астрономией и совершенствованием календарной системы. Были найдены более совершенные способы определения времени.
      Лю Чжо, живший в годы правления императора Ян-ди (начало правления 605 г.), доказал наличие расхождения между временем, определявшимся до него с помощью гномона («ту-гуй»), и установленным им фактическим отношением длины тени на земле к пути перемещения Солнца по эклиптике. Для доказательства выдвинутых им теоретических положений он предлагал измерить длину земного меридиана. Это было сделано, однако, не при его жизни, а только через столетие в эпоху династии Тан (618 — 907 гг.) буддийским монахом астрономом И. Синем. Он блестяще подтвердил теоретические положения Лю Чжо, которые остаются верными и сегодня [144, 302 — 303].
      Особенно значительные успехи в создании астрономических приборов со сложным механическим устройством, приводимым в действие водой, были достигнуты именно в эту эпоху. Эти приборы служили также и целям определения времени.
      В «Астрономических записях» («Тяньвэнь цзи») «Истории династии Цзинь» содержится самое раннее свидетельство о том, что Чжан Хэн (78 — 139 гг. н. э.) для приведения в движение астрономических приборов и прибора времени использовал вес воды. Он же создал и установил наряду с армиллярной сферой небесный глобус, также приводившийся в действие водой. Движение звезд на небесном глобусе соответствовало движению звезд на небе, наблюдаемому в обсерватории. Это достигалось, надо полагать, благодаря использованию системы зубчатых колес и кулачков.
      После Чжан Хэна продолжали создавать армиллярные сферы и глобусы, приводимые в действие водой. Их создателями были Ван Фань (около 260 г. н. э.), Ге Хэн (династия У в эпоху троецарствия), Лу Цзи (династия Цзинь) и Цзе Лодзи (династия Сун, 436 г. н. э.). После 650 г. н. э. к астрономическим приборам стали присоединять довольно сложное устройство для измерения и показа времени.
      Профессор Лю Сяньчжоу считает, что на «развитие часового механизма оказало значительное влияние изобретение и усовершенствование китайского адометра», поскольку «устройство этого прибора полностью совпадало с конструкцией системы передачи усилия и механизма счета времени в часах» [71, 109].
      В 721 г. н. э. астроном И. Хонг изготовил водяные часы очень сложного устройства из латуни; они даже привлекли внимание императора Сюань-цзуна. Часы показывали относительную долготу дня и ночи, высоты полюсов и звезд, видимых и невидимых на горизонте. Два штифта указывали дневные и ночные часы — «ке» (китайский час «ке» равен двум нашим).
      Когда штифт был на «ке», выскакивала маленькая деревянная статуэтка; она ударяла один раз в барабан и исчезала. Когда штифт был на часе, появлялась другая статуэтка, ударяла по колоколу и исчезала.
      В «Астрономических записях» «Новой истории династии Тан» (725 г.) содержится упоминание о создании комплекса из армиллярной сферы, глобуса и устройств для показания времени. Приборы приводились в действие водой. За сутки небесный глобус делал один оборот. На каждом из двух зубчатых колец, окружавших небесный глобус, находилось по небольшому шарику: один изображал Солнце, второй — Луну. Кольца вращались от
      двух разных зубчатых передач. Когда небесный глобус совершал полный оборот в западном направлении, Солнце передвигалось на восток на один градус, а Луна — на 137i9 градуса в том же направлении. После того как небесный глобус совершал около 29 оборотов, Солнце и Луна встречались. За 365 оборотов небесного глобуса Солнце совершало один полный оборот.
      Крышка деревянного ящика служила полом. Одна половина небесного глобуса находилась ниже уровня пола, другая же возвышалась над ним. На крышке ящика стояли две деревянные фигуры. Одна фигура каждые четверть часа автоматически ударяла по барабану, находившемуся перед ней. Другая фигура через каждый час ударяла висевший против нее колокол. На небесном глобусе были установлены зубчатые передачи и кулачки, и часть усилия передавалась на деревянные фигуры для указания времени. Зубчатая передача должна была быть очень сложной, чтобы небесный глобус мог совершать полный оборот за сутки, а Луна и Солнце могли вращаться значительно медленнее и чтобы можно было координировать их движения.
      В 979 г. Чжан Сысюань сконструировал водяные часы с боем, представлявшие собой уже сложный механизм. Для размещения прибора пришлось соорудить многоэтажную башню. В конструкцию прибора входило двенадцать фигур богов, каждый из которых отмечал определенный сдвоенный китайский час «ке» и появлялся в нужный момент, неся дощечку с указанием времени, и ударял в колокол или в барабан.
      Около 990 г. Чжан-си-Хьюн создал часы, в которых было также двенадцать статуэток для двенадцати часов. Барабан был помещен между двумя колоколами, из которых один — маленький, другой — большой, и, так же как в часах И. Хонга, статуэтки исчезали, как только производили удар то для «ке», то для часа.
      Особо выдающимся сооружением и весьма характерным для средневекового Китая были башенные астрономические часы, воздвигнутые в эпоху династии Сун (960 — 1279) в 1088 г. астрономами Су Суном и Хань Кунлянем. Они построили модель небесной сферы («тяньхэн»), движение которой соответствовало движению видимой небесной сферы. Она представляла собой весьма сложную конструкцию, состоящую из армиллярной сферы, небесного глобуса и механического приспособления для измерения времени. Основой этого комплекса была трехэтажная башня высотой 9 м (рис. 50). Движущаяся армиллярная сфера была установлена на помосте и увенчивала собой строение. С ее помощью определяли координаты и азимуты небесных светил: Солнца, Луны, пяти планет и звезд. В среднем этаже помещался небесный глобус, на поверхности которого были нанесены звезды, Млечный Путь, эклиптика и экватор. Этажи пятиярусной «часовой башни» имели форму пагод. Внутри самой башни находилось большое водяное колесо, по окружности которого имелось 36 ковшей 1 (рис 51); в каждый из них по очереди вли-
      Рис. 50. Китайские астрономические водяные башенные часы, действующие вместе с армиллярной сферой и небесным глобусом
      Рис. 51. Спусковое устройство {«небесный рычаг включения») для регулирования хода водяного колеса
      4 В. Н. Пипуныров 97
      валась вода из резервуара с постоянным уровнем. Полный цикл наполнения ковшей составлял 9 ч; за это время расходовалось около полутонны воды. Движение колеса регулировалось посредством спускового механизма, называвшегося «небесным рычагом включения», или особого спускового устройства весового типа (2 — 6). Он предотвращал падение ковша до заполнения его водой. После взвешивания каждого наполненного ковша ь соответствующем порядке колесо могло сделать движение вперед на один шаг под действием силы веса наполненных ковшей.
      Центральное спусковое колесо поворачивается на один шаг после наполнения водой каждого из 36 ковшей, его движение прерывается только на время наполнения ковша. Таким образом, вращение колеса носит равномерно-прерывистый характер, а его ход регулируется спусковым устройством весового типа, состоящим из верхнего рычага с грузом на конце и нижнего рычага типа безмен, которые вместе образуют кинематическую цепь. В этой цепи связь между верхним и нижним рычагами осуществляется через штифт ковша, а переход колеса в новое положение по окончании наполнения и взвешивания ковша регулируется контрольным устройством в форме вилки. На рис. 52 изображены отдельно контрольное устройство, ковш и штифт и последовательное движение ходового колеса в пять этапов.
      I. Храповой механизм предотвращает обратный отход колеса. Груз на конце верхнего рычага не может поднять верхний уравновешенный рычаг. Ковш находится в процессе наполнения водой.
      II. Ковш наполнен, нижний рычаг-безмен занял наклонное положение, храповой механизм (верхняя блокировка) продвигается над следующим штифтом ковша.
      III. Верхний стопор приподнялся, открыв проход и обеспечив прохождение ковшовому штифту; следующий ковш (еще пустой) подошел и встал на место; приводится в действие расцепляющий (trip) рычаг, оттягивая вниз цепь.
      IV. Верхний стопор снова зацепляет штифт ковша; нижний рычаг-безмен опускается довольно далеко; расцепляющий рычаг возвращается в прежнее положение.
      V. Нижний рычаг-безмен возвращается в горизонтальное положение, и другой ковш начинает наполняться; в это время колесо находится в покое.
      Отсчет и показание времени соответствующим механическим прибором и регулирование хода небесного глобуса и армилляр-ной сферы было кинематически связано с движением водяного колеса при помощи сложного механизма, состоящего из зубчатых колес и трибов, а также кулачков и толкателей. Кинематическая схема взаимодействия отдельных частей этого механического комплекса приведена на рис. 53. На конце водяного колеса имелась зубчатка, предназначенная для передачи усилия на шестерню 2 вертикального вала (он назывался «небесным столбом») и приведения этого вала во вращение. На валу имелось еще два зубчатых колеса
      3, 5. Одно из них — «среднее колесо» 3 с 600 зубцами, другое — «верхнее колесо» 5 приводило в движение армиллярную сферу 7;
      4, 5, 9, 10 — зубчатая передача для вращения небесного глобуса 6.
      Армиллярная сфера могла создавать полную иллюзию звездного неба в течение каждой единицы времени: восход, движение и заход светил. Показание этого прибора, как и небесного глобуса, совпадало с реальным движением небесных светил.
      Внешний вид механического прибора отсчета показан на рис. 54. В середине башни проходил вертикальный вал, верхний конец которого удерживался горизонтальной рамой («небесной рамой»), а нижний конец был установлен в подпятнике; на валу было смонтировано восемь колес. Имелось «небесное колесо» с 600 зубцами, либо входившими непосредственно в зацепление с зубьями экватора глобуса, либо приводившими в движение небесный глобус посредством конической шестерни. Под «небесной рамой» находилось еще другое зубчатое колесо, тоже имевшее 600 зубцов. Остальные шесть колес можно разделить на два вида, каждый из которых выполнял функции измерения вре-
      мени.
      Колеса первого вида были снабжены определенным количеством толкателей. Через каждый час или четверть часа толкатели при помощи рычага или шнуров приводили в действие указатель времени в виде деревянной фигуры. Колеса второго типа имели определенное количество «хранителей времени» в виде деревянных фигур с дощечкой с обозначением соответствующего часа и четверти часа согласно китайскому счету времени. В определенный момент времени эти фигуры появлялись в одном из этажей пагоды и указывали время.
      На первом этаже пагоды три дверцы. Из левой по истечении каждых двух часов появлялась фигура в красном одеянии и звонила в колокол; вторая фигура, одетая в зеленое, появлялась из средней дверцы через каждые четверть часа и ударяла в
      Рис. 54. Механический прибор для отсчета и показа времени с помощью деревянных фигур
      бубен. Третья фигура в фиолетовом показывалась в правой дверце и била в колокол через каждые полчаса.
      На втором этаже пагоды фигура показывалась в дверцах каждый час, а на третьем — через каждые четверть часа. На четвертом и пятом этажах были размещены еще две фигуры, которые показывали время восхода и захода Солнца, время года и соотношение дневных и ночных часов для данного сезона года.
      Таким образом, механизм указывал больше моментов времени, чем даже современные часы.
      Если принять во внимание наличие в астрономических башенных часах Су Суна только устройства, предназначенного для выполнения функции измерения времени, то и тогда эти часы можно было бы считать сложной конструкцией. Весьма замечателен в их устройстве спусковой механизм, регулирующий ход водяного колеса; он является одним из недостающих звеньев в развитии часов при переходе от водяных часов к механическим, получившим развитие в Западной Европе в XIV — XV вв. [145].
      В средневековом Китае создавались также часы, независимые от астрономического прибора. В 1279 г. Го Шоуцзин построил так называемую ламповую клепсидру, которая была потом помещена во дворце Дамин. «На приборе было установлено двенадцать фигур. Каждая фигура появлялась в соответствующий момент в одной из четырех дверей, неся деревянную дощечку с обозначением сдвоенного часа. У дверей стояла другая фигура и указывала пальцем на цифру, соответствующую четверти двойного часа. В четырех нижних углах находились четыре фигуры, которые держали колокол, барабан, гонг и цимбалы. В первую четверть бил колокол, во вторую — барабан, в третью — гонг, в четвертую звучали цимбалы» [70, 115].
      Простейшие приспособления автоматически показывали состояние прибора во время работы, а фигуры животных также автоматически двигались, указывая таким образом время.
      Император Шунь-ди, правивший с 1333 по 1368 г., имел в своем дворце большой шкаф, над которым помещалась ниша, носившая название ниши «трех мудрецов». В средней части шкафа находилась фигура молодой девушки, держащей иглу, предназначенную для указания часа дня и ночи, а также «ке». Когда игла попадала на соответствующий час, вырывался столб воды. По обеим сторонам прибора находились два ангела; один из них держал в руке колокольчик, а другой — медную чашу. Когда наступала ночь, фигуры отбивали ночные часы сообразно времени, указываемому иглой. По обеим сторонам прибора несколько статуэток, изображавших львов и орлов, приходили в движение; на восточной и западной сторонах шкафа был виден путь Солнца и Луны в зодиаке.
      Существовали в Китае и часы с песочным двигателем. В отличие от песочных часов, применявшихся на Западе, китайские часы представляли собой сложное механическое устройство, основанное на использовании зубчатой передачи, и, следовательно,
      могли показывать время непрерывно и автоматически. Часы с песочным двигателем были созданы на принципе действия водяных часов («капельницы») с гой, однако, разницей, что вместо воды, замерзавшей на морозе, для приведения в действие зубчатой передачи было использовано истечение песка. Часы такого устройства (рис. 55) под названием «пятиколесная песочная клепсидра» были созданы Чжан Сиюанем в эпоху династии Мин (около 1360 г.).
      Песок поступал через воронку 3. Первое колесо 4, на котором имелось 16 ковшей 5, приводило в движение второе колесо 7 с 33 зубцами, второе — колесо 8 с 36 зубцами. Шестерня, установленная на конце вала колеса 9, приводила в движение центральное колесо 10, вращавшееся горизонтально. Горизонтальный указатель, смонтированный на верхнем конце вертикального вала центрального колеса 11, проходил через середину циферблата 2. На нем были написаны названия двенадцати китайских сдвоенных часов, которые, в свою очередь, делились на 100 четвертей. По обе стороны циферблата находились две фигуры в желтых одеждах, причем одна из них била в барабан, а другая — в гонг.
      Видимо, движение первого колеса управлялось «небесным рычагом включения», который нам известен по астрономическим башенным часам Су Суна.
      В позднейшей конструкции песочной клепсидры вместо пяти колес было применено шесть, каждая с 36 зубцами, а отверстие для истечения песка было несколько увеличено, чтобы обеспечить более свободное его истечение.
      Наиболее часто в исторической литературе упоминаются независимые от комплекса астрономических приборов общественные водяные часы Китая, сохранившиеся до наших дней в Кантоне (рис. 56). Они состоят из четырех латунных сосудов диаметром 33, 23, 22, 21 дюймов, расположенных один над другим. На дне каждого из трех сосудов проделаны отверстия так, чтобы вода, наполнявшая верхний сосуд, перетекала через всю систему в нижний. Положение поплавка в нижнем сосуде служило показателем времени.
      Бронзовый человек держал стержень, крепившийся на поплавке, свободно скользящем у него в руках вверх — вниз по мере изменения уровня воды в нижнем водосборном сосуде. Отметки на стержне, этом своеобразном циферблате, обозначали китайские часы «ке» — 6 дневных и 6 ночных. При начале каждого нового «ке» сторож вывешивал щиток с названием наступающего часа; число истекших часов днем показывалось ударами колокола, а ночью — гонга. Эти водяные часы были весьма совершенны.
      В то время как солнечные, водяные и песочные часы употреблялись астрономами главным образом для определения дневных часов, огневые часы использовались для измерения ночного времени. Огонь как средство измерения времени особенно широко применялся в Китае.
      Рис. 55. Схема устройства часового механизма с песочным двигателем Чжан Сиюаня
      Рис. 56. Водяные часы в Кантоне, сохранившиеся до наших дней
      Из специального дерева путем его растирания и толчения изготовлялось нечто вроде теста, из которого затем делали палочки и шнуры различных форм. Для знатных особ палочки изготовлялись из редких сортов дерева. В этом случае они не превышали длины среднего пальца, а когда делались из более простых сортов, достигали 2 — 3 м, а толщиной были с гусиное перо. Их жгли перед храмами (пагодами) и пользовались для перенесения огня из одного места в другое. Часто эти палочки вертикально вставлялись в металлические вазы, наполненные золой: это позволяло следить за их сгоранием. Поскольку при сгорании (а точнее, тлении) палочки не давали света, они служили только для определения времени внутри помещения, наполняя при этом его благоуханием.
      Когда палочки или шнурки имели значительную длину, их свертывали в кольца, образуя таким образом спиральную и коническую фигуру, расширяющуюся с каждым оборотом и достигающую иногда двух-трех пядей в диаметре (рис. 57), подвешивали над особым сосудом и зажигали с нижнего конца. Отметки, сделанные на палочках или на спирали, служили указанием пяти частей ночи.
      Такой способ измерения времени был достаточно точен. Одновременно эти спирали и палочки могли служить будильником. Когда хозяин хотел проснуться ночью в определенный час, он подвешивал маленькую металлическую гирьку точно в то место спирали или палочки, куда огонь должен подойти в указанный час. В нужный момент нитка сгорала — гирька с шумом падала в медную чашку (рис. 58).
      Гномоника, солнечные, водяные, песочные и огневые часы в классическое и позднее средневековье Западной Европы
      Развитие гномоники, установки гномонов и стационарных солнечных часов. Герберт (папа Сильверст II) в X в. одним из первых в Западной Европе стал проявлять интерес к гномонике. Он был основательно знаком с трудами Боэция по астрономии и геометрии, где имелись описания солнечных и водяных часов. Он, кроме того, познакомил современников с устройством и применением астролябии и написал трактат по геометрии, в котором давал правила для устройства солнечных часов. Значение трудов Герберта было по достоинству оценено позже, когда в Западной Европе стала развиваться научная мысль.
      Арабская наука и культура начали проникать в Западную Европу из Сицилии и Испании. Их распространению особенно способствовал Фридрих II Гогенштауфен (1215 — 1250). Один из современников называет его «мудрейшим из людей, сведующим в науках, знающим разные науки, опытным мастером во всех механических искусствах». Центром культурной жизни того времени была столица Сицилии Палермо. Распространению арабской науки способствовали также студенты, учившиеся в университетах Кордовы, Толедо, Севильи и Гренады. Когда наука У арабов в начале XIII в. стала испытывать застой, Европа уже была знакома с медициной, математикой и астрономией.
      Арабская астрономия и гномоника стали известны Западной Европе в XII в. после перевода на латинский язык астрономи-
      ческих таблиц и трактатов арабских ученых [143, 51 — 54]. «Ма-муновские» астрономические таблицы очень рано попали на Запад благодаря переводу на латинский язык трактата Альферга-ни. В XII в. он был дважды переведен на латинский язык, а в XIII в. — и на все европейские. «Сабиев Зидж» ал-Баттани, трактующий все вопросы астрономии и гномоники, был переведен в 1140 г. Платоном из Тиволи.
      Важную роль посредника между Востоком и Западом, кроме этих переводов, сыграли «Толедские таблицы», редактированные ал-Зеркали в XI в. Они были переведены на латинский язык Герардом Кремонтским в XII в. В Западной Европе этот перевод был распространен более чем в пятидесяти экземплярах. Особенное значение «Толедские таблицы» имели потому, что послужили основой для разработки в XIII в. так называемых «Аль-фонсовых астрономических таблиц».
      Альфонс X Кастильский, подражая примеру арабских властителей, созвал к своему двору мавританских, иудейских и христианских астрономов и с их помощью создал названные астрономические таблицы. В то же время были переведены многочисленные сочинения арабских ученых, которые удалось использовать для создания под руководством того же Альфонса Кастильского книги под названием «Libros del saber astronomie». Этот труд имел большое значение для ознакомления Запада с арабской гномоникой; там приведено описание устройства не только астрономических инструментов, но и основных типов солнечных и водяных часов. «Альфонсовы таблицы» стали основой астрономической науки Запада; после этого непосредственное воздействие арабов на развитие астрономии и гномоники Западной Европы прекратилось. Начиная с XIII в. центры развития арабской учености на Иберийском полуострове вошли в орбиту влияния Западной Европы. В 1236 г. пала Кордова, а в 1248 г. — Севилья. В середине XIII в. у арабов в Европе оставалась только Гренада.
      Альфонс Кастильский был младшим современником англичанина Сакробоско (Джон Голливуд, умер в 1256 г.). Последний являлся автором «Трактата о планетном круге», где собраны все геометрические сведения, необходимые для изучения астрономии. Труд Сакробоско долгое время был руководством для преподавания астрономии в университетах.
      В XIV в. ввиду враждебного отношения римской церкви к светской науке прогресс научной мысли стал невозможен без преодоления власти церкви над умами. Со временем это было подготовлено развитием в итальянских городах (Пиза, Флоренция, Венеция и Генуя) хозяйственной жизни на капиталистической основе. Здесь раньше, чем в остальной Европе, появляется богатая городская буржуазия, а вместе с тем стала складываться буржуазная идеология.
      Усилению интереса к античной древности и ее науке способствовали греческие ученые, прибывшие в Италию в 1453 г. после падения Константинополя. Они познакомили Европу с многочисленными научными греческими рукописями, в том числе с трудами Архимеда, неизвестными до того европейцам или известными только по переводу с арабских рукописей. Таким образом, через византийцев греческая наука в еще большей мере входит в научный оборот Европы, в том числе — в Германии и Англии.
      Знакомство с трудами греческих ученых как в подлинниках, так и в переводах на латинский язык способствовало возбуждению в Европе интереса к науке, и в частности к гномонике, что было вызвано переходом в конце XIV в. на новый счет времени, основанный на равных ночных и дневных часах. Возникла потребность приспособить устройство солнечных часов к этому счету времени. Развитию гномоники в этом направлении способствовал перевод на латинский язык руководства по гномонике Абуль Хасана. Последний был, как мы помним, пионером в разработке теории и практики создания солнечных часов, ориентированных на измерение равных часов. Работы этого арабского ученого XIII в. били хорошо известны в Западной Европе.
      Развитие гномоники в Западной Европе в XV — XVI вв. и в последующее время продолжало находиться в тесной связи с астрономией; центром ее развития в XV в. становится Германия. Она дала первого выдающегося астронома Георга Пурбаха (1423 — 1462). Он известен как автор сочинения «Теоретика планет» («Teoricae novial planetarum»), составившего продолжение сферы Сакробоско. «Теоретика планет» Пурбаха стала применяться в качестве руководства в университетском преподавании вместо долго употреблявшегося руководства Сакробоско. Пур-бах начал закладывать фундамент новой гномоники и тригонометрии. После его смерти работа была завершена его учеником Региомонтаном (Иоганн Мюллер, 1436 — 1476). Региомонтан создал гномонику, основанную на использовании выводов тригонометрии, разработкой которой он усиленно занимался.
      Изучая труды ал-Баттани, Региомонтан натолкнулся на решение одной задачи, относящейся к вычислению азимута Солнца по его склонению, по высоте полюса, иначе говоря, к вычислению угла по трем сторонам сферического треугольника. Ал-Баттани воспользовался для этого теоремой косинусов, которая внешне у него имела несколько иное выражение, чем теперь.
      Теоремой косинусов, как известно, пользовались многие арабские ученые, но они не придавали ей того значения, какого она заслуживала. Только Региомонтан через четыре столетия смог по достоинству оценить эту теорему, которую он назвал «теоремой Альбатегния» (латинизированное ал-Баттани) и в словесном виде придал ей современное выражение:
      cos a = cos b cos c + sin b sin с cos A.
      Региомонтана можно считать основоположником современной тригонометрии. Сочинение его «Пять книг о треугольниках всех видов» («De truangulis omnimodis libri quinque»), напечатанное после смерти автора в 1553 г., является наиболее полным трактатом по плоской и сферической тригонометрии.
      Воспользовавшись «теоремой Альбатегния», Региомонтан создал солнечные часы универсального типа («солнечный квадрант», рис. 59). Посредством этого квадранта, пользуясь свойством равенства часовых углов при равных высотах Солнца, определяется высота Солнца, соответствующая тому или иному времени.
      Дуги больших кругов, перпендикулярные к эклиптике и делящие на части Зодиак, разделены на часы по изменению высоты Солнца. Порядок размещения этих дуг произволен: так, можно дугу Козерога наложить на дугу Рака, но у всех у них один и гот же центр. Дуги имеют неравную длину для зимы и лета, поскольку суточные параллели с удалением от экватора все более и более наклоняются к горизонту, вследствие чего нарушается равенство дней и ночей. Если через все точки различных дуг, соответствующих одному и тому же часу, провести кривую (часовую линию), то она своей формой будет напоминать латинское S [27, 333].
      Региомонтан совместно с Беренгардом Вальтером организовал в Нюрнберге изготовление астрономических инструментов, в том числе солнечных часов. Благодаря их усилиям изготовление солнечных часов превратилось в специальную отрасль промышленности Нюрнберга. Это один из ранних примеров плодотворного сочетания промышленной практики с достижениями науки, в данном случае — с достижениями гномоники.
      По справедливому мнению П. Таннери, «важное значение трудов Пурбаха и Региомонтана заставляет квалифицировать
      их как действительно гениальных ученых, достойных предшественников Тихо Браге и Кеплера» [93, 23].
      Под влиянием Региомонтана развил свою деятельность по конструированию и созданию астрономических приборов и солнечных часов и чешский ученый Мартин Былица. Он родился в 1434 г., а в 1459 г. стал магистром. В 1463 г. в Падуе он познакомился с Региомонтаном. Региомонтан и Былица были в числе первых ученых, приглашенных в университет.
      Былица был менее эрудированный ученый, чем Региомонтан, но он сумел разработать и осуществить многие из научных идей Региомонтана. Последний в 1471 г. был вынужден уехать из Братиславы обратно в Нюрнберг.
      Былица вместе с механиком Иоганном Дорном, доминиканским монахом из Вены, изготовил таркветум, квадрант, астролябию, «жезл Якоби», а кроме того, — свыше пятидесяти солнечных кольцевых часов. Позднее, уже без помощи Дорна, он изготовил большую астролябию, большой латунный глобус и несколько настенных (вертикальных) солнечных часов [168, 10].
      После смерти Региомонтана в Нюрнберге работала целая плеяда ученых, и в первой половине XVI в. немецкие ученые стали занимать первое место среди астрономов и гномоников.
      Скальтетус (Бартоломей Шульц) в предисловии к своей работе «Gnomonika de Solaris» (1572) дает очерк истории гномоники. Здесь отмечается, что работы по гномонике Региомонтана были продолжены профессором Венского университета Иоганном Стабиусом (из Баварии). По свидетельству историка математики Монтюкла, Стабиус явился «одним из первых творцов новой гномоники» вместе с Андреем Стибориусом — другим профессором того же университета. С конца XV в. Венский университет достиг значительных успехов в преподавании математических наук и поддерживал живой контакт с нюрнбергским ученым Иоганном Вернером. Иоганн Стабиус (умер в 1522 г.) — автор звездной карты, исполненной Дюрером. Он также составил руководство по изготовлению сферических, вогнутых, колоколообразных, пирамидальных, кольцевых и других форм солнечных часов.
      Работы Стабиуса, Стибориуса и Вернера по гномонике не появились в печати. Под непосредственным влиянием этих венских и нюрнбергских ученых создавались труды по гномонике швейцарца Себастиана Мюнстера (1489 — 1522) — гебраиста и космографа, Петра Апиана — математика Карла V и профессора в Ингольштате, Геммы Фрезиуса, Георга Горт Мана, Андрея Шонера из Нюрнберга и т. д. В их работах имеются ссылки на работу Стабиуса «De solares horologis orontius (Огопсе fine)».
      Петр Апиан в своей «Книге инструментов» (Ингольштат, 1533) приводит описание универсального квадранта, но с другим расположением Зодиака, чем у Региомонтана. Андрей Шонер в 1562 г. в Нюрнберге издает трактат «Солнечные часы», где также содержится описание универсального квадранта, но способ конструирования, предлагаемый им, мало удобен. Все эти квадранты имели равные часовые линии.
      «Благодаря этим и другим ученым наука гномоники, — пишет Скальтетус, — в течение века была доведена до большого совершенства».
      Альбрехт Дюрер (1471 — 1528), отдавая дань времени, тоже уделял внимание гномонике, о чем свидетельствует третья книга его сочинения по геометрии. Там автор говорит о линиях, которые могут быть проведены на поверхностях некоторых тел — колонн, пирамид, и о построении солнечных часов. На гравюре «Меланхолия» Дюрер изобразил солнечные, песочные часы и колокол («металла звон»), возвещающий о конце дня. В этой гравюре нашло выражение сильное, но мрачное и причудливое воображение художника.
      В XVI в. можно отметить плодотворное влияние друг на друга итальянских и немецких ученых-гномоников. Наука и искусство Германии первой половины XVI в. стимул к развитию получили из Италии. «Комментарии» Барбаро к IX главе «Архитектуры» Витрувия — любопытный образец обратного влияния немецкой гномоники на итальянскую. Барбаро взял немало у Альбрехта Дюрера, у нюрнбергского математика Вернера, а также из труда по гномонике Себастьяна Мюнстера, впервые напечатанного в 1531 г. Первое издание «Комментариев» Барбаро появилось в 1576 г.
      Особый интерес представляет способ конструирования солнечных часов, найденный Ригодом и известный под названием «Аналемма». Солнечные часы, основанные на этом принципе, являются по существу азимутальными. Так как азимут Солнца различен в различные дни года для одного и того же часа, то нельзя употреблять теневую линию в качестве указателя часов. Но это становится возможным, если гномон изо дня в день переставлять, пользуясь уравнением
      где А — азимут, определяемый по данному уравнению из астрономического треугольника; т — угол между меридианом и направлением тени.
      Это уравнение применительно к азимутальным часам выводится так, чтобы часовые пункты были распределены на одном эллипсе и гномон передвигался по малой оси, лежащей на полуденной линии.
      Теория устройства и применения этих часов была дана Вале-зардом в его «Трактате о производстве, внешнем виде, конструкции и применении аналемматических солнечных часов» (Париж, 1644). Менее детально теорию этих часов дает Самуил Фостер в трактате «Эллиптическая и азимутальная хорологиография» (Лондон, 1654).
      Азимутальные часы соединяют с горизонтальными полярными часами; эти сдвоенные часы можно устанавливать по полуденной линии без помощи магнитной стрелки и вообще без знания местного меридиана. Зависимость изменения часового угла от изменения азимута Солнца для каждого отдельного часа определяется дифференциальным отношением dxfdA только при т = 0 они становятся равными друг другу.
      Наилучшей разновидностью азимутальных часов являются магнитные солнечные часы. Их устанавливают на горизонтальном основании так, чтобы тень гномона падала на полуденную линию часов, с которой совмещалась магнитная стрелка и показывала правильное время, так как гномон, дающий тень, передвигался по оси, лежащей на полуденной линии [121, 131 — 134].
      С XVI в. в Западной Европе начинается увлечение гномоникой и установкой солнечных часов в зданиях общественного значения, в кафедральных соборах и т. д. От этого периода сохранилось несколько солнечных часов (в церквах, на общественных зданиях, в музеях).
      До сих пор показывают относящиеся к этому периоду солнечные часы с двухсторонним циферблатом в церквах Нормандии, на которых часы обозначены арабскими цифрами. Испанский живописец XVI в. Мартин Галлиндер с увлечением занимался гномоникой. Он создал солнечные часы для картезианского монастыря. Он был монахом этого монастыря (умер в 1627 г.). Известный часовщик XVI столетия Турриани сделал и установил солнечные часы в личном парке Карла V в монастыре св. Юста, куда в конце бурной жизни император удалился вместе со своим часовщиком.
      В Шотландии (вскоре после 1500 г.) солнечные часы были установлены во вновь созданном королевском колледже; к 1505 г. относятся данные об установке солнечных часов в самой Англии. Развитию в Англии интереса к гномонике и к созданию солнечных часов способствовали появившиеся здесь немецкие математики, прежде всего Николай Кратшер из Баварии, которого в Англии называли «изобретателем королевских часов». Его деятельность в Англии началась в 1517 г. в царствование Генриха VIII. Рукописная работа Кратшера («De Horologius») сохранилась до нашего времени в одной из библиотек Англии. В ней указывается, что существует несколько направлений в искусстве создания солнечных часов и делается ссылка на старинную книгу, находящуюся в картезианском монастыре, откуда сам автор почерпнул немало знаний по гномонике.
      Первая печатная книга по гномонике была опубликована в Лондоне в 1593 г. под названием: «Горолографика, искусство черчения и как обучаться совершенному способу изготовления циферблатов [часов] на любой плоскости... как на них наносить 12 знаков, изображающих неравные часы...».
      В течение XVI столетия и позже в Англии стали также изготовлять солнечные часы, которые уже не только прикреплялись
      к зданиям или строениям, а могли устанавливаться отдельно. Их конструкция была весьма разнообразна, часто она отражала возврат к ранним античным типам часов. В камнях выдалбливали полости и наносили часовые линии, на которые и падала тень от гномона. Циферблаты с полостями, высеченными в камне, стали так варьировать по форме, что в результате появились циферблаты, неизвестные древней гномонике: полусферические, в форме сердца, цилиндрические, прямоугольные, с косым наклоном, которые образовывались в камнях, имеющих горизонтальные, вертикальные плоскости и т. д., что разнообразило формы солнечных часов. Создавая комбинации полостей, высеченных в камнях, с различными плоскостями, стремились так усовершенствовать солнечные часы, чтобы они были не только хорошим инструментом для измерения времени, но и предметом украшения. Кроме того, они вызывали широкий интерес к изучению гномоники. Устанавливая их во дворцах, садах, на площадях и скверах, стремились вписывать их в местную архитектуру. Появление этих монументальных солнечных часов было обусловлено культурой Ренессанса.
      На рис. 60 можно видеть солнечные часы, созданные Николаем Кратшером для университетского парка в Оксфорде, вероятно между 1520 — 1530 гг.
      В эпоху Возрождения и позже вошло в обычай устанавливать на стенах кафедральных соборов и других публичных зданий вертикальные солнечные часы с наклонным центральным стержнем (гномоном). В 1582 г. они были установлены в портале Шартрского кафедрального собора (Франция). Циферблат этих часов начерчен на полукруглой каменной плите, удерживаемой ангелом, полным величия и достоинства византийских фигур (рис. 61).
      Не менее величественна фигура юноши, держащего полукруглую каменную плиту с начерченным на ней циферблатом вертикальных солнечных часов, которые находятся в портале Страсбургского собора (рис. 62).
      Циферблаты солнечных часов полукруглой формы с часовыми линиями, расходящимися в виде лучей от центрального гномона, весьма типичны для средних веков; надо полагать, что эта традиция идет из Византии. Весьма интересным свидетельством влияния Византии на устройство солнечных часов являются часы с циферблатом полукруглой формы, установленные в 1607 г. на церковном дворе Бьюкастле в Кумберланде, недалеко от шотландской границы. Этот циферблат напоминает описанные нами орхаменские и геркуланумские циферблаты. На рис. 63 можно видеть эту величественную колонну 4,42 м высотой, над которой раньше возвышался крест высотой 76,2 см. Стороны колонн покрыты скульптурными изображениями и орнаментом, изобличающими их родство с византийским искусством [128, 50 — 51].
      С начала XVI в. и позднее солнечные часы, устанавливаемые на общественных зданиях, на кафедральных соборах, были уже
      Рис. 60. Солнечные часы, устроенные Кратшером в одном из парков Лондона
      Рис. 61. Солнечные часы на кафедральном соборе в Шартре
      Рис. 62. Солнечные часы между двумя колоннами в Страсбургском соборе
      приспособлены к учету равных часов при помощи гномона, поставленного параллельно земной оси. Одни из таких часов, установленные на стене общественного здания и относящиеся к 1695 г., показаны на рис. 64.
      Солнечные часы были распространены не только в Западной Европе, но и в России; их устанавливали на домах, в монастырских дворах, на дорогах. Так, например, сохранились солнечные часы в Москве на здании Историко-архивного института (улица 25 Октября), во дворе бывшего Новодевичьего монастыря, в музее-усадьбе Коломенском, в пригородах Ленинграда, на старой дороге из Ленинграда в Москву и т. д.
      В XVI — XVIII столетиях и позже в Италии и в других странах Западной Европы занимались устройством в кафедральных соборах гномона для показания полуденной линии. В соборе одного монастыря такой гномон был установлен даже в 1829 г. Описание его сохранилось.
      Рис. 63. Колонна солнечных часов на церковном дворе Бьюкастле
      Рис. 64. Образец вертикальных солнечных часов XVII в. (Франция)
      В верхней части одного из незастекленных окон монастыря, примерно в 2 — 3 м над полом, был установлен кусок камня, в котором имелось круглое отверстие диаметром приблизительно в 2,5 см с тонкими краями. Когда наступал полдень, свет Солнца проникал через это отверстие и оставлял за собой яркое круглое пятно либо на полу (в середине лета), либо на противоположной стене, когда Солнце низко (во время зимнего солнцестояния). Наблюдая время первого соприкосновения круглого пятна света с меридианной линией, а также время последнего касания и взяв среднее, можно определить время полудня с точностью до одной секунды.
      Самый большой гномон, который можно видеть и теперь, был установлен на куполе Флорентийского собора в 1467 г. Павлом Тосканским. Отверстие было сделано на высоте 90 м над основанием собора. В 1502 г. был установлен гномон на южной стене церкви св. Лаврентия в Нюрнберге Иоганном Стабиусом, причем помогал советами Иоганн Вернер, с которым Стабиус поддерживал дружескую и научную переписку. 19-метровый гномон устроил в 1636 г. Гассенди в марсельской церкви. Игнатий Дан-ти сделал гномон высотой 25 м в Болонье в церкви св. Петрония. В 1653 г. эта церковь была перестроена Джиованни Франческо Кассини. Бианчини построил в домовой церкви в Риме два прекрасных гномона в 21 и 25 м. Сулли и Лемонье в Париже устроили гномон в 26 м в церкви св. Сульпиция. В 1786 г. астрономами Цезарем и Рожжио гномон был установлен в соборе Милана.
      В старинных обсерваториях гномоны еще встречаются, но в новое время ими уже не стали пользоваться, поскольку они не обеспечивают той точности определения времени полудня, какая достигается при помощи других инструментов.
      Портативные (переносные) солнечные часы. Нет сомнения, что стационарные, неподвижно установленные солнечные часы были созданы на несколько веков раньше, чем портативные, пригодные для переноски. Создание последнего типа часов представляло большие технические трудности, чем создание простых солнечных часов; их маленький размер требовал определенной аккуратности в разметке и в выполнении самой конструкции, а портативность приводила к проблемам, которые не возникали со стационарными часами, твердо закрепленными по отношению к меридиану и к горизонтальной плоскости.
      Самыми ранними типами портативных солнечных часов являются «высотные», т. е. такие часы, которые определяли время не по направлению тени, а по ее длине, или, что то же самое, по изменению высот Солнца. В этом случае не требовалось определять направление меридиана, а стало быть, и ориентировки прибора до его применения. Портативные солнечные часы, ориентированные на определение времени не по длине тени, а по изменению направления тени, получили распространение в Западной Европе только после того, как она перешла на исчисление времени по равноденственным часам и вошел во всеобщее употребление компас.
      Наиболее ранние известные нам часы с компасом относятся к 1451 г.; они хранятся в музее Фердинанда в Инсбруке (рис. 65). Они интересны особенно тем, что являются первыми из дошедших до нас часами, в которых гномон поставлен параллельно земной оси, хотя есть сведения, что такие же часы изготовлялись уже и в более ранние времена арабами и египтянами. При этой конструкции часовой циферблат пригоден для определения равновеликих часов во все времена года. Большинство позднейших солнечных часов с компасом имели гномон, установленный таким образом, чтобы они были либо «универсальными», т. е. регулируемыми для отсчетов в любой широте, либо обладали регулировочным механизмом для использования в разных местах одной и той же страны.
      Приблизительно с 1500 г. в Европе пробудился интерес к созданию солнечных часов, которые могли бы показывать равные по длительности часы. В тот период механические часы (настольные и карманные) стоили еще дорого и не могли получить широкого применения. Поэтому из всех приборов для измерения времени солнечные часы были наиболее доступны. Много изобретательности было проявлено в изготовлении переносных солнечных часов, т. е. таких, которые человек мог легко сложить и перенести. Сравнительно сложные устройства включали шестеренки, при помощи которых время могло быть отсчитано на отдельных циферблатах в часах и в минутах. Понятие о том, насколько были разнообразны формы переносных солнечных часов, можно получить, ознакомившись с разнообразными и многочисленными музейными коллекциями, но даже музеи не включают всего разнообразия типов солнечных часов, бытовавших в Западной Европе.
      В течение XVII — XVIII вв. солнечные часы продолжали еще применяться, но, поскольку механические карманные и домашние часы стали более многочисленными и удешевились, применение солнечных часов начало понемногу падать, и к настоящему времени они почти вышли из употребления.
      Солнечные часы показывали истинное солнечное время; для того чтобы получить среднее солнечное время из этих показаний, следует провести «уравнение» времени. До появления часов с маятником такое «уравнение» представляло чисто академический интерес, так как механические часы того времени не были достаточно точны, чтобы делать различие между истинным и средним солнечным временем. Между 1665 и 1670 гг., однако, Фламстедом была разработана таблица для «уравнения» времени, которой потом, особенно в XVIII в., стали широко пользоваться для перевода истинного солнечного в среднее солнечное и обратно. Многие солнечные и механические часы снабжались подобными таблицами. Были также созданы солнечные часы для определения среднего солнечного времени. Так, солнечные часы профессора Кука, усовершенствованные в 1925 г., при правильной установке показывают среднее солнечное время при помощи двух стрелок, перемещающихся по обычному часовому циферблату.
      Точность солнечных часов ограничена тем, что тень не бывает резко очерчена. Соответственно этому на стационарных или переносных солнечных часах с компасом, правильно ориентированных, время может быть отсчитано с точностью приблизительно в 1 мин. В переносных «высотных» солнечных часах эта точность достигается только около 6 ч утра и 6 ч вечера; около полудня высота Солнца меняется чрезвычайно медленно, точность будет значительно меньше.
      Кроме солнечных часов, годных для определения времени в светлые часы дня, в Европе был известен прибор для определения ночных часов — ноктурнал (nocturnal), изобретенный в 1520 г. и применявшийся в навигационной практике до 1700 г. (рис. 66). Если смотреть на север, то звезды кажутся совершающими за одни звездные сутки полный оборот вокруг Полярной звезды. Любая данная звезда (например, звезда из ручки Большой Медведицы) может считаться часовой стрелкой, показывающей звездное время, как и на циферблате с 24-часовыми делениями.
      Во время наблюдения прибор-ноктурнал держат в руке, но так, чтобы центр его находился на прямой, соединяющей глаз Е с Полярной звездой Р. Длинная ручка СЛ, имеющая точку опоры в центре С, поворачивается вручную до тех пор, пока не установится параллельно с «ручкой» Большой Медведицы. Звездное время отсчитывается по шкале, смонтированной на приборе.
      Пользуясь заранее составленной таблицей, шкалу поворачивают до правильного положения, отвечающего данному времени года, месяцу и дню. Звездное время превращается в солнечное и может быть определено с точностью до 15 мин1. При помощи ноктурнала полдень и полночь с приблизительной точностью
      1 Звезды также могут дать среднее солнечное время на воображаемой средней солнечной шкале, если циферблат медленно вращать в направлении перемещения звезд в течение года.
      могут быть зафиксированы. Широта места находится по результатам определения полудня.
      Ноктурналы могли быть по устройству весьма сложными; в навигационной практике ими перестали пользоваться после распространения карманных часов.
      «Высотные» портативные солнечные часы. Портативные СОЛ” нечные часы, измеряющие время по изменению длины тени, находим уже в древнем мире. Такими часами были солнечные египетские часы (см. рис. 5 — 7), римские часы, выполненные в виде свиного окорока (см. рис. 32). Известно применение часов такого типа и в Индии. Паломники, приходившие с далекого севера в священный город Бенарес, несли с собой солнечные часы-посохи (рис. 67).
      Тень, отбрасываемая вершиной стерженька (гномона), показывает на размеченных гранях посоха число получасов, прошедших с восхода Солнца и после полудня. Сечение посохов восьмигранное: разметки на четырех гранях служат для определения времени в четырех соответствующих месяцах (индийские месяцы идут с половины нашего месяца до половины следующего); другие четыре грани размечены для остальных восьми месяцев; каждой грани соответствуют два равноудаленных от солнцестояния месяца.
      Подобные посохи очень древнего происхождения. Когда паломник хотел узнать, который час, он отвесно подвешивал посох на шнурке, втыкал в него стерженек (гномон) и над часовыми линиями данного месяца по концу его тени отсчитывал время. В остальное время стерженек был спрятан в специально высверленном отверстии.
      В Западной Европе «высотные» портативные солнечные часы имели цилиндрическую форму, поскольку их проще было изготовить. До нас дошли экземпляры таких часов, относящиеся к XIII в. Часовые линии проведены по вертикали вдоль цилиндра, а гномон расположен горизонтально над циферблатом. Эти цилиндрические часы назывались также «колоннами», «столбами» или «пастушечьими часами». Они представляли собой небольшие цилиндры из дерева или слоновой кости, заканчивавшиеся фигурной крышкой, на которой был шарнирно укреплен гномон. Когда часами пользовались, гномон поворачивали и устанавливали против деления соответствующего месяца, цилиндр ставили вертикально, кончик гномона должен был быть направлен на Солнце; падая на изогнутые часовые линии, тень показывала время. На рис. 68 даны часы этого вида, употреблявшиеся в XVI — XVII вв. во всех странах Европы. Часами такого же типа, но более простого оформления еще в конце XIX в. пользовались пастухи в Пиринеях.
      На принципе устройства цилиндровых часов в 1665 г. были созданы ночные часы из бронзы (рис. 69), обратная сторона которых напоминает «окороковый» циферблат Геркуланума; от древних часов он отличается лишь тем, что гномон шарнирно укреплен в скользящей детали, что позволяет устанавливать его против нужного месяца. В римских часах эта подгонка выполнялась путем изгибания проволочного гномона.
      В XVII в. нередко изготовлялись часы в виде блокнотов (рис. 70). Циферблат был выгравирован на их золоченых бронзовых обложках. При определении времени гномон перемещался до тех пор, пока его кончик не устанавливался над соответствующей вертикальной часовой линией, затем его поворачивали так, чтобы он оказался против Солнца. Время в этом случае узнавалось по положению тени кончика стержня (гномона).
      На рис. 71 показаны часы, имеющие форму кольца; небольшое отверстие, сделанное в определенной точке кольца, пропускает лучи Солнца, которые падают на часовую шкалу, нанесенную на внутренней поверхности кольца. Кольцевые солнечные часы широко использовались в Германии в XVII — XVIII вв. В них отверстие просверливалось в отдельной детали, которая передвигалась по канавке вокруг кольца, так что ее можно было установить в месте, нужном для определения времени года. Оно указывалось буквами на внешней стороне кольца. Следующим усовершенствованием было введение «секундного» отверстия и «секундных» делений, при этом одна половина кольца использовалась для лета, другая — для зимы. В Британском музее хранятся двое таких часов; они имеют вид обычных колец, которые носят на пальце. Одно — английской работы из бронзы с тремя постоянными отверстиями — изготовлено около 1400 г., другое — немецкой работы из золота — относится приблизительно к XVI в. Такие кольца очень редки, зато кольца диаметром от 3,7 до 6 см встречаются довольно часто.
      В Лувре находится дивный портрет мюнхенского уроженца Николая Кратшера, в XVI столетии бывшего профессором астрономии и иных наук в Оксфорде, написанный Гольбейном. Крат-шер изображен в черном одеянии, в черной шапочке с разрезным околышем; он сидит, окруженный приборами и чертежами, и держит в руке маленькие, кубической формы солнечные часы.
      С XVI в. в Западной Европе стали входить в моду переносного типа солнечные часы. Наибольшее распространение они получают в Англии и Германии. Были часы, которые ставились на стол, были такие, что носились на цепочке.
      В XVI — XVII вв. можно было встретить немало солнечных часов портативного типа, представлявших собой драгоценные изделия, изготовленные из слоновой кости, украшенные драгоценными камнями. Мода на такие часы сохранялась до середины XVIII в.
      Механические наручные часы тогда были редки из-за их исключительно высокой цены, ненадежности и малой точности хода; их заменяли карманные солнечные часы. Введя их в обиход, человек как бы ухитрился «положить Солнце в свой карман».
      Солнечные часы универсального типа были ориентированы на определение времени по направлению тени. Перед их использованием по назначению требовалось устанавливать их в плоскости меридиана. До появления компаса выполнять это требование было делом не легким. Поэтому образцы таких часов встречаются весьма редко. Известны лишь одни римские часы, относящиеся к 250 — 300 гг. до н. э. (т. е. до появления компаса) (см. рис. 33 и 34).
      Солнечные часы, устроенные на этом же принципе, в Западной Европе встречаются довольно часто. Так, известны солнечные часы с пятью шкалами; они опирались на шарнирную ножку, стоящую на удлиненном основании. Их можно было установить в нужное положение, не пользуясь компасом. Они показывали один и тот же час.
      На рис. 72 изображены солнечные часы немецкого изготовления, датированные 1713 г. и находящиеся теперь в Британском музее: часовые линии нанесены на окружности и продолжены так, что включают как вечерние, так и утренние часы. Ориентировка часов по отношению к времени года осуществляется путем смещения гномона. Часовой циферблат всегда остается в равноденственном положении, т. е. параллельным экватору. При пользовании циферблатом тень от самой крайней точки гномона всегда должна ложиться на центральную линию часового круга.
      Положение гномона должно меняться в соответствии с временем года, перемещением его вверх и вниз по плоской пластинке, на которой он закреплен. Все это делается в соответствии с календарем, выгравированным на пластинке. Чтобы можно было регулировать циферблат для показания вечерних и утренних часов, шкала с часовыми делениями и пластинка, на которой установлен гномон, были на цапфах и могли поворачиваться до другой части циферблата.
      Более удобным является устройство для определения утренних и вечерних часов на солнечных часах из Аугсбурга, которое было изготовлено в 1720 г. Часовой циферблат снабжен там двумя часовыми окружностями или, скорее, сегментами. Часовые окружности регулируются для определенной широты с помощью небольшого квадранта, находящегося между ними, так что они сами устанавливаются относительно плоскости экватора, а звездочка, выгравированная на подставке градуированного квадранта, указывает направление стран света. Под прямоугольной плитой основания находится вращающийся вечный календарь и список, в котором перечислены 40 городов с указанием их широты.
      Описанные выше два вида немецких солнечных часов являются связующим звеном между римскими и современными солнечными часами. В Западной Европе они были менее распространены, чем универсальные кольцевые часы, которые представляли собой разновидность армиллярной сферы, имевшей большое распространение в XVI в.
      На рис. 73 показаны солнечные часы, изготовленные в Лондоне около 1620 г. На этом циферблате солнечные лучи, проникая через специальное отверстие, падали на центральную линию часовой окружности и показывали время. Гномон представлял собой небольшое отверстие в скользящей бронзовой пластинке, передвигаемой в соответствии с временем года. Чтобы определить время, предполагали, что внешняя окружность являлась меридиональной окружностью, часовая окружность — экватором, а пластинка с прорезью, по которой скользит гномон, — полюсом. Эти универсальные кольцовые часы иногда снабжали маркшей-деровскими знаками и использовали в качестве нивелира, или уравнителя, при съемке.
      Применялись и другие виды циферблатов, где основные круги сферы спроектированы на плоскость, а не воспроизведены в виде металлических колец или ободов, как в часах, описанных выше. Английский квадрант, показанный на рис. 74, — ддин из первых образцов этого класса циферблатов. Он сделан из бронзы в 1399 г., сейчас находится в Британском музее. На нем и других циферблатах-квадрантах время показывает шарик, что движется вверх и вниз по отвесу, свисающему из центра квадранта. Шарик приспосабливается в соответствии с определенным днем месяца (по календарю, размещенному по краю квадранта) и становится в точке, где имеет место пересечение линии дня с линией двенадцати часов; затем при помощи визира на квадранте измеряется высота Солнца, час показывается положением шарика на часовой линии. Есть много разновидностей этого квадранта, некоторыми из них пользовались до конца прошлого столетия даже в Англии.
      Солнечные часы, по форме напоминающие древний корабль с башнями на каждом конце (рис. 75), возможно, изготовлены в Германии в конце XVI в. Время на них отмечается с помощью отвеса. Это часы универсальные, поскольку могут быть приспособлены для определения времени в любых широтах. Ползун на мачте, к которому прикреплен отвес, надо поднимать или опускать в соответствии с широтой; наклон мачты устанавливается в соответствии с временами года по календарю, находящемуся на днище корабля, шарик соответствующим образом устанавливается на нити. После этого, если высота Солнца измеряется с помощью визира на башнях, шарик должен показывать время, так же как на циферблате. Такой циферблат обычно наносили на плоскую поверхность.
      Обнаружено еще несколько разновидностей подобных циферблатов с различным устройством подвеса, визира и часовых линий, очень мало отличающихся от часов, описанных выше. Все детали часов располагались на плоскости и не имели выступающих частей.
      Определяя время по часам, для которых высота Солнца над горизонтом была единственной базой отсчета, конечно, необходимо было знать, какой это час — до или после полудня, что создавало затруднения при определении времени в середине дня. Однако появление в XIII в. в Европе морского компаса позволило преодолеть эту трудность.
      Солнечные часы с компасом. Значительное удобство в пользование солнечными часами внесло применение компаса. С кон-
      ца XIII в. в Англии появляются солнечные компасные часы. Обычно они представляли собой небольшую круглую латунную коробочку с компасом, над которым находился горизонтальный солнечный циферблат. Гномон укреплялся так, чтобы крышка могла закрываться. На рис. 76 показаны часы, относящиеся к XVII в.
      Миниатюрные часы такого типа иногда укреплялись на кольце; крышечка скрывала небольшой компас и циферблат с гномоном. Три или четыре образца таких часов имеются в Британском музее.
      Английский король Карл I, приговоренный к смертной казни в 1649 г., перед тем как идти на плаху, снял с пальца перстень —
      Рис. 76. Миниатюрные солнечные часы с компасом, укрепленные на кольце
      Рис. 77. Нюрнбергские солнечные часы с компасом
      Рис. 78. Створчатые немецкие солнечные часы с компасом
      солнечные часы — и попросил передать их герцогу Йоркширскому.
      Большое количество разнообразных циферблатов с компасом изготовлялось в Германии. Один из них, сделанный Гербхар-том из Нюрнберга, датирован 1561 г. и сделан из слоновой кости; функцию гномона здесь выполняло сплетение нитей. Этот тип часов использовался во многих странах, но особенно широкое применение он нашел в Германии. Циферблат из слоновой кости, изготовленный Гансом Трошелем около 1640 г. (рис. 77), относится к тому же типу; когда крышка его закрыта, он напоминает книгу размером 8x6,3 см.
      Металлический складной циферблат (6,25x5 см), изготовленный, вероятно, Ульрихом Шпайном из Мюнхена, является разновидностью того же циферблата, столь популярного в конце XVI в. (рис. 78). Эти часы индивидуального пользования можно было сделать пригодными для любой широты при помощи отвеса и градуированного квадранта на одной из сторон. Но большая часть такого типа часов годилась только для одной широты и не имела компаса.
      В России в начале XVII в. в навигации применялись солнечные часы с компасом (они были найдены, например, на острове Фаддеевском). Эти часы состоят из корпуса и крышки. При открывании крышки гномон устанавливается в вертикальном положении (рис. 79). Между крышкой и корпусом натягивается нить. По тени, отбрасываемой нитью на сетку внутренней стороны, производится отсчет времени. Компас служил для ориентировки прибора при отсчетах времени, а также для обычной ориентировки по странам света. Нить представляет собой крученый, светлый, очень тонкий волос. Верхняя крышка изготовлена из бивня мамонта. На внутренней поверхности крышки изображен циферблат для отсчета времени по тени, отбрасываемой нитью [62, 54 — 62].
      Во Франции циферблаты выпускались в большом разнообразии, а их качество, по крайней мере в XVIII в., было ниже разве только английских. На смену французским циферблатам из слоновой кости (конец XVII в.) пришли металлические циферблаты, например серебряные, покрытые эмалью. Циферблаты этого типа обычно хранили в футлярах из шагреневой или рыбьей кожи; гномон складывался с пластиной циферблата и помещался в корпусе [126, 185 — 189].
      Красивый серебряный циферблат с компасом (рис. 80), бывший в обиходе в начале прошлого века, является тем типом, который изготовителями современных циферблатов признан наилучшим.
      Две формы циферблатов были характерны для Италии: дисковые циферблаты из золоченой бронзы с итальянским отсчетом времени (отсчет вели от захода Солнца). Они изготовлялись в Риме в конце XVI в. Показанные на рис. 81 часы относятся к 1585 г. С каждой стороны диска имеется солнечный циферблат.
      Компас укреплен так, что его можно поворачивать и использовать для любого из циферблатов. Некоторые образцы имеют несколько циферблатов для различных широт, нанесенных по обе стороны диска. Гномонами служат маленькие вертикальные булавки; расположение часовых линий значительно отличается от расположения линий на других подобных циферблатах. Циферблаты такого типа изготовлялись из бронзы и дерева; до начала нашего века их помещали в плоские круглые коробки.
      Еще один вид циферблатов, который также считают итальянским, имеет форму креста (рис. 82). Крест устанавливается под определенным углом соответственно широте в соответствии с делениями, расположенными в нижней части шкалы. Относительно стран света часы устанавливаются с помощью небольшого компаса, находящегося внутри часов. Тень от перекладины креста указывает час. Часы изготовлены в 1596 г. из бронзы и золота.
      Водяные часы. В Западную Европу водяные часы проникали медленно. С VI в. (когда упоминаются такие часы, созданные Боэцием для короля Теодориха) до IX в. не сохранилось каких-либо записей или свидетельств об изготовлении их в последующее время. В IX в. упоминается о создании каких-то часов архидьяконом из Вероны Пацификусом. Современные историки считают, что эти часы были водяными и что Пацификус первым стал подражать искусству арабов. Папа Сильвестр II, по-видимому, занимался введением в монастыри водяных часов.
      В 1142 г. король Сицилии Роджер II велел построить водяные часы в Палермо с латинской, греческой и арабской надписями. Описание этих часов не сохранилось. Греческие, латинские и арабские надписи не содержат сведений об устройстве часов, а только прославляют короля Роджера II, повелевшего их построить. В конце XII — XIII в. водяные часы проникли уже в большинство итальянских монастырей, появились они и во многих крупных городах Италии, Франции и Англии. На рис. 83 показаны монастырские часы, приводившиеся в действие силой тяжести воды. Они применялись в Западной Европе уже в XIII столетии до появления там механических часов, приводимых в действие грузом (гирей).
      Весьма старинными водяными часами, но бывшими в употреблении еще в XVIII в. являлись часы, показанные на рис. 84. В резервуар D вливается вода сверху, а из него через нижнее отверстие В выливается в бассейн; по мере изменения уровня в нем поднимается поплавок А в виде колокола. Один конец шнура связан с этим поплавком, а другой — с противовесом С. Таким образом, поплавок через шнур приводит в движение ось со стрелкой. Для того чтобы движение поплавка происходило равномерно, вода не только вливалась в часы, но и выливалась из них через особое отверстие; разностью уровней и обусловливалась скорость подъема поплавка.
      Рис. 79. Солнечные часы, найденные на острове Фаддеевском а — корпус с крышкой; б — циферблат
      Рис. 80. Французские серебряные солнечные часы с компасом
      Рис. 81. Итальянские дисковые солнечные часы с компасом
      Рис. 82. Итальянские солнечные часы в форме креста с компасом
      Рис. 83. Монастырские водяные часы XIII столетия
      В средние века в Западной Европе имели распространение водяные часы особого устройства, описанные в трактате монаха Александра. Барабан, разделенный стенками на несколько радиальных продольных камер (рис. 85), вращался вокруг оси, на которой с обеих сторон были намотаны тонкие шнуры, свободными концами привязанные к вершине двух столбиков с циферблатами. Столбики и служили циферблатом. За 24 ч барабан опускается до самого низа. Завод часов осуществлялся путем
      подъема оси барабана с помощью особой ручки до верха столбиков.
      Устройство барабана показано на нижней схеме. Он разделен перегородками 1 — 5. Четвертая часть барабана заполнялась водой, которая через маленькие отверстия в перегородках постепенно переходила из одного отделения в другое, чем обусловливалось вращение барабана вокруг оси. Сила тяжести воды действовала постепенно, по мере того как опорожнялось одно отделение и наполнялось другое. Перемещение воды происходило справа налево. Вода, находящаяся в нижних отделениях (С, D, Е), играла роль противовеса и не позволяла барабану быстро опускаться вниз под действием собственного веса.
      Внутренняя часть барабана не имела сообщения с водяным пространством, но, когда происходил завод часов, она могла соединяться с ним посредством трубочек, из которых на рисунке показана одна (а). С помощью этих трубочек можно было регулировать ход часов. Конструирование подобных водяных часов было связано с затратой большого труда — вычислением толщины оси, емкости каждого отделения, размера отверстия, количества воды и т. д.
      Делла Порта приводит описание и рисунок водяных часов, состоящих из стеклянного колокола и резервуара. Колокол помещен над резервуаром, наполненным доверху водой. Вода под действием воздуха, поступающего через отверстие, опускается. По уровню опускания воды и отметкам на стекле колокола и судили об истекшем времени.
      В XVI столетии на площади св. Марка в Венеции были установлены водяные часы, которые ежечасно автоматически воспроизводили сцены появления волхвов, приветствовавших деву Марию, и появление мавров; ударами в колокол последние отмечали истекшие часы.
      Нельзя не упомянуть о водяных часах XVII столетия из музея г. Клюни во Франции (рис. 86). Их высота 57 см. Вода вытекала небольшим фонтаном; по изменению его высоты судили об истекшем времени. Подобными часами пользовались в некоторых монастырях.
      В 1615 г. француз де Кус сконструировал механические водяные часы (рис. 87), которые, по уверению изобретателя, были основаны на использовании принципа вечного двигателя. Под действием рычага открывался и закрывался клапан, регулировавший поступление воды для приведения в действие храпового колеса с собачкой, которое, в свою очередь, приводило в действие ось со стрелкой.
      После появления маятниковых часов во Франции была сделана попытка, хотя и без достаточного успеха, регулировать ход маятниковых часов силой падения воды (рис. 88). Из трубы вытекает вода и наполняет до определенного постоянного уровня водоем; излишек воды вытекает через трубку. Из водоема вода попадает в особое устройство, регулирующее ход маятника. Оно состо-
      Рис. 85. Водяные часы с перемещающимся по шкале барабаном Рис. 86. Водяные часы из музея г. Клюни (Франция)
      Рис. 87. Водяные часы де Куса, 1615 г.
      ит из двух половинок, разделенных перегородкой; колебание этих половинок то в одну, то в другую сторону вызывалось попеременным наполнением их струей воды, что и поддерживало маятник в состоянии колебания.
      Водяные часы как дополнение к песочным и солнечным часам играли в Западной Европе значительную роль до конца XVI в. И даже после появления механических часов они продолжали использоваться вплоть до XVIII в., хотя их конструкция подвергалась изменению: в них стали широко применять зубчатую передачу, заимствованную из механических часов.
      Песочные часы. В древности песочные часы наряду с водяными применялись только при астрономических наблюдениях. Известно, что Гиппарх использовал их во время своих наблюдений. Архимед уже упоминает о существовании песочных часов и дает их описание. Известный немецкий ученый XIX в. Винкельман описывает барельеф, на котором изображена свадьба Фетиды и Палея; на нем представлен Марфей с песочными часами в левой руке.
      Песочные часы, однако, не могли быть приспособлены для измерения «неравных» зимних и летних часов, по которым жили люди древнего мира. Они не могли войти в быт и в средние века, пока Европа не перешла на исчисление времени по равноденственным часам.
      Распространение песочных часов в Западной Европе относится к XIV — XIX вв., хотя имеются бесспорные свидетельства о появлении их уже в XIII в.
      В развитии конструкции песочных часов в Западной Европе можно отметить три основных этапа.
      На первом этапе песочные часы состояли из двух отдельных сосудов-«луковиц», которые разделялись металлической пластиной с маленькими отверстиями. Вместе с тем они были соединены посредством сургуча или накладки пластыря, т. е. составляли один комплект.
      На втором этапе (после 1750 г.) песочные часы уже представляли собой единое устройство, и оно оказалось вполне целесообразным. В одном из сосудов сохранилось отверстие, которое было закупорено пробкой.
      На третьем этапе (с 1800 г.) в обиход вошли песочные часы, у которых отверстие было ликвидировано стеклодувом, так что они стали воздухонепроницаемыми [43, 147].
      На рис. 89 дан стандартный тип песочных часов. Они состоят из двух расположенных один над другим стеклянных сосудов, соединенных между собой узким горлышком. Промежуток времени измеряется продолжительностью истечения тонкого песка из верхнего сосуда в нижний. После того как весь песок пересыплется в нижний сосуд, часы в случае необходимости нового замера переворачивают.
      Уже в XIV столетии появляются песочные часы, снабженные четырьмя сосудами: первый сосуд опоражнивался в течение четверти часа, второй — в течение получаса, третий — в течение трех четвертей часа, а последний — в течение целого часа. Такие песочные часы снабжались циферблатом. На нем стрелка передвигалась служителем на час вперед, когда поворачивался последний сосуд, т. е. по истечении часа (рис. 90). По этим часам можно было знать не только когда истекал час, но и который час.
      Песок для песочных часов готовился из мрамора путем дробления, размалывания и соответствующего просеивания. Это требовало большого умения и тщательности.
      В Западной Европе эти примитивные измерители времени были в большом ходу еще в XVII столетии. Так, во французском журнале «Mercure Galant» за октябрь 1678 г. было напечатано, что «большинство кабинетов пользуются песочными часами». В Нюрнберге тогда существовал специальный цех часовых мастеров по изготовлению песочных часов. Интересно отметить, что иногда носили эти часы, прикрепляя их к колену, — так удовлетворялась потребность в переносных часах, поскольку механические часы (карманные) из-за своей дороговизны были малодоступны.
      В судоходстве песочные часы применялись еще в XVIII — начале XIX в. Сохранившееся на флоте выражение «бить склянки» означало момент окончания песка в часах и переворачивания «склянок», что отмечалось боем колокола.
      В средние века песочные часы красиво оформлялись, оправы часто делались из серебра и золота, украшались драгоценными камнями. Сосуды для песка часто изготовлялись из горного хрусталя. Нередко часы украшались сценами на библейские темы.
      В России песочные часы были давно известны. И. Е. Забелин в книге «Домашний быт русских цариц» приводит данные о том, что в числе вещей, конфискованных Иваном Грозным в Новгороде, в большом количестве встречаются песочные часы.
      Сохранилась опись товаров, предъявленных неким Гаврилою Петровым в XVII в. на таможенной заставе. По этой описи устанавливается, что «на санях в 5 кульках да в мешке 7 пуд семени белого, в мешочке рассадного семени, в мешочке пуху гусиного. Он же явил по вязниковой выписи 3 пары пистолет, 16 тростей, ларчик камений, 11 часов песошных» [96, 44 — 45].
      В Морском уставе Петра I в главе 42 «О компасном мастере» имеется указание: «Ему же [компасному мастеру] делать песочные часы и смотреть, чтобы право (т. е. правильно. — В. Я.) ходили и чтобы не было чего из припасов туне [зря] истрачено».
      Применение песочных часов на парусных судах со времен Петра I в связи со значительным развитием мореплавания приобретает исключительно важное значение. Они нужны были на судах не только для того, чтобы отбивать «склянки», но и чтобы измерять скорость корабля посредством лага. Для нужд флота они изготовлялись в мореходных мастерских. На русских кораблях песочные часы были в употреблении еще во второй половине XIX в., после чего вместо них были введены морские часы (балансового типа).
      Огневые часы. Нередко для определения времени применялась продолжительность сгорания восковых и других свечей. Ассер — биограф английского короля Альфреда Великого (871 — 901) — сообщает, что Альфред пользовался свечами для распределения дневной работы. Каждая свеча сгорала полностью за четыре часа; ее помещали внутри фонаря, сделанного из дерева с оконцами из тонкого рога, чтобы защитить от сквозняков.
      Людовик IX (1215 — 1270) также пользовался таким способом определения времени. «Каждый день, — говорит исповедник королевы Маргариты, — он изнывал в своей комнате и в это время была зажжена свеча определенной длины, достигавшей почти трех футов, и, пока она горела, он читал библию, а когда свеча подходила к концу, вызывался один из его священников».
      Карл V также пользовался размеченными свечами. Он имел в своей часовенке пылающую свечу, разделенную на двадцать четыре части, и были особо уполномоченные люди, которые приходили к нему и докладывали, до какого деления догорела свеча, в зависимости от чего он назначал, что нужно делать.
      Путешественники рассказывают, что проводники по альпийским возвышенностям умудрялись использовать размеченную свечу в качестве будильника. Они вонзали булавку в свечу и прикрепляли к ней посредством нити железный предмет. Когда свеча сгорала до этого места, железный предмет падал на пол и будил путников.
      На рис. 91 показана лампа в виде проградуированного сосуда с маслом, которая также употреблялась для приблизительного измерения времени. Несколько таких примитивных приборов времени можно встретить в музеях Европы. Один из них в свое время входил в коллекцию музея Нюрнберга, а теперь находится в музее Вашингтона.
      Солнечные, водяные, песочные и огневые часы были весьма ограничены в своем применении. Солнечные часы не могли использоваться в пасмурное время. «Показывают только светлые часы», — часто писалось на их циферблатах. Водяные часы тоже были ограничены в применении. При температуре ниже нуля вода замерзала. Поэтому вместо водяных часов астрономы применяли ртутные часы. В песочных часах, устроенных на принципе клепсидры (вытекание вместо воды песка), песок не мог непрерывно пересыпаться, их надо было периодически перевертывать. К тому же нельзя было быть уверенным, что истечение воды, ртути и песка совершается действительно равномерно. Примесь грязи в воде, ржавление труб, засорение отверстий, ошибки в разметке циферблата — все это серьезно отражалось на точности показаний. За всеми этими часами требовался непрерывный уход.
      Все типы ранних часов не были универсальными. Эти естественные ограничения в измерении времени были сняты только тогда, когда появились совершенные по конструкции механические часы. С их появлением «производство равномерных движений» для измерения времени стало зависеть не от естественных ограничений, налагаемых природой, а только от искусства человека, от развития науки и техники.
      В течение древней и средневековой истории были полностью исчерпаны все возможности для развития техники измерения времени на основе усовершенствования солнечных, водяных, песочных и огневых часов. Создание более прогрессивных конструкций часов на их основе уже было невозможно. Между появлением механических часов и развитием солнечных, водяных, песочных и огневых часов нельзя установить прямой преемственности. Появление механических часов знаменует такой скачок или революцию в технике измерения времени, которые могут показаться чудом, если не учитывать столь важный источник, как развитие точной механики в связи с созданием астрономических приборов и устройств — астролябии, армиллярные сферы, небесные глобусы, астрономические вычислительные приборы со сложной механикой и т. п. Не без основания поэтому историк техники Прайс мог заявить, пользуясь образным языком, что «механические часы являются не чем иным, как ангелом, упавшим из мира астрономии».
      Поэтому нужно считать неправильным довольно распространенное утверждение, будто механические часы могли появиться в результате естественной эволюции конструкции водяных часов. Сами по себе водяные часы не могли служить основой для появления механических часов. Наоборот, если иметь в виду развитие водяных часов в Западной Европе, то здесь значительный прогресс в их устройстве был достигнут не до появления механических часов, а после него. Только с этого времени для воспроизводства разнообразных механических движений стали в водяных часах широко пользоваться зубчатой передачей. На мусульманском Востоке тоже не имелось необходимых потенциальных возможностей для появления механических часов на основе развития водяных часов, хотя здесь это искусство было доведено до большого совершенства. Одним из непременных условий для появления механических часов, хотя и не единственным, было применение зубчатой передачи, но там она применялась не столько в водяных часах, сколько в астрономических приборах.
      Хотя в средневековом Китае имелось больше, чем где-либо, возможностей для появления механических часов на основе совершенствования конструкций водяных часов и применения для регулирования их хода таких спусковых устройств, как в башенных астрономических часах Су Суна, но и там их развитие не привело к созданию механических часов.
     
     
      Глава IV
      РАЗВИТИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ЧАСОВ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ В XIV — XVIII ВВ.
      Появление и развитие ранних механических часов
      Среди западноевропейских историков часов стало обычным делать ссылку на механизм, приведенный в альбоме французского архитектора XIII в. Вилларда де Коннекура, и вести от него счет появления в Западной Европе первого спускового устройства для регулирования хода часов. Этот механизм, как полагают многие, не был предметом собственного изобретения Вилларда; скорее всего, он познакомился с ним и срисовал его во время своих путешествий.
      Как видно из эскиза этого устройства (рис. 92), здесь в качестве движущей силы применена гиря, подвешенная на конце веревки, обмотанной вокруг оси колеса. Падение гири и относительно равномерное вращение вертикального стержня, на котором на подставке укреплена фигура ангела, регулировалось колебанием колеса взад и вперед. Период колебания колеса обусловливался многими факторами, включая момент инерции, трение в опорах, силы, действующие на веревку.
      Снизу эскиза имелась надпись: «Как ангел своим пальцем покажет на Солнце» [131]. Это наводит на мысль, что фигура должна была делать один оборот за 24 ч.
      Прав историк часов Ллойд, когда заявляет по поводу механизма, приведенного в альбоме Вилларда, что он «с трудом может быть назван часамй» [139, 649]. Устройство его настолько примитивно, что невозможно допустить, чтобы он мог быть исходным пунктом дальнейшей естественной эволюции, приведшей в том же XIII в. или в начале XIV в. к появлению механических часов. Наоборот, этот механизм может служить доказательством слишком низкого уровня тогдашней техники измерения времени, и появление механических часов в Западной Европе в XIV в. обязано не внутренней эволюции техники, а заимствованию их извне. В отношении применения различных средств механики между механическими часами XIV в. и механизмом Вилларда существует огромная разница. Наличие в позднейших часах колесной передачи, приводимой в действие силой тяжести и регулируемой шпиндельным ходом и балансиром фолио, имеющим форму коромысла весов с передвижными гирями на обоих плечах этого коромысла, уже характеризует значительный технический прогресс по сравнению с механизмом Вилларда. Однако «умножение» средств техники для производства равномерных движений происходило на той же принципиальной основе, на которой базировалось устройство механизма Вилларда.
      а — общим вид; б — спусковое устройство
      «До XVII в., — по справедливому утверждению Ллойда, — ход часов регулировался колебанием тяжелых масс — либо колеса (как в устройстве Вилларда), либо колебаниями коромысла весов с грузами, подвешенными на его плечах. Хотя спусковое устройство было усовершенствовано, но период колебания регулятора фолио находился под влиянием разных непостоянств вращающего момента, приложенного к ходовому колесу. Следовательно, прерывистое действие периодически движущихся сил находилось в зависимости от действия факторов, которые сами по себе были подвержены непостоянствам» [139, 649 — 650].
      Передача движения от колеса к колонке с помощью Гирь М, А показана на рис. 92, б (В, В, С, D).
      Первое упоминание в письменных источниках о колесных часах в Западной Европе было сделано Данте Алигьери между 1313 и 1321 гг. В «Божественной комедии» («Рай», песнь X) Данте свидетельствует:
      И как часы, которых бой знакомый
      Нас будит в миг, как к утрене встает Христа невеста звать нас в божьи домы,
      Часы, где так устроен ход,
      Что звук: динь-динь как звуки струн на лире.
      В песне XXI «Рая» читаем:
      И как в часах колеса с их прибором Так движутся, что чуть ползет одно,
      Другое же летит пред взором...
      [61, 58, 134]
      В обоих этих случаях речь несомненно идет о механических часах с боем. В песне XXI, может быть, даже содержится намек
      на колебание регулятора фолио (foliot balance), которое на общем фоне действующих частей было более заметно. Имеются, однако, и другие толкования стихов, приведенных выше. Историки, более склонные к гиперкритике исторических свидетельств, считают, что в этих стихах речь идет всего-навсего о сложных водяных часах, а не о механических. Весьма осторожные в своих выводах Байли и Робертсон считают все же возможным утверждать, что у Данте идет речь не о музыкальных инструментах или о водяных часах, а именно о часах механических [157, 29 — 31].
      Немало труда историки часов положили на поиски, расшифровку и истолкование источников, касающихся появления в Западной Европе самых ранних механических часов. Это изучение показало, что уже в конце XIII и в первые десятилетия XIV в. несомненно имелись какие-то часы с механическим устройством, но выявленные источники молчат о том, какое у них было спусковое устройство и регулятор хода, вследствие чего эти источники значительно теряют свою ценность. Ведь спор о часах, упоминаемых Данте, сразу бы умолк, если бы там содержалось весьма недвусмысленное указание на наличие у этих часов какого-то спускового устройства и регулятора хода. Но именно отсутствие этих данных вызывает бесконечные, не прекращающиеся до сих пор споры о том, какие именно часы были в конце XIII и в первые десятилетия XIV в., о которых имеется упоминание в ранних источниках, хотя бы, например, у Данте. Вследствие этого историки вынуждены были ограничиваться только гипотетическими предположениями.
      Последуем за теми историками часов, которых большинство и которые полагают, что появление самых ранних механических часов в Западной Европе было результатом развития и усложнения механической части конструкции водяных часов.
      «Проходили века, — пишет один из авторов, — и водяные часы становились более и более искусно разработанными и сложными. Не только двигалась стрелка над циферблатом, но и отмечались часы боем, петух кричал, лев рычал, раздавался барабанный бой, а маленькие фигуры совершали различные движения. Все это требовало тщательно разработанных механизмов — колесной передачи, рычагов и других механизмов, которые были в соединении с водяными часами» [33, 57].
      В сложных водяных часах было известно уже применение циферблата, груза в качестве движущей силы, колесной передачи, механизма боя, марионеток, разыгрывающих различные сцены. Для создания механических часов недоставало только механического спускового устройства и регулятора хода. Появлению последнего предшествовали, по мнению историков, отрицающих существование разрыва или скачка в развитии водяных и механических часов, примитивные способы регулирования хода механических часов посредством естественного трения и сопротивления воздуха. Увеличивая искусственную силу сопротивления, можно добиться уменьшения скорости колес часового механизма
      в требуемых пределах, но эта скорость изменилась бы при всяком увеличении и уменьшении сопротивления. Еще лучшие условия в отношении регулирования хода механических часов были достигнуты, когда в качестве регулирующего устройства применили шпиндельный ход и балансир фолио вместо ветряка.
      «Какие-то неизвестные личности в неизвестное время (вероятно, в конце XIII в.), — по мнению Байли, — изобрели шпиндельный ход и сделали возможным появление механических часов. Этот ход оставался в обычном употреблении без существенного изменения в течение пяти с половиной веков. В течение трех с половиной веков он является существенной частью любых крупных (башенных) и портативных (карманных) часов. Ближайшим результатом развития механических часов была революция в исчислении времени — переход по всей Европе от церковных канонических часов к равным часам нашей современной системы исчисления времени. Изменение было радикальным, если учесть, что до этого пользовались каноническими часами, неравными по времени года и с интервалами в разделении суток от 2 до 5 ч. Переход на новое исчисление времени совершался постепенно с 1350 до 1450 г. по мере распространения в городах башенных часов» [ 106, 9].
      Английское слово clock — часы — происходит от латинского clocca; другим его эквивалентом является саксонское clugge, французское cloche и древнегерманское (тевтонское) glocke. Но первоначально все эти слова употреблялись не в смысле «часы», а обозначали колокол. По-видимому, самые первые часовые механизмы были способны производить слышимые сигналы боем в колокол, а не показывать время на циферблате (они были еще без циферблата). Такие устройства нужны были в монастырях, для того чтобы извещать монахов о наступлении времени для молитв или работы. Первые будильники включали в себя простейшие приспособления для подачи колокольного вызывного сигнала, использовавшегося часто также для набата в общественных местах. Действие этого раннего сигнального устройства регулировалось шпиндельным ходом еще самого примитивного устройства. Наверху шпинделя был установлен Т-образной формы молотковый рычаг; он мог колебаться под действием зубцов ходового колеса на палеты шпинделя. Выступающие части (плечи) молоткового рычага, двигаясь в зоне своего действия из стороны в сторону, производят удары в колокол. Когда наступало время для боя часов, штифт, имевшийся на колесном механизме, поднимал стопорное устройство и тем самым освобождал сигнальный механизм. После этого механизм мог двигаться из стороны в сторону, пока на него продолжала действовать колесная передача [43].
      Не исключена возможность, что это примитивное устройство навело на мысль применить шпиндель с палетами в качестве спускового устройства башенных часов. По-видимому, вскоре в качестве регулятора хода часов было применено и коромысло весов с гирями, навешенными на обоих его концах. Это устройство не нужно было вновь придумывать, оно было хорошо известно механикам и широко применялось в технике того времени. Во всем этом новым было лишь применение его в качестве регулятора хода часов.
      Так или иначе, лучшим свидетельством существования в XIV в. традиции, идущей от монастырских часов, могут служить весьма старинные французские и английские башенные часы простого устройства с боем, но без циферблата. Одни такие часы от первой половины XIV в. были привезены в качестве военной добычи герцогом Бургундским Филиппом в г. Дижон (Франция) и там установлены в церкви Пресвятой Девы в 1382 г. Особые жакемары в виде фигур мужчины и женщины, установленные на этих часах, отбивали часы ударами в колокол.
      Фигура мальчика, отбивающего четверти часа, была добавь лена в 1714 г. (рис. 93).
      Трудно сказать, где и когда для отбивания часов впервые были установлены жакемары, но известно, что они являлись неотъемлемой принадлежностью многих ранних английских башенных часов. Они имелись, например, на йорских кафедральных башенных часах, которые были установлены во время царствования Эдуарда IV (1461 — 1481) или даже ранее. Жакемары представлены здесь в виде мрачных, но весьма популярных фигур Гога и Магога. Жакемары имелись и на уэльских башенных часах.
      В монастыре Иоанна Рыльского (Болгария) сохранились старинные часы, которые использовались в свое время для механического приведения в действие колоколов на звоннице.
      Дальнейший прогресс часового дела в странах Западной Европы в XIV столетии не мог быть достигнут за счет развития башенных часов простого устройства даже при допущении, что шпиндельный ход с регулятором фолио мог быть изобретен в Западной Европе. Не с них (простых башенных часов) началось и продолжалось строительство башенных часов в Италии, а затем и в других странах Европы. Итальянские, страсбургские, нюрнбергские башенные часы XIV в. имели весьма сложное устройство. Они показывали не только время, но и движение небесных светил (Солнца, Луны и планет), воспроизводили автоматически различные сцены, привлекательные для людей того времени, и т. д.
      Появление в XIV в. таких крупных и сложного устройства башенных часов отмечает собой большой скачок в развитии часового дела, что при всем нашем желании не может быть объяснено развитием только западноевропейской техники часового дела того времени [80, с. 33 — 155].
      Во-первых, до XIV столетия в Западной Европе не наблюдается такого значительного прогресса в совершенствовании механической части конструкции водяных часов, какое имело место, например, за тот же период в средневековом Китае. Эти усовершенствования в Западной Европе стали осуществляться только после появления механических часов, и не иначе как на основе использования достижений техники в области создания башенных часов с применением средств механики.
      Во-вторых, хотя не подлежит сомнению, что еще в XII — XIII вв. в монастырских церквах и на колокольнях кафедральных соборов имелись простейшего устройства приборы для отбивания канонических часов колокольным звоном, а в первой половине XIV в. простые башенные часы с боем (без циферблата), как имелись и мастера по их установке. Но не отсюда мог исходить дальнейший подлинный прогресс в создании сложных астрономических башенных часов, которые в XIV в. стали устанавливаться в городах Западной Европы, в том числе в крупных монастырях и знаменитых кафедральных соборах.
      В исторической литературе принято считать, что первыми чисто механическими часами, о которых имеются достоверные данные, являются миланские часы, установленные в 1335 г. на башне Дворца виконта. В дошедших до нас источниках они описываются следующим образом: «Здесь находятся замечательные часы, у них большой язык колокола, который отбивает 24 ударами 24 часа, согласно XXIV часам дня и ночи, и таким образом в первый час дается один удар, во второй — два удара, в третий — три и в четвертый — четыре удара, и так отделяется один час от другого» [33].
      Имеются сведения еще о трех часах, установленных в Италии до 1350 г. Весьма популярны были часы, установленные в 1344 г. в Падуе у входа во дворец принца Убертино. Они показывали фазы Луны и движение некоторых планет и были снабжены боевым механизмом, который отбивал 20 часов днем и ночью и отдельно еще 4 часа.
      Раньше происходило много путаницы из-за часов Якова Донди и его сына Джиованни. Теперь достоверно известно, что нельзя отождествлять Якова-отца, закончившего часы в 1344 г., с сыном Джиованни; последний же в 1348 — 1364 гг. изготовил свои знаменитые планетарные часы, описание которых приведено ниже. В Италии, кроме часов Данди, в 1343 г. были часы в Модене, а в 1347 г. — в Монзе.
      Строительство башенных часов в Италии в XIV в. шло настолько интенсивно, что к концу столетия все более или менее значительные города уже имели свои собственные башенные часы.
      В Западной Европе башенные часы стали распространяться в том же XIV в., но не без влияния Италии. Об этом можно судить хотя бы по тому, что итальянский счет от I до XXIV имел распространение во всех крупных городах Западной Европы, где были установлены в то время башенные часы. Дольше всех этот счет сохранялся в Германии. В Бреславле башенные часы с такой шкалой времени были заменены на современный счет времени по 12 часов только в 1589 г.
      После Италии городские башенные часы были установлены в Страсбурге (1352 г.), в Нюрнберге (1361 г.) и в Аугсбурге (1364 г.). В 1370 г. по указу императора Карла V башенные часы были сооружены в Париже.
      Из других башенных часов заслуживают упоминания большие часы Франкфурта и Лурда (1380 г.), Лиона (1383 г.), Воленже-ра (1400 г.), Любека (1405 г.), Данцига (1470 г.). Первые башенные часы, построенные в Англии, относятся примерно к 1370 г.
     
      Устройство ранних башенных часов
      Данные о ранних механических часах весьма скудны: иногда это упоминание, вкравшееся в стихотворение или прозаическое произведение, иногда это запись в церковном реестре об уплате некоторой суммы часовщику за ремонт часов, а иногда и запись об оплате самого их изготовления. Ни одни из старинных часов не дошли до нас в первоначальном виде, какой им был придан в XIV столетии при их изготовлении. Все они исчезли или подверглись капитальному ремонту и реконструкции. Поэтому только путем старательного и всестороннего использования дополнительных источников (письменных и археологических) можно восстановить первоначальную конструкцию. В связи с этим особое значение для историка приобретают те источники, в которых имеются только достоверные свидетельства о создании и конструкции ранних механических часов, такие, как: а) рукописные трактаты Джиованни Донди — «Трактат о светилах» («Tracta-tus Astrarium») и «Главное сочинение о планетах» («Opus Planetarium»). В них дается достаточно подробное описание созданных Донди сложных планетарных часов в 1348 — 1364 гг. Сами часы, к сожалению, не дошли до нас. Но по их описанию в трак-
      татах Донди возможно получить представление о спусковом устройстве и регуляторе хода. Шпиндельный ход показан на чертеже и полностью объяснен в тексте; б) чертежи часов, созданные известным немецким часовщиком де Виком в Париже в 1364 — 1370 гг., куда он был приглашен Карлом V. Они сохранились благодаря заботам и предусмотрительности Жюльен Ле-руа, который до производства реконструкции часов в XVIII в. составил на них чертежи; потом они были опубликованы в широко известном труде Муане [142]. Часы, созданные де Виком, сначала находились в королевском дворце, а затем были перенесены во Дворец правосудия. В XVIII в. они подверглись полной реконструкции, которая осуществлялась под руководством Жюльена Леруа; в) поэма Фруассара «Li orloge amoureus» [157, 54 — 56], написанная в 1368 г., содержит достаточно вразумительное описание шпиндельного хода и регулятора хода (foliot balance) — самой ранней конструкции хода и регулятора. Предполагают, что автор поэмы в значительной мере основывался на часах, построенных де Виком.
      Трактаты Джиованни Донди, поэма Фруассара и чертежи Леруа, взятые вместе, позволяют уже дать детальное описание устройства механических часов второй половины XIV в. и по ним вообще судить о конструкции раннего спускового устройства и регулятора хода часов.
      Планетарные (астрономические) часы Донди. Джиованни Донди (1318 — 1387) преподавал астрономию и логику в Паду-анском университете, медицину — во Флорентийском и Падуан-ском университетах. Донди был всесторонне осведомлен во всех науках того времени. Особенно блестящими были его познания в области механики, как впоследствии у Леонардо да Винчи [106, 1 — 2].
      В 1348 — 1364 гг. Донди создал свои знаменитые планетарные часы, которые показывали движение Солнца, Луны и пяти планет, содержали в себе вечный календарь и давали возможность определять звездное и среднее солнечное время. Эти часы были известны далеко за пределами Италии; они доставили Донди большую славу при жизни и обессмертили его имя. О них восторженно отзывались современники и считали их механизм удивительным. Такая оценка сохранилась и позже. В 1470 г. часы Донди называли «знаменитыми часами, достопамятными и превосходящими все часы, появившиеся и ставшие известными до 1470 г.».
      Интересна последующая история часов Донди. Они оставались в Италии до 1809 г. Сначала находились в библиотеке замка в Падуе. В 1529 г. часы испортились и остановились. После долгих поисков был найден часовщик, который сумел их восстановить, — Джуанелло Турриано (1500 — 1585), потом ставший часовщиком и механиком Карла V. Современниками Дж. Турриано провозглашался гением. Он сам создал астрономические часы весьма сложной конструкции. Для их устройства потребовалось 1800 колес, с помощью которых в этих часах воспроизводилось:
      «30-дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движение Солнца, движение Луны, а также всех планет в их „обычном движении" соответственно птолемеевой системе мироздания. По свидетельству современника, Джуанелло потратил двадцать лет только на предварительную разработку проекта устройства своих часов» [8, 126].
      Он же известен как строитель водопровода, который считался одним из величайших технических чудес XVI в. [60, 18]. В 1556 г. после отречения от престола Карл V удалился в монастырь св. Юста, взяв с собой часы Донди и Джуанелло Тур-риано в качестве своего часовщика. Еще будучи императором, Карл V увлекался часовым искусством. В монастыре он до конца дней работал над созданием астрономических часов, которые бы ни в чем не уступали знаменитым страсбургским и нюрнбергским часам, справедливо вызывавшим всеобщее удивление [16, 37 — 40]. После смерти Карла V часы Донди оставались в монастыре св. Юста до 1809 г., когда монастырь был сожжен, а все сокровища уничтожены. Таким образом, часы Донди не дошли до наших дней. К счастью, дошли два рукописных трактата Донди — «Трактат о звездах» и «Главное сочинение о планетах». Б них имеются многочисленные чертежи, описание созданных Донди планетарных часов и методов конструирования. На основании расшифровки и изучения этих рукописей, начатых Байли и продолженных Ллойдом — известными историками часов, в Англии была осуществлена реконструкция часов Донди [170, 354 — 356].
      На рис. 94 воспроизведен чертеж часов Джиованни Донди. Рама часов изготовлена из бронзы, а валы, колеса, циферблат — из латуни. Из 297 частей часов Донди 100 составляли колеса и шестерни, зубцы которых были нарезаны вручную. Зубцы треугольной формы, но для различных астрономических зубчатых передач употреблялись тупые зубья — округленные, со срезанными краями. Для воспроизведения движения Луны нужно было иметь колесо со 157 зубцами, нарезка которых представляла задачу весьма трудную. Не менее трудной была нарезка на одном колесе 365 зубцов.
      По мнению Бейли, этот чертеж для историка часов представляет исключительный интерес как один из самых ранних дошедших до нас чертежей ходового механизма. На нем изображен шпиндельный ход, который был в широком употреблении в течение трех последующих столетий. В часах Донди вместо коромысла с регулирующими грузами на его концах в качестве регулятора использовано так называемое коронное колесо (по форме похожее на корону). Заводной барабан, на котором намотана веревка с грузом (гирей) на конце, делает 10 оборотов за сутки, второе колесо вращается 100 раз в день, а ходовое колесо — 800 раз. Каждому обороту ходового колеса сопутствовало 54 колебания баланса (коронного колеса) — 1800 колебаний в час. Период колебания баланса — 2 мин. Поскольку в часах Донди отсутствует фолио в форме коромысла с грузами на концах, он рекомендовал регулировать их ход при отставании увеличением заводной гири и прикреплением к ходовому колесу маленьких гирь, если часы спешили.
      Рис. 94. Планетарные астрономические часы Джиованни Донди
      Среднее солнечное время указывалось на циферблате, расположенном впе реди рамы. Циферблат был разделен на 24 часа. Неподвижная стрелка была скомбинирована с вращающимся циферблатом, двигавшимся против часовой стрелки. На каждой стороне циферблата, предназначенного для указания среднего солнечного времени, находились шкалы, которые показывали для каждого дня в году восход и заход Солнца (в Падуе).
      На корпусе (раме) совершенно различными способами были устроены два календаря. Один из них — годовой — показывал определенные праздники, другой — пасхалию (даты празднования пасхи) и передвижные праздники, даты которых зависели от времени празднования пасхи. С тех пор подобные календари изготовлялись только дважды: в 1842 г. Швильге устроил их в часах Страсбургского собора, а Иенсен в 1956 г. — в часах, установленных в Копенгагене.
      Циферблат годового календаря представлял собой большой круг или, вернее, круговую ленту диаметром в 43 см, занимавшую почти всю ширину рамы часов. Вокруг ее верхнего конца имелось 365 зубцов, сходных с зубцами ножовки; одному дню года соответствовал один зуб. На наружной стороне ленты находилось большое количество выгравированных указателей продолжительности каждого дня в году в часах и минутах, воскресные надписи, имя святого, память которого приходилась на этот день, и месяц. Названия месяцев были вызолочены и высеребрены, выгравированные надписи покрыты красной и голубой (небесного цвета) эмалью.
      Календарь, показывавший переходящие праздники, состоял из трех различного назначения цепей, соединенных между собой. Большой годичный календарный круг приводился в действие шестерней, сидящей на оси широкого острозубчатого колеса. Оно вращалось шестью штифтами, расположенными на оборотной стороне вращающегося 24-часового циферблата. Цепной календарь приводился в движение двумя зубчатыми рейками от годичного календарного круга. Автоматическая коррекция для високосных годов в календаре часов Донди не была предусмотрена.
      В часах Донди имелось семь отдельных циферблатов для показа движения небесных тел: два из них — для Солнца и Луны, а остальные — для пяти планет: Марса, Юпитера, Меркурия, Венеры и Сатурна. Циферблат, показывающий движение Солнца, или так называемое первое движение, приводился непосредственно от 24-часовой зубчатой передачи, а она в свою очередь приводила в движение лунный циферблат посредством зубчатой передачи с косыми (тангенциальными) зубьями. Другие пять астрономических циферблатов приводились в движение от годичного календарного круга. Поскольку шесть штифтов на задней стороне 24-часового циферблата приводили в действие все эти семь сложных механизмов и, кроме того, календарный механизм, то в течение ночи могло возникнуть сильное напряжение, способное вызвать замедление хода часов. Чтобы предупредить это, Донди предусмотрел включение в работу дополнительной движущей силы с началом движения механизма годового календаря.
      Циферблат «первого движения», заключающий в себе циферблат Солнца, приводимый в движение от 24-часового циферблата и показывающий среднее время, производил свое движение так, чтобы 366 звездных дней заканчивались в течение 365 средних солнечных дней. Донди считал, что среднее солнечное и звездное время находятся между собой в таком же соотношении, как 366,25 :365,25.
      Циферблат Венеры приводится в движение годовым календарным колесом, и зубчатая передача у него рассчитана так, чтобы он мог пройти за год только дугу в 11 минут.
      Циферблат Меркурия показывает три движения, одно из которых неравномерное и осуществлено оно весьма необычным путем, а именно путем использования эллиптических колес, одно из которых неподвижно, а другое вращается вокруг него.
      Вторым весьма сложным циферблатом является циферблат для Луны. Для нее механическая передача движения была составлена из колес с зубцами овальной формы. Два колеса с зубцами такой формы были разделены на неодинаковые секторы, каждый с тем же количеством зубцов. Внутреннее колесо с овальными зубцами было закреплено в ступице колеса с регулярным круговым движением и таким образом было предусмотрено регулярное увеличение фаз Луны в одинаковые периоды времени. Внешнее колесо с овальными зубцами увлекало за собой внутреннее колесо, и тем самым равное количество
      зубцов в неравных секторах обеспечивало воспроизводство движения Луны по дугам со все увеличивающимся радиусом по мере возрастания ее углового перемещения (в следующие один за другим промежутки времени). После Донди это принял в расчет в 1779 г. знаменитый английский часовщик Томас Мюдж.
      Циферблат Сатурна показывал два его движения, одно из которых — замедленное. Движение остальных циферблатов (Юпитера и Марса) было осуществлено более или менее общепринятыми средствами.
      Применение овальных, эллиптических колес, колес с косыми зубьями, винтовой передачи и другие идеи, воплощенные в конструкции часов Донди, были большой новинкой. Они намного опережали свое время. Не только современникам, но и преемникам Донди эти прогрессивные идеи были мало понятны, и они не могли их заимствовать. Поэтому идеи, воплощенные в устройстве часов Донди, лишь с трудом можно уложить в рамки истории техники той эпохи, когда жил и работал Донди.
      Часы Страсбургского собора. Почти современниками часов Донди являются часы Страсбургского собора (1354 г.). Их конструкция была несколько проще конструкции часов Донди, но, как часы общественного пользования, они стали предметом подражания в последующие годы.
      Страсбургский собор, один из древнейших в Западной Европе, построен в 510 г. при короле Хлодвиге, а при Пипине Коротком и Карле Великом он перестраивался. Но свой современный вид и архитектурное оформление собор получил только к 1413 г. В 1354 г. внутри башни собора были установлены замечательные астрономические часы. Они были высотой около 12 м и имели годовое календарное колесо около 3 м в диаметре. Часы содержали календарь переходных праздников; перед часами находилась астролябия, стрелки которой показывали движение Солнца и Луны и дневных звезд. Над часами помещалась фигура богородицы, перед которой ежедневно в полдень проходила процессия волхвов, поклонявшихся ей. В это время кричал, махая крыльями, механический петух. Для пения петуха использовались воздуходувные меха и свирели. Часы были снабжены набором небольших гонгов, исполнявших гимны. Имя строителя часов осталось неизвестным.
      Вторые часы для Страсбургского собора (рис. 95) были начаты в 1547 г., конструктивная их разработка осуществлена Михаилом Херусом и Никлау-сом Брукнерусом вместе со знаменитым математиком того времени профессором страсбургской высшей школы Христианом Герминусом. Однако вскоре после смерти обоих компаньонов Герминуса постройка часов была приостановлена. В 1570 г. по приглашению страсбургского магистрата ученик Герминуса и преемник его по кафедре высшей математики Кондрад Дезиподиус довел постройку часов до конца. Дезиподиус не следовал первоначальному плану, но разработал свой собственный и приступил к его осуществлению после одобрения проекта многими учеными. Механическая часть часов была выполнена Исааком и Иозие Габрехтами из Шафгаузена, и в 1574 г. вторые часы были пущены в ход. В архитектурном ансамбле вторых страсбургских часов снова был использован механический петух. Эти часы шли с 1574 по 1789 г. и считались в свое время непревзойденным чудом механики.
      Наряду со страсбургскими часами большой славой заслуженно пользовались нюрнбергские башенные часы весьма сложного устройства, которые были построены в 1356 — 1361 гг. Их создатель тоже остался неизвестным. Они были установлены на соборной башне и воспроизводили церемонию избрания в 1356 г. императора Карла IV. Он восседает на троне в окружении семи своих избирателей-курфюрстов. Под звуки труб мимо трона проходят фигуры, склоняя перед императором головы. В 1506 — 1509 гг. часы подвергались реконструкции. Современный их вид показан на рис. 96.
      Парижские часы де Вика. Наряду с планетарными часами Джиованни Донди и ранними башенными страсбургскими часами весьма большой исторический интерес представляют башенные часы, установленные в 1370 г. де Ви-ком в королевском дворце в Париже по указу Карла V. На рис. 97 показан ходовой механизм этих часов.
      Вокруг деревянного вала А диаметром около 30 см намотан канат с гирей В на конце. Гиря весом около 500 фунтов (0,2 т) падала с высоты 10 м в течение 24 ч. Гири большого веса требовались в связи со значительным трением в колесном зацеплении и наличием тяжеловесного регулятора фолио. Все детали часов, по-видимому, изготовлялись кузнецами на наковальне.
      На валу А находится зубчатое колесо С, сцепленное с шестерней D, сидящей на оси, расположенной параллельно валу А. Эта зубчатая передача нужна для поворота рукоятки во время завода часов. Вал и поворотное колесо С свободно установлены на оси большого главного колеса ?, с которым вал соединяется собачкой F и храповым колесом G. При таком соединении вал может вращаться без движения большого (главного) колеса во время завода часов. Большое колесо приводит в движение шестерню, сидящую на
      оси, где находится второе колесо Я, а это последнее приводит в движение шестерню, находящуюся на оси, где имеется третье, или ходовое, колесо, называемое коронным (его зубцы наклонены в стороны от радиального их расположения и напоминают корону). Это колесо является неотъемлемой частью спускового устройства, или шпиндельного хода, имеющего своей задачей регулирование скорости движения зубчатой передачи. Коронное колесо, получая энергию от зубчатой передачи, затрачивает ее на вращение шпинделя, с которым находится в постоянной кинематической связи. Нижний конец шпинделя покоится на опоре, а верхний подвешен на веревке, которая помогает опоре принимать тяжесть шпинделя. Шпиндель снабжен двумя палетами (К и СО, размещенными на нем против верхнего и нижнего зуба коронного колеса. Палеты по отношению друг к другу расположены под углом 90° или несколько больше (меньше) и поочередно зацепляют зубцы ходового колеса, вызывая вращение шпинделя с налетами то в одну, то в другую сторону. Когда, например, выступающий зуб колеса сталкивается с нижней палетой и ударяется о нее, это производит вращение шпинделя на его оси, а затем становится причиной того, что верхняя палета входит в промежуток между« двумя зубцами, находящимися в верхней части коронного колеса. Давление, оказываемое этим зубом, затем изменяет вращение шпинделя на обратное. Зуб ходового колеса при каждом таком повороте шпинделя освобождается, но сразу же попадает в контакт с другой палетой. Как только одна палета соскакивает с зуба колеса, другая под действием балансира тотчас падает на зуб, и это все повторяется снова и снова. Поэтому шпиндель находится в постоянной кинематической связи со спусковым колесом. Характерным для шпиндельного хода является отход назад ходового колеса и, следовательно, связанной с ним колесной системы.
      Балансир фолио связан непосредственно со шпинделем и представляет собой коромысло с передвигающимися по нему двумя грузами. Грузы должны быть установлены так, чтобы центр тяжести регулятора совпадал с геометрической осью шпинделя. Изменение периода колебаний шпинделя достигается перемещением грузов. Коронное колесо перемещается на один зубец при каждом полном колебании балансира фолио. У этого балансира отсутствует собственный период колебания. Оно испытывало влияние того вращающего момента, который приложен к коронному, или спусковому, колесу.
      До появления маятниковых часов при отсутствии повышенных требований к точности хода часовщики считали фолио наилучшим балансиром, поскольку он был малочувствителен к изменениям температуры и легко и просто регулировался.
      Часы Генри де Вика с боем, и потому они, кроме ходового механизма, имеют также механизм боя (рис. 98), который с часовым механизмом связан лишь включением его в действие в запрограммированное время. Он состоит из двигателя, колесной передачи и регулятора; вместо стрелочного механизма он имеет специальное сигнальное устройство. Механизм боя приводится в действие гирей; заводятся часы ключом в Л.
      В механизме боя имеется подъемное колесо ?, по окружности которого вставлены восемь штифтов. Штифты, расположенные на одинаковом расстоянии как от центра колеса, так и друг от друга, во время боя часов поднимают рычаг молотка. Когда рычаг падает с подъемного штифта, вместе с ним падает молоточек, который ударяет по колоколу.
      Колесо Е делает один оборот за 12 ч; за то же время второе колесо делает 78 оборотов. В течение этого времени молоток отбивает часы от 1 до 12. Каждому полному обороту второго колеса соответствует один удар молотка в колокол. Второе колесо N приводит в движение вал ветряка посредством шестерни К. Ветряк В, регулирующий скорость вращения колес в течение действия боя часов, своими двумя лопастями свободно сидит на оси. Он приходит во вращение в течение действия механизма боя благодаря наличию собачки С, сцепленной с зубом храпового колеса D.
      Механизм боя со счетным кругом приходит в движение каждый час.
      Счетный круг М (см. рис. 98) содержит по окружности 11 пронумерованных (от 1 до 11) выступов. Между ними имеются выемки на неодинаковых расстояниях друг от друга. Начиная с 1 до 11, это расстояние прогрессивно увеличивается. Благодаря наличию в боевом механизме счетного круга замыкание не может произойти до тех пор, пока рычаг, находящийся на оси ветряка и снабженный шипом, не попадет в одну из этих выемок, имеющихся между указанными выступами.
      Механизм боя часов автоматически приходит в движение ежечасно, производя соответствующее количество ударов, и автоматически же выключается В остальное время механизм боя совершенно отделен от хода часов и находится в бездействии.
      Рис. 99. Внешний вид часов де Вика, установленных во Дворце правосудия после их реконструкции Де Вик в своей конструкции часов со всей тщательностью разработал и успешно осуществил механическое взаимодействие часового и боевого механизма, необходимое для боя часов [142].
      После реконструкции часов де Вика, осуществленной Жюльеном Леруа, они были установлены во Дворце правосудия (рис. 99).
      Первые английские башенные часы. Строительство башенных часов в Англии имеет свою историю, однако ранний ее период содержит много неясного.
      Более достоверными являются известия об установке здесь башенных часов лишь с 70-х годов XIV в. Теперь принято считать, что в Лондоне первые достоверно известные башенные часы с боем были установлены по приказу короля Эдуарда III (1327 — 1377) для Вестминстерского дворца. Они были установлены на специально воздвигнутой в 1365 г. часовой башне. Сохранилась и позднейшая запись монаха Мальмесбурна от 1373 г., на основании которой устанавливается, что «в этом году были впервые изобретены часы, последовательно разделяющие сутки на 24 часа» [157, 35]. Монах, по-видимому, не знал, что на континенте в это время существовало уже несколько таких часов и потому не могло быть часов, упоминаемых в этой записи, «впервые изобретенных». Часы били 24 раза последовательно, подобно итальянским часам. Их бой был слышен ночью в Лондоне.
      Строителями этих часов были три голландских часовщика, специально приглашенные в Англию королем Эдуардом III. В 1368 г. всем им были выданы паспорта на временное проживание в Англии; в своих занятиях часовым искусством они пользовались особым покровительством самого короля.
      Из английских башенных часов, дошедших до настоящего времени, самыми старинными являются часы в Конене, Солсбери и Уэльсе.
      Архивные материалы Конена свидетельствуют, что в 1379 г. были установлены большие часы, причем нет причин сомневаться, что сохранились именно они. Они имеют часовой механизм, механизм боя часов и четвертей часа, которые все смонтированы внутри большой прямоугольной железной рамы. Рама имеет около 2 м в длину, 1,5 м в ширину и 2 м в высоту. Это наиболее ранние часы, обладающие механизмом для боя четверти часов. Сейчас ход этих часов управляется маятником, но он несомненно является позднейшим нововведением; некоторые колеса также заменены.
      Механизм солсберийских соборных часов сейчас находится в северном нефе собора, а механизм уэльских часов — в Научном музее Лондона. Обе эти модели очень похожи.
      В солсберийских часах, изготовление которых относят к 1386 г., имеется ходовой механизм и механизм боя часов, тогда как в уэльских часах, которые были построены, вероятно, около 1392 г., есть, кроме того, механизм для боя четвертей часа, хотя, может быть, он был добавлен позже. Механизм как тех, так и других часов смонтирован внутри в большой железной раме. Циферблат в солсберийских часах отсутствует, а в уэльских он сохранился, хотя, возможно, и не в первоначальном виде. Теперь эти часы в качестве регулятора хода имеют маятник, но видны следы применения более раннего балансира фолио.
      Имеются свидетельства, что в Уэльсе в 1392 г. уже имелись башенные часы; по-видимому, они были изготовлены еще ранее. Однако теперь подвергается сомнению предание, будто часы построены в 1325 г. Питером Лайфутом — монахом гластонберийского аббатства. Механизм боя уэльских часов приводится в действие отдельной гирей; имеется счетный круг, который до сих пор используется в башенных часах. Механизм отбивает часы и дает перезвон на четвертях часа. Часы относятся к XIV в., однако некоторые их части более позднего происхождения, например внутренний циферблат, показывающий часы и минуты, фазы Луны. Над циферблатом помещены фигуры четырех рыцарей на лошадях. Каждый час двое из них с одной стороны нападают на двух других и воспроизводится сцена турнира, причем один из рыцарей оказывается
      сброшенным с лошади. Внутри собора имеется фигура, известная под названием «Джека Бландифера», который ударяет пятками в колокола каждую четверть часа, а молотком по колоколу — каждый час.
      С исторической точки зрения большой интерес представляют башенные часы Доверского замка, сохранившиеся до настоящего времени (рис. 100). В этих часах в неприкосновенности сохранился старинный шпиндельный ход и регулятор хода часов фолио. Часов с таким старинным ходом и регулятором до нашего времени дошло очень мало.
      Их часовой механизм состоит всего лишь из трех колес: главное колесо с 96 зубцами, приводящее в движение колесо с 17 зубцами, и ходовое колесо с 33 зубцами. Главное колесо делает за час один оборот. Балансир фолио совершает двойное колебание примерно за 8 с. Длина балансирного рычага, или коромысла фолио, 70 см. Механизм хода заводится при помощи четырех радиальных рычагов, имеющихся на заводном барабане.
      Механизм боя действует от отдельного груза и состоит из двух пар колес. Его ход регулируется ветряком. Включение и выключение механизмов боя осуществляется от штифта на главном колесе часового механизма; здесь для этой цели храповое устройство не применяется. Защелка западает в спицы колес. Как колеса, так и рама изготовлены из кованого железа. Рама скреплена штифтами, а не винтами.
      Точных сведений относительно происхождения этих часов нет, но существует предание, что они были изготовлены в Швейцарии в 1348 г. Имеются также расходные записи, показывающие, что в 1404 — 1407 гг. производились выплаты по уходу за доверскими часами; более или менее вероятно, что описываемые часы были установлены в XIV столетии. По конструкции и по технологии они похожи на часы XIV в. [157, 69 — 73].
      В Англии, кроме часов Доверского замка, старинные башенные часы имелись в Кассиобери. По устройству они были сходны с часами Доверского замка. По-видимому, их изготовляли одни и те же мастера.
      Между 1360 — 1500 гг. строительство башенных часов в Западной Европе непрерывно увеличивалось. К 1500 г. в каждом большом городе имелись башенные часы; другие башенные часы, но более сложного устройства стояли на городском кафедральном соборе [39, 487 — 494].
      Сложные соборные часы отличались от обычных не устройством часового и боевого механизма, а наличием добавочных механизмов и устройств, служащих для воспроизведения всех указанных выше дополнительных движений, весьма оживлявших эти часы.
      От XV — XVI столетий дошло много замечательных башенных часов. Большинство из них подверглось позднейшей реконструкции, и лишь самое малое количество сохранилось в первоначальном виде. Приведем описание некоторых старинных башенных часов, пользующихся популярностью и в наше время [33, 53, 40].
      Пражские башенные часы. Большую древность имеют знаменитые Пражские башенные часы, которые установлены на площади городской ратуши (рис. 101). Они дошли до наших дней и продолжают привлекать к себе внимание даже в настоящее время.
      Здание городской ратуши в Праге было построено в 1338 г. На нем через 26 лет была воздвигнута башня, с которой глашатай оповещал, который час. Первые часы на башне были установлены в 1402 г. Они имели два больших циферблата. Нижний циферблат воспроизводил вечный календарь, а верхний — движение Луны и Солнца. Циферблат, показывающий четыре фазы Луны, был добавлен в 1597 г. Часы работали до 1824 г., когда их из-за неудовлетворительного состояния пришлось поставить на капитальный ремонт. После ремонта часы работали до 5 мая 1945 г. В связи с военными событиями здание ратуши было разрушено. Часы вышли из строя. На восстановление их потребовалось два года.
      В этих часах обращает на себя внимание не только механизм, но и механические устройства, служащие для воспроизведения различных сцен. Перед боем часов раскрываются два оконца над циферблатом и из них выходят 12 апостолов. Часы оживлены и другими механическими фигурами. Страшная фигура Смерти, стоящая на правой стороне верхнего циферблата, при каждом бое часов поворачивает косу, а затем песочные часы, напоминая о конце жизни. Человек, стоящий рядом, кивком головы как бы подчеркивает роковую неизбежность. На другой стороне этого же циферблата находятся еще две фигуры. Одна изображает человека с кошельком в руках; каждый час он звенит лежащими в нем монетами, показывая, что время — деньги. Другая фигура изображает путника, мерно ударяющего посохом о землю. Она показывает, как с течением времени движется по жизненной дороге человек, или суетность жизни. После боя часов появляется петух и три раза кричит. Последним в оконце появляется Христос и благословляет всех стоящих внизу зрителей, которые, как и пятьсот лет назад, собираются на площади перед часами, чтобы посмотреть на чудесное творение старого мастера.
      Часы в г. Любеке. Замечательны по своему устройству башенные часы, установленные в 1405 г. на западной стороне высокого алтаря церкви св. Марии в городе Любеке (рис. 102). Эта церковь сложена из кирпича. Часы до сих пор работают, но были в ремонте в I860 и 1889 гг. Они показывают движение небесных тел, а когда бьют 12 ч, приходит в движение ряд автоматических фигур. Через боковые двери входят немецкие курфюрсты и присутствуют на церемонии торжественного вступления императора на трон. Затем открывается другая дверь, и появляется Христос; после того как он дает благословение, все удаляются при звуках фанфар и хора ангелов.
      Часы на площади св. Марка в Венеции. Они считаются замечательными башенными часами. Однако до нашего времени они не дошли в первоначальном виде. Часы установлены в 1495 г. Джиованни Рейнальдом и его сыном Карлом. О конструкции первых часов мы ничего не знаем. Вторые часы были закончены вскоре после 1600 г. (рис. 103). Их циферблат показывал время суток, знаки зодиака и движение Солнца и Луны. На галерее — выше циферблата — три волхва во главе с ангелом шествуют и преклоняются перед богородицей. На самом верху находились два бронзовых гиганта — мавр и индус, отбивавшие часы на колоколе большими молотками.
      Руанские башенные часы были изготовлены механиком де Фёленсом в 1389 г. Это одни из первых часов, которые отбивали не только часы, но и четверти часа. Для того времени они были наиболее механически совершенными, но в 1572 г. испортились. Когда они перестали бить, весь город пришел в смятение: ведь в Руане и его окрестностях жизнь и дела регламентировались этими часами. Они показывали время суток, день недели, фазы Луны (рис. 104).
      Лионские часы. Знаменитые эти часы стоят в северном поперечном нефе готического кафедрального собора св. Жана в Лионе (Франция). Они имеют форму башни, высота которой сорок футов. Сооружение часов обычно приписывают Николаю Липпу из Базеля и относят их окончание к 1598 г. Однако известно, что еще в 1572 г. над какими-то часами работал местный часовщик Яков Левет. Возможно, Липп просто обновил часы Левета, а может быть, заменил их другими. В настоящее время после неоднократной реконструкции и добавлений лионские часы имеют весьма величественный вид и оживлены разнообразными автоматическими фигурами, разыгрывающими различные сцены.
      Часы состоят из трех частей: нижнего этажа, среднего этажа и автоматических фигур наверху (рис. 105). На левой стороне нижнего этажа находится дверь, которая открывает доступ к механизму часов. Циферблат показывает год, месяц, день недели, число и даты пасхи.
      В среднем этаже имеется большой овальный циферблат, который был добавлен в 1661 г. для показания минут. На фасаде находится циферблат для показания часов дня, положения Солнца и фаз Луны.
      Рис. 107. Схема устройства механизма башенных часов во второй половине XIV в.
      В верхней части часов находятся автоматически движущиеся фигуры. Дни недели показываются посредством фигур, которые появляются в позолоченной нише. Они появляются в полночь и остаются до следующей полуночи. Воскресенье отмечается фигурой, символизирующей этот день недели; понедельник, вторник и следующие дни отмечаются другими соответствующими фигурами. Над этими фигурами находится коленопреклоненная дева Мария; еще выше — бог-отец с ангелами с колокольчиками. Башня часов увенчана петухом.
      Часы били в определенное время: утром, в полдень и в послеполуденное время (от утра до вечера). Когда наступало время отбивать часы, стоящий слева ангел поворачивал песочные часы. Три раза кричал петух, вытягивая шею и взмахивая крыльями. Ангелы исполняли гимны на колокольчиках, тогда как ангел, стоящий справа, отбивал время. Затем открывалась дверь и перед девой Марией появлялся архангел Гавриил, а через раскрывшийся потолок «нисходил» голубь. Бог-отец давал свое благословение. Потом все действующие фигуры удалялись [28, 92 — 93].
      Как велики могут быть успехи в отношении усложнения механики башенных часов, можно судить по часам, установленным в Безансоне (Франция) (рис. 106). Эти часы имеют 70 циферблатов и состоят приблизительно из 30 тыс. деталей.
      Башенные часы обычно имеют отдельный механизм для боя и механизм для показания времени, приводимых в действие соответствующими двигателями. Все это мы видели уже в часах де Вика.
      Схема устройства башенных часов даже во второй половине XIV в. была достаточно совершенной и сложной (рис. 107).
      В XIV — XVII вв., до изобретения маятника, в башенных часах продолжали применять шпиндельный ход с балансиром фолио без какого-либо существенного его усовершенствования. Это объясняется тем, что «до конца XVII в. не было научной базы, как справедливо утверждает Е. А. Цейтлин, для превращения часов в точный измерительный прибор. Теоретические работы Леонардо да Винчи и Кардано не установили еще основного для часового механизма принципа изохронности колебаний» [79, 374].
      Если иметь в виду башенные часы в целом, то для усовершенствования их устройства строителями было сделано очень много. В XIV — XVII вв. не было такой отрасли техники, к которой было бы приложено столько гениальной изобретательности, знаний и остроумия, как при конструировании и создании башенных часов со сложным устройством. Здесь имело место сплетение воедино механики, техники и искусства.
      В башенных часах впервые было применено программное устройство в виде счетного круга для боя часов, получасов, а для боя четвертей часа потребовалось еще более усложнить это устройство. Механизм боя приходил в движение каждый час, получас и четверть часа, а все остальное время находился в бездействии. Программное устройство, следовательно, автоматически регулировало движение боевого механизма.
      В условиях развития торговли и промышленности в городах XIV — XVII вв. бой четвертей часа имел большое значение для регулирования там повседневной и деловой жизни, в особенности потому, что на часах имелась только часовая стрелка (без минутной).
      Весьма характерным для башенных часов является применение в них зубчатой колесной передачи для приведения в действие механизма боя для обеспечения движения различного назначения стрелок на циферблате, для автоматического воспроизведения «вечного календаря», действия фигур по заданной программе и т. д. Особенно удивляла современников возможность воспроизводить с участием колесной передачи движение небесных светил по птолемеевой или коперниковой системе мироздания; им казалось, что техника с помощью науки добралась до механизма Вселенной.
      В башенных часах впервые нашли применение сложные (многоступенчатые) колесные передачи (кинематические цепи с большими передаточными отношениями), а также кулачковые и храповые механизмы и муфты. В XIV — XVII вв. не было более сложного технического объекта, чем башенные часы. Они по количеству, разнообразию и точности механизмов, подлежащих синтезу, превосходили любые технические объекты того времени Но особенно многосложной в башенных часах была колесная передача. Джуанелло Турриано потребовалось 1800 колес для создания своих башенных часов, чтобы воспроизвести в них дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движение Солнца, движение Луны, а также всех планет в их «обычном движении» соответственно птолемеевой системе мироздания.
      Применение в башенных часах системы зубчатой передачи с большими передаточными отношениями потребовало знания важнейших кинематических соотношений, например числа оборотов колес и трибов при определенном количестве зубцов колес и трибов. Возникла необходимость в разработке кинематики механизмов. Зубчатыми передачами уже интересовались Леонардо да Винчи и Джеронимо Кардано (1501 — 1576). Последний, занимаясь часовыми механизмами, уделял внимание кинематике зубчатого зацепления в своем труде «Dererum variete»
      [80, 175 — 178].
      Весьма привлекательной частью башенных часов, кроме движения разнообразных по назначению стрелок, было наличие затейливых фигур, совершающих движение по определенной программе и весьма оживляющих часы. Для примера покажем, как в прежних башенных часах воспроизводилось движение 12 фигур апостолов.
      Эти фигуры, размещенные по особой программе, несет на внешней окружности большой диск, управляемый часовым механизмом, чтобы обеспечить движение по заданному маршруту. Рычаг, соединенный с руками, головой или другой частью фигуры, то поднимается, то опускается в то время, когда вращается круг, снабженный вырезами и зубцами. Фигура посылает привет, кланяется или благословляет, смотря по тому, в какой роли она участвует в данной сцене.
      Циферблат часов часто располагался на всех четырех сторонах башни, и на всех этих четырех циферблатах стрелки должны были показывать одно и то же время. Это достигалось путем устройства соответствующей колесной передачи (соединенной с часовым колесом), позволявшей одновременно перемещать стрелки часов на одно деление на всех четырех циферблатах. Иногда время отмечалось только боем. На рис. 108 можно видеть сложное механическое устройство, предназначенное для осуществления боя часов и отдельно боя четвертей часов.
      Башенные часы сложного устройства со многими стрелками, движущимися по циферблату, и с автоматически движущимися затейливыми фигурами, с многосложным механизмом вызывали восхищение, а у не посвященных в механику часов — удивление. Они, естественно, приковывали внимание не только современников: к ним сохранился интерес до сих пор. Такие часы, как страсбургские, нюрнбергские, парижские, часы де Вика и другие, воспевали поэты, ими восхищались даже люди науки. С этими часами связывались воспоминания о целых столетиях, канувших в вечность. Не нужно забывать и того, что создание их совпало с развитием искусства в период Высокого Ренессанса и они сами по себе являлись подлинным шедевром искусства.
      Повышенный интерес современников к действиям сложных башенных часов весьма умело использовали господствующие классы и церковь для насаждения церковной идеологии, показывая сцены на библейские сюжеты. Следовательно, башенные часы средневековья несли не только службу времени. Вместе с тем не следует забывать, что создание прославленных башенных часов отмечает весьма важный прогресс в развитии культуры, науки, техники и искусства. Наличие в этих часах боевых и часовых механизмов, а также механизмов для воспроизведения движения Солнца, Луны, планет, самодвижущихся фигур по заданной программе и т. д. служит наглядным свидетельством действительных успехов науки и техники того времени.
      Механические часы, по словам Ф. Энгельса, явились «крупным шагом вперед как во времяисчислении, так и в механике» [3, 506].
      Появление и развитие механических часов индивидуального пользования в Западной Европе в XV — XVII вв.
      По сохранившимся историческим данным невозможно с полной достоверностью восстановить самую раннюю историю появления и распространения в Западной Европе механических часов индивидуального пользования. Но есть некоторые основания утверждать, что часы такого рода появились в конце XIII или в начале XIV в. в жилищах итальянских князей и во Франции — во дворце Филиппа IV Красивого. В описи имущества последнего упоминаются комнатные часы с двумя свинцовыми гирями. Другое упоминание о часах индивидуального пользования имеется в поэме «Роман о Розе» Жана де Мена, написанной в XIII в. В четверостишии, относящемся к часам, говорится: «И тогда он заставил часы звонить в своих залах и в своих комнатах посредством хитроумно изобретенных колесиков, двигающихся непрерывно».
      Робертсон находит, что здесь речь идет о механических часах индивидуального пользования [157, 43 — 44]. С этой интерпретацией не согласен Байли. Он полагает, что в четверостишии, скорее всего, говорится о каком-то музыкальном инструменте. Слово orloge могло содержать способ подбора колокольчиков [105, 42 — 43].
      В некоторых старинных письмах и манускриптах имеются ссылки на портативные часы. Часть письма, написанного Джоном Пастом в 1469 г., гласит: «Прошу Вас поговорить с Гарну-том из аббатства относительно маленьких часов, которые я послал ему для починки с Джонсом Гресхемом. Если они готовы, будьте добры взять их у него и прислать мне».
      После 1490 г. все чаще и чаще встречаются записи, касающиеся покупки домашних часов королями, принцами и другими состоятельными людьми.
      Домашние (комнатные) часы по своей конструкции были во всем аналогичны большим часам общественного пользования, за исключением, конечно, габаритов. Они могли крепиться к стене на консолях. Часы имели механизм хода и боя, иногда применялись еще устройства для будильника. До изобретения пружинного двигателя домашние часы, так же как и башенные, приводились в действие грузом. Механизм изготовлялся из железа и монтировался на железной раме. Ход домашних часов регулировался балансиром фолио.
      Большим недостатком комнатных часов XV в. было то, что в них некоторые колеса иногда были таких размеров, что выступали за раму.
      На рис. 109 показаны настенные часы с гирями.
      После 1550 г. в качестве материала для изготовления часов, в том числе и домашних, стала все шире употребляться латунь.
      В XV в. механические часы индивидуального пользования были редкостью. Их производство еще не вышло за пределы выполнения мастерами индивидуальных заказов. Поэтому такого рода часы имелись только у очень богатых людей. Большая же часть горожан продолжала узнавать время по башенным часам. Нередко пользовались и солнечными часами.
      Потребность в часах индивидуального пользования, наметившаяся в XVI в., в XVII в. значительно усиливается, и не только среди знати, но и среди буржуазии, а также горожан. Однако удовлетворить эту потребность стало возможным лишь после применения в часах ходовой пружины, когда стало возможным изготовлять часы удобных размеров. Появление карманных часов Ф. Энгельс относит к самому концу XVI в. [3, 508]. С этого момента в области часового дела начался действительный прогресс и более значительное распространение часов среди широкого круга горожан. Этому также способствовал переход Западной Европы на новый счет времени (с делением ночных и дневных часов на 12 равных часов вместо неравных канонических часов).
      В XVII в. мода на часы получает все большее распространение, причем часы являлись зачастую не столько измерителем времени, сколько предметом украшения. Часы, усыпанные алмазами и рубинами, носят знатные дамы и кавалеры. Франты вставляют часы в набалдашники своих тростей. Не отстает и духовенство: для него стали изготовлять наперстные кресты с часами. Некоторые епископы носили посохи с часами в рукоятке. Те, кто не мог приобрести дорогие карманные часы, пользовались миниатюрными песочными часами, привязывая их как украшение к колену.
      Появление и развитие часов с пружинным двигателем. Самые ранние портативные приборы времени, приводимые в движение пружиной, появились в Италии уже в XV столетии. Упоминания о существовании там пружинных часов содержатся в двух источниках, недавно открытых Антонио Симони [165]. В письме Комино де Понтевика, датируемом 1482 г., сообщается о часах, в которых узкая лента (из отпущенной стали) навита на опорную ось. Имеется фузея, к основанию которой одним концом была присоединена кетгутовая струна другой ее конец присоединен к опорной оси заводной пружины. Второе сообщение мы находим в эпиграфе к сонету, написанному Гаспаром Висконти в 1493 г.: «Здесь говорится о портативных часах, имеющих механизм хотя и малого размера, но способный поддерживать ход часов. Часы показывают не только время, но и ход пла: нет, праздники, а также отбивают время». В литературе имеются упоминания о трех переносных часах из Милана, двое из них — с боем.
      О применении пружины в часах было известно и Леонардо да Винчи (о чем см. выше, с. 197).
      Самое раннее изображение часов, приводимых в действие пружиной, относится к середине XV в. Внешне они мало чем отличаются от часов индивидуального пользования, приводимых в действие грузом.
      Из источников о существовании пружинных часов заслуживает особого внимания рукопись Павла Алемануса, составленная в Риме в 1477 г. Описанные там часы (рис. 110) имеют шпиндельный ход и баланс в качестве регулятора. Фузея здесь была использована для уравновешивания крутящего момента ходовой пружины. Главное колесо, на оси которого сидела фузея, делало один оборот в течение трех часов, за то же время баланс совершал 10 752 секундных колебания [38, т. 3, 656].
      Таким образом, нет сомнений, что фузея была изобретена в Италии. Леонардо да Винчи тоже был знаком с назначением этого устройства. Эскиз фузеи, сделанный его рукой, можно видеть на рис. 111.
      1 Кетгутовая струна изготовлялась из кишок животных.
      Со второй половины XV в. дворы Италии и Франции уже знали часы-будильник. В инвентарных книгах Савойского двора упоминаются часы в форме тамбурина, которые по своим размерам могли быть только пружинными. Во Франции в 1480 г. несомненно уже имелись пружинные часы, упоминается даже их изобретатель Каравагиус. Портативные пружинные часы, однако, раньше всего появились в Италии и отсюда стали в XV в. распространяться в других странах Западной Европы.
      Производство пружинных часов с боем достигает значительного развития в Германии, особенно в Нюрнберге, который в
      XV — XVI столетии являлся одним из значительных центров развития не только торговли и промышленности, но науки и техники. Достоверно известно, что инициатором производства там этих часов был слесарь Петр Генлейн, своими руками изготовивший в начале XVI в. несколько пружинных часов.
      В приложении к космографии, составленной Помпонием Мела в 1511 г., Ион Коклей писал: «Петр Генлейн, еще молодой человек, создает творения, которым даже наиболее ученые математики отдают дань уважения: из небольшого количества железа он изготовляет снабженные многими колесами часы, которые, как бы их ни поворачивали, без наличия какого-нибудь груза показывают и отбивают 40 часов, даже если находятся на груди или в кошельке» [83, 510].
      Нам неизвестно, какой вклад действительно внес Генлейн в часовое дело своими изобретениями. Но ясно одно, что он не был изобретателем отдельных механизмов пружинных часов. Все основные части и механизмы для них (заводная пружина, фузея и др.) уже были изобретены до него в Италии.
      Часов, которые можно приписать Генлейну, до нашего времени не дошло. Но в заслугу ему следует вменить и то, что он сумел образцами своих изделий вызвать интерес к изготовлению пружинных часов. По типу созданных им часов стали изготовлять пружинные часы не только в Нюрнберге, но и за его пределами.
      В настоящее время в музеях имеется только двое часов, современных Петру Генлейну. Одни из них до 1939 г. находились в Мюнхене, а другие — в лондонском Музее древностей. Последние были изготовлены Яковом Цехом для польского короля Си-гизмунда I в 1525 г. (дата, как и имя изготовителя, обозначена на пружинном барабане). Это часы цилиндрической формы и большого размера (диаметр 25 см, высота 52 см). Годовое колесо в них предназначено для того, чтобы показывать положение Солнца в зодиаке. Имеется два часовых круга: внешний с обозначением цифр I — XII и I — XII раздельно для каждой половины суток и внутренний — с обозначением цифр для всех 24 часов суток (I — XXIV). Эти круги снабжены устройствами, позволявшими передвигать стрелки так, чтобы можно было регулировать время по богемскому или итальянскому счету времени.
      Вслед за Петром Генлейном вскоре стали изготовлять пружинные часы не только в Нюрнберге, но и в Аугсбурге, Праге и других городах.
      Появление и распространение пружинных часов в XVI в. явилось причиной соревнования между итальянскими, французскими и немецкими часовщиками в создании разнообразных, иногда самых необыкновенных часов по форме, сложности механического их устройства и внешней орнаментации. От первой половины XVI в. до нас дошло большое количество таких часов, которые можно рассматривать как чудеса механики. После появления пружинных часов часовщики стремились пристраивать к ним сложные механизмы, приводившие в движение различные фигуры, стрелки, показывавшие время различных, более известных городов, годы, месяцы, числа, дни недели, церковные праздники, фазы Луны и пр. Наиболее простые часы имели только бой и будильник.
      Развитие в XVI в. производства пружинных часов индивидуального пользования совпало с блестящим подъемом культуры в Западной Европе в связи с возрождением изобразительного искусства и живописи, достигших особого успеха в произведениях гениальных мастеров так называемого Высокого Ренессанса. Именно это общее движение, вызвавшее также и интерес к науке и технике, породило профессию часовщика и привело к образованию центров часового производства. В XVI столетии во всех передовых странах Западной Европы можно отметить появление таких центров: в Италии — Флоренция, Венеция, Генуя, Милан, Неаполь, Рим; во Франции — Париж, Блуа, Гренобль, Лион; в Нидерландах — Антверпен, Юрюссе, Гент, Брюссель, Амстердам; в Англии — Лондон; в Германии — Нюрнберг и Аугсбург 11371.
      Самые ранние пружинные часы были по форме цилиндрическими, иногда напоминая плоский барабан диаметром в несколько дюймов. Во Франции появились пружинные часы сферической формы. Пружинные часы сферической и цилиндрической формы получили в Англии удачное название «clocks-watches». Они занимали промежуточное положение между настольными и карманными часами. Карманные часы в собственном смысле слова появились только через сто лет после применения в часах ходовой пружины.
      Обычно принято считать, что первые пружинные часы имели сферическую форму. Однако, по справедливому мнению Бриттена, до сих пор не ясно «были ли самые ранние часы сферической или цилиндрической формы. Около шести типов сферической формы часов дошло от весьма ранней даты, вероятно от второй четверти XVI столетия, и все они немецкие. Имеются также старинные французские часы сферической формы... И все же определенно можно сказать, что часы цилиндрической формы были более ранними и они же потом вытеснили часы сферической формы» {114, 39].
      Рис. 112. Устройство для регулирования хода ранних механических часов
      а — фолио с грузиками ВВ на его концах; Е — шпиндель, С — коронное ходовое колесо; б — фузея; в — тормозное устройство: W — сильно изогнутая пружина, V — ролик на свободном конце пружины, U — неправильной формы кулачок, по которому ролик может совершать движение и сообщать добавочное усилие, необходимое для увеличения крутящего момента ходовой пружины
      Пружинные часы цилиндрической формы дошли до нас в большом количестве, их можно видеть во многих музеях Западной Европы.
      В исторической литературе часто встречаются часы под названием «нюрнбергские яйца»; они были действительно пружинными часами с ходовым механизмом достаточно малого размера; их могли положить в кошелек или носить в виде брелка.
      Как верно замечает Ф. Рело в своей «Истории современного положения часового дела», наименование «яйцо» для самых ранних пружинных часов индивидуального пользования ничего общего не имеет с их формой: оно произошло от латинского hora, что означает «час», «время»; путем постепенного искажения этому слову на немецком языке было придано значение — «яичко», «яйцо».
      Циферблат ранних пружинных часов изготовлялся из позолоченной латуни; на нем имелась только одна стрелка — часовая. Латунная крышка над циферблатом имела глубокую гравировку. Против часовых цифр материал совсем удалялся, через отверстия можно было видеть цифры и по положению стрелки часов определять время без открывания крышки. Корпус часов часто снабжался петлей, при помощи которой часы можно было подвешивать или переносить.
      Механизм изготовлялся из железа или стали. Винты до 1550 г. еще не были известны; соединение частей механизма осуществлялось при помощи штифтов, клиньев, шпонок и т. д. Ходовая пружина представляла собой длинную стальную ленту. Элементы устройства для регулирования хода часов типа clocks — watches показаны на рис. 112. С 1510 г. в пружинных часах стали применять тормозное устройство (stackfreed)1 в виде пружины, воздействующей на кулачок, укрепленный на валу барабана для
      1 Происхождение этого слова неизвестно, возможно, оно заимствовано из персидского языка.
      Рис. 113. Настольные часы XVI в.
      Рис. 114. Французские настольные часы XVI в.
      уравновешивания крутящего момента ходовой пружины по мере ее раскручивания. Для этой цели начинает входить в обиход фузея, на введение и распространение которой большое влияние оказал Яков Цех, проживавший в Праге с 1525 по 1540 г.
      В ходе развития пружинных часов индивидуального пользования (clock — watches) постепенно начинают выявляться два направления. Одно из них привело к развитию настольных часов, а другое — с 1600 г. к развитию карманных.
      Настольные часы второй половины XVI и XVII в. (до 1658 г.). Первые настольные часы мало чем отличались от ранних переносных часов цилиндрической или сферической формы — только были большего размера. Дальнейшее развитие этих часов свелось к увеличению их размеров; им стали придавать форму зданий — круглых, четырех-, шести и восьмиугольных, увенчанных сверху куполом или колокольней (рис. 113). По контуру и углам размещались колонки, пилястры, кариатиды; плоскости украшались резьбой, золотыми насечками и выполненными с большим изяществом фигурками, которые нередко могли автоматически двигаться благодаря особому заводному механизму. Настольные часы, снабженные рядом механизмов для автоматического воспроизведения сцен религиозного, исторического, мифологического и бытового содержания, предназначались для подарков и на вывоз.
      Настольные часы могли помещаться на камине, на полке или на пьедестале и назывались каминными, полочными, пьедестальными.
      В последней четверти XVII столетия пружинные часы в виде настольных часов можно было встретить во всех странах Западной Европы.
      До 1600 г. Нюрнберг, Аугсбург в Германии считались самыми крупными центрами производства настольных часов. В Нюрнберге уже в XVI в. существовала корпорация часовщиков.
      Во Франции в XVI в. также было развито производство настольных часов. Королевский часовщик Юлиан Кульдрей в 1518 г. для Франциска I (1515 — 1547) изготовил двое часов без гирь. По свидетельству французского часовщика Жанвье, между 1560 — 1590 гг. во Франции стали изготовлять пружинные часы всех размеров, которые славились своим богатым украшением (рис. 114). Наиболее крупными центрами часового производства, кроме Парижа, были Блуа и Руан.
      В Париже цех часовщиков появился еще в 1453 г., но только через столетие (в 1544 г.) получил свой первый статут, утвержденный декретом короля: тогда имелись уже три категории часовщиков: 1) специалисты по башенным часам, 2) специалисты по изготовлению настольных часов и будильников и 3) специалисты по изготовлению пружинных переносных часов.
      Производство часов в Швейцарии началось в первые десятилетия XVI в. Вероятнее всего, что часы были завезены сюда из Франции и вначале они просто ремонтировались, а потом появились часовщики, которые сами начали их изготовлять.
      История отмечает, что первую часовую мастерскую организовал в Женеве Шарль Кузен родом из Аутума (Бургундия) в 1587 г. Через сто лет после переселения Кузена в Женеву там уже было 100 часовых мастеров и 300 под мастерьев, а ежегодный выпуск часов составлял 5000 штук [132]. Эти значительные сдвиги в развитии часового производства связаны с переселением в Женеву гугенотов из Франции, среди которых было много часовщиков.
      В Англии производство пружинных часов получило развитие позже, чем в Германии и во Франции. Только с начала XVII в. там стали изготовлять домашние часы, которые имели форму фонаря, птичьей клетки и т. д. (рис. 115). Для развития пружинных часов немалое значение имело переселение в Англию после отмены Нантского эдикта из Нормандии и Пикардии 14 гугенотов [175].
      На рис. 116 показана часовая мастерская XVI в. и ее изделия — настенные и настольные часы.
      Около 1550 г. в некоторых больших часах появляется минутная стрелка, а иногда и секундная. Такие часы можно видеть в музее Нюрнберга. Примерно в то же время входит в употребление будильник.
      Механизм старинных домашних часов был открытым. Но такие механизмы покрывались пылью и подвергались коррозии. Поэтому их стали заключать в особые корпуса, которые сначала изготовлялись из бронзы, но уже во второй половине XV в. стали делать из серебра и золота с художественными украшениями. Особенно тщательно украшались часы, предназначенные для ношения на шее и для экспорта.
      С середины XVI в. настольные часы стали изготовлять в виде круглых коробок с крышкой. Делали и часы небольших размеров с футляром, чтобы их можно было брать с собой в путешествия.
      В последней четверти XVII в. домашние настольные часы можно было встретить уже во всех странах Западной Европы.
      Развитие карманных часов в XVII в.
      В XVI в. намечается тенденция к уменьшению размеров пружинных часов. Так, один золотых дел мастер в 1542 г. поднес герцогу Урбинскому часы, которые могли вставляться в перстень. Архиепископ кентерберийский Паркер имел часы, вставленные в рукоятку трости. В 1575 г. он завещал их своему брату — епископу елейскому. В коллекции часов Пирпонта Моргана имелись часы величиной с орех, датируемые 1650 г. Размер их механизма не превышал 8 мм. Начавшаяся в XVI в. тенденция к уменьшению размеров часов привела в конце XVI или в начале XVII в. к появлению карманных часов. XVII век можно считать золотым веком развития карманных часов, или механических часов, вставленных в корпуса специальной формы.
      Ранние карманные часы имели овальную или круглую форму. Ближе к 1650 г. часы во Франции, Швейцарии и Англии приняли окончательно круглую форму. Немецкие карманные часы имели яйцевидную форму, но и там возникла тенденция приблизиться к французским и английским формам часов. На эмалевой поверхности часовых циферблатов, как и на внутренней поверхности крышки часов, появились живописные изображения.
      Изяществу в выполнении корпусов и циферблатов стали уделять особое внимание. Они изготовлялись из золота, серебра, горного хрусталя. Корпуса часто были усыпаны рубинами, изумрудами, жемчугом и другими драгоценными камнями. После того как в 1632 г. Жак Тутен из Лиона изобрел новую эмаль (своей живостью и яркостью она и теперь вызывает восхищение), на эмалевую поверхность стали наносить художественные изображения (рис. 117). В этом проявлялось высокое мастерство золотых и ювелирных дел мастеров того времени. В 1675 — 1700 гг. стали изготовлять карманные часы самой разнообразной формы (кроме круглой и овальной). В Париже Пьер Джони изготовлял часы, имевшие форму креста; они предназначались для высших членов епископата, которые обычно носили их на груди. Стало модным изготовлять карманные часы в виде книг, фруктов, цветов, висячих замков и даже в виде человеческого черепа.
      После 1650 — 1675 гг. корпуса из горного хрусталя постепенно исчезают. Около 1700 г. для изготовления внешнего корпуса карманных часов стали использовать рыбью, шагреневую, черепаховую кожи с золотыми и серебряными гвоздиками, а также филигранное золото и серебро [ 105].
      В XVII в. в карманных часах стали применять для регулирования их хода вместо фолио баланс со свиной щетиной (рис. 118).
      Схема устройства механизма карманных часов начала XVII в. дана на рис. 119. Заводная пружина навита на ось В. Свертывающийся конец пружины имеет отверстие, в которое вставлен крюк стержня А. Заводной ключ вставляется в квадратную часть этого стержня. После того как ключ начнет повертывать указанный стержень, заводная пружина будет закручиваться вокруг своей опорной оси; тогда в пружине развивается крутящий момент, действующий в направлении, обратном вращению стержня А. Поскольку с помощью этого стержня осуществляется завод часов, то она фактически выполняет ту же функцию, какую в башенных и настенных часах выполняет веревка или цепь с грузом на конце, намотанная на барабан.
      Ось, на которой сидит часовое колесо D, приводит в действие весь механизм часов (FGH). В полой части часового колеса D находится храповое колесо С, вращающееся по часовой стрелке под действием ходовой пружины, а вместе с ним и часовое колесо D через посредство прикрепленной к нему собачки Е. Если бы это колесо было неподвижным, то при заводе часов требовалось бы передвинуть весь механизм вместе со стрелками настолько же назад, насколько оно перед этим прошло вперед. Храповое колесо С может двигаться только в одну сторону, движению его в противоположную сторону препятствует собачка Е. Колесо D с 56 зубцами находится в зацеплении с трн-бом, имеющим 8 зубцов с передаточным отношением 1 : 7. Колесо D через триб находится в связи с колесом F и с его трибом, а этот последний передает движение колесу G с трибом; отсюда движение передается на коронное колесо Я. Колесо Я имеет зубья, которые расположены иначе, чем обычно. Оно имеет своим назначением изменять направление с вертикального на горизонтальное. Спусковое колесо К находится в связи с шестерней, на оси которой оно и сидит. Количество зубцов колес и трибов подбирается с таким расчетом, чтобы 2100 оборотов спускового колеса К соответствовали одному обороту часового колеса D.
      Баланс сидит на оси шпинделя М и совершает под его действием вынужденные колебания. Шпиндель имеет два выступа, или палеты, которые попеременно взаимодействуют со спусковым колесом К. За двойное колебание баланса спусковое колесо продвигается на один зуб. Характерным для этого спускового регулятора является отход назад ходового колеса, а следовательно, и всей колесной системы.
      Для регулирования хода баланса была использована эластичность свиной щетины, ее способность сжиматься и распрямляться под действием определенных сил. В первой фазе колебания баланс ударяется о свиную щетину и она деформируется, во второй фазе свиная щетина, распрямляясь, создает силу, способную регулировать амплитуду колебания баланса в определенных пределах.
      Вторая часть механизма карманных часов представляет собой устройство, обеспечивающее движение стрелок — часовой и минутной (см. рис. 119). Ось Е проходит сквозь весь механизм, и на нее насажена минутная стрелка. На той же оси сидит шестерня Р, воздействующая на колесо Q, а вместе с тем и на шестерню R, которая, в свою очередь, приводит в движение колесо S. Последнее насажено не на вал, а на трубку, свободно надетую на ось минутной стрелки и проходящую сквозь циферблат. На эту трубку насажена часовая стрелка. Триб Р имеет 8 зубцов, а колесо Q — 24; следовательно, Q вращается в 3 раза медленнее оси Е. Далее, триб К имеет 8 зубьев, а колесо S — 32, стало быть, движение последних замедляется в 4 раза. Поэтому трубка с насаженной на нее часовой стрелкой обращается в 12 раз медленнее, чем ось Е с минутной стрелкой. Таким образом, часовая стрелка должна пройти один раз за тот же промежуток времени, за который минутная стрелка успеет совершить 12 оборотов.
      Следовательно, движение стрелки зависит целиком от оси Е. Чтобы иметь возможность передвигать стрелки от руки, предусмотрено устройство, позволяющее двигать их вперед или назад без участия в этом передвижении остального механизма.
      В противоположность гиревому заводу, обладающему постоянным моментом, пружинный завод не обладает этим свойством. По мере развертывания пружины ее момент уменьшается и вызывает неравномерность хода часов. Самым ранним средством, примененным для устранения этого нежелательного явления, было тормозное устройство stackfreed (см. рис. 112).
      Во время завода ходовой пружины ролик тормозного устройства лежит в углублении кулачка, из которого он выходит под давлением ходовой пружины. По мере того как ходовая пружина развертывается, момент пружины уменьшается, ролик изогнутой пружины снова западает в углубление кулачка и вводит некоторое добавочное усилие, необходимое для увеличения момента ходовой пружины.
      Более совершенным средством для уравновешивания момента ходовой пружины является фузея, или улитка, которая состоит из массивного колеса, имеющего вид усеченного конуса С с винтообразной насечкой для цепочки, при помощи которой конус соединен с барабаном. Когда пружина в барабане заведена, вся цепь навита на улитку и работает на ее наименьшем радиусе, и, наоборот, когда слабеет сила упругости пружины при ее постепенном раскручивании, цепь тянет фузею за ее все более расширяющуюся часть. Благодаря этому плечо рычага (им является радиус сечения конуса), на которое действует сила, передаваемая барабаном, увеличивается. В результате крутящий момент, или сила, приводящая в движение часовой механизм от зубчатого венца, сидящего на улитке, остается неизменным и тем самым обеспечивается равномерный ход часов.
      Механизм карманных часов изготовлялся из латуни или стали. Колесная передача состояла из колес и трибов, которых было на одну пару меньше, чем у современных карманных часов. Завод часов был рассчитан на 12 или 16 часов. Первоначально механизм вставлялся в корпус и удерживался посредством маленьких штифтов. Для очередного завода механизм часов мог подниматься на шарнирах или петлях. Карманные часы весьма часто снабжались механизмом боя или будильника, а иногда — календарным устройством, а также устройством для показа фаз Луны.
      Отметим наиболее важные усовершенствования и изобретения, оказавшие влияние на развитие производства карманных часов с 1600 до 1700 г.
      С 1610 г. в качестве средства для защиты циферблата карманных часов вместо наружного металлического корпуса или корпуса из горного хрусталя входит в употребление стекло. В настольных часах стекло стало применяться несколько раньше, чем в карманных часах. В качестве основы для крепления механизма часов с 1630 г. входит в употребление латунная платина. В 1630 — 1664 гг. взамен струны из кетгута начинает употребляться гибкая металлическая цепь. Струна из кетгута была неудобна, она стягивалась при сухой погоде и растягивалась при сырой.
      После 1650 г. на циферблате появилась минутная стрелка. К 1700 г. она становится привычной деталью, хотя без минутной стрелки карманных часов было больше, чем с ней. Секундная стрелка до 1750 г. применялась весьма редко, но на отдельных экземплярах карманных часов она встречалась уже в 1655 — 1690 гг.
      Производство карманных часов в Западной Европе наибольшего развития достигает в 1650 — 1700 гг., особенно в Англии и Швейцарии. Последние к 1700 г. становятся мировыми центрами часового производства. Прежние главные центры часового производства Нюрнберг и Аугсбург в Германии вместе с Францией теряют свое значение.
      Отмена Нантского эдикта в 1658 г. была причиной массовой эмиграции гугенотов из Франции, которые были наиболее пред-
      приимчивыми и способными ремесленниками, особенно в часовом производстве. Это и вызвало временный упадок часовой промышленности в этой стране [175, 330].
      С прекращением торгового пути из Италии через Германию в связи с открытием Нового Света и нового морского пути Нюрнберг и Аугсбург как промышленные и торговые центры постепенно приходят в упадок. Этому же способствовало падение цен на золото и серебро с наплывом драгоценных металлов из Нового Света. Окончательно мощь Нюрнберга и Аугсбурга как центров часового производства была подорвана Тридцатилетней войной (1619 — 1648) [60, 153 — 155].
      В XVIII в. центр часового производства Германии перемещается в Шварцвальд. Часы становятся одним из предметов вывоза.
      Непостоянство силы ходовой пружины, несовершенство шпиндельного хода и баланса со свиной щетиной или балансира фолио в качестве регулятора делали ход часов неточным даже при применении тормозного устройства и фузеи. Некоторые авторы считают, что такие часы были настолько неточны, что употреблялись в основном в качестве механических игрушек для богачей. Однако это явное преувеличение. Автор «Истории хронометра» Р. Гоулд считает, что погрешность хода часов в XVI в. не превышала 15 мин. за день, т. е. эта погрешность была не намного больше погрешности часов с гиревым приводом [129].
      Сложные, особо редкие часы XVI — XVII вв. Кроме настенных, настольных и карманных часов бытового назначения, до нас дошли и часы особо сложного устройства. Это прежде всего двое сходных между собой часов 1625 г. Одни находятся в Лондонском музее компании часовщиков, а другие — в Виенне. Творцом одних из них был Иоганн Шнейдер из Аугсбурга. Часы смонтированы на восьмиугольном основании из золота (рис. 120). На пьедестале — фигуры мальчиков на дельфине. Мальчики поддерживают основные часы, которые имеют цилиндрическую форму и в свою очередь увенчиваются будильником квадратной формы, на котором высятся колонки и навес. Под навесом — фигуры св. Георгия и дракона, а выше — человек в древнеримской одежде. На циферблате основных часов можно отметить широкую ленту с выгравированным на ней годовым календарем с именами святых для каждого дня, узкое минутное кольцо, серебряное часовое кольцо для всех 24 часов, серебряную ленту с выключателями для показания длительности светлых часов дня. Центр циферблата занимает астролябия. Стальная стрелка показывает минуты, золотые — часы и фазы Луны. На обратной стороне часов — шесть маленьких циферблатов, которые показывали дни, недели и месяцы. Общая высота часов — 80 см [114, 33].
      Британский музей имеет часы высотой около 1,5 м, которые были изготовлены в 1589 г. знаменитым Исааком Габрехтом — создателем известных уже нам вторых страсбургских башенных часов. Сохранилось предание, что они были изготовлены Габрехтом для папы Сикста V и являлись уменьшенной копией
      Рис. 120. Особо сложного устройства часы Иоганна Шнейдера из Аугсбурга Рис. 2. Особо сложного устройства часы Габрехта
      больших страсбургских башенных часов (рис. 121). На самом большом нижнем циферблате выгравированы дни праздников и астрономические знаки. Следующий ярус имеет циферблат для показания минут и часов, а также две фигуры: одна приводит в движение косу в руках ангела смерти, а другая — песочные часы, когда отбивается время. Верхний ярус занят группой движущихся автоматических фигур. Все увенчивается петухом, который после боя часов кричит и машет крыльями [114, 35].
      Другие часы Британского музея имеют форму трехмачтового корабля. Они изготовлены Гансом Шлоттом из Аугсбурга в 1580 г. Полагают, что они принадлежали императору Рудольфу II. Циферблат находится у основания средней мачты, а за ним проходит процессия перед сидящим на троне императором.
      В Дрездене находились часы в виде вращающегося шара, которые в 1602 г. были изготовлены для Христиана II Гансом Кен-нингом. В восьмиугольной башне высотой 1,5 м расположены две галереи (рис. 122), между которыми имеется проход, составленный из спирали с 16 витками. Каждую минуту кристаллический шар из верхней галереи спускается по спиральному проходу к нижней галерее, чтобы затем снова быть часовым механизмом, поднятым на верхнюю галерею. Восемь автоматических фигур музыкантов стоят вокруг нижней галереи и играют на своих инструментах. В то же время внутри башни играет орган. Фигуры представляют богов планет, стоящих вокруг верхней галереи, каждую минуту в колокольчик звонит фигура, изображающая Сатурн.
      В противоположность этим богато украшенным часам некоторые представляют интерес с технической точки зрения. В часах, созданных Гансом Кеннингом, для уравновешивания действия ходовой пружины вместо фузеи применено более совершенное устройство [114, 34].
     
      Историко-культурное значение развития механических часов
      Для ранней технической цивилизации Западной Европы главным ведущим изобретением были, конечно, механические часы. Кроме прямого влияния на быт городов, они имели весьма значительное влияние на развитие всей техники. Как первый действительно точный прибор часы сделались образцом точности, а как наиболее совершенное механическое устройство — предметом подражания при устройстве всех последующих приборов.
      К. Маркс при рассмотрении техники мануфактурного, периода в качестве важнейших технических объектов отмечает мельницу и часы. Он писал: «...водяная (ветряная) мельница и часы — это те две унаследованные от прошлого машины, развитие которых уже в эпоху мануфактуры подготовляет период машин» [5, 418]. И в другом месте: «Не подлежит также ни малейшему сомнению, что в XVIII в. часы впервые навели на мысль применить автоматы (а именно, пружинные) к производству» [4, 263].
      Эти обобщения находят полное подтверждение в современных конкретных исторических исследованиях.
      Большинство изобретателей машин в XVIII в. были часовщиками или были близко знакомы с устройством часов. Увлечение в XVII и XVIII вв. часами определялось не только тем, что они имели широкое практическое применение, но и тем, что они заключали в себе принцип автоматизма, который стали переносить на различные объекты фабричной техники.
      Француз Николай Фордж, по профессии часовщик, в 1751 г. изобретает строгальный станок. Аркрайт — изобретатель прядильных машин — был цирюльником и вместе с тем часовых дел мастером по прозвищу «ноттингемский часовщик». Фультон, изобретатель парохода, первоначально был часовщиком. Картрайт — изобретатель механического ткацкого станка — ранее построил модель парохода, колеса которого приводились в движение посредством часового механизма. Харгривс соединял с занятием ткача профессию механика. Он устанавливал водяные и ветряные мельницы, насосы и фонтаны, изготовлял часы [68, 302 — 303]. Гентсман, часовщик по профессии, изобретает тигельный способ получения высококачественной стали для часовых пружин. В России выдающиеся изобретатели машин в XVIII в. И. П. Ку-либин и Л. Ф. Сабакин были также часовщиками.
      Короче говоря, часы являются чрезвычайно важной «машиной» как с точки зрения механической, так и социальной. В середине XVIII в., еще до наступления индустриальной революции, часы делаются уже весьма совершенными и точными. Как первый автомат, примененный для практических целей, и как образец точности, часы неизменно привлекали внимание всех изобретателей. В их устройстве искали ключ к решению многих технических вопросов.
      Льюис Мэмфред не без основания считает, что «триумф механических усовершенствований — триумф регламентации». Если изобретение механических часов, по его мнению, возвестило волю к новому порядку, применение пушек и других огнестрельных орудий в XIV в. выявило стремление к мощи, волю к утверждению сил, то в машинах сходятся вместе как порядок, так и сила [34, 12].
      «Часы... — писал К. Маркс, — дают идею автомата и автоматического движения, применяемого в производстве» [5, 418]. Эта идея механиками XVIII в. также была удачно использована и для создания игрушек-автоматов, которые живо воспроизводили движения животных или человека. Они были изготовлены столь искусно, что при виде их действия забывалось, что имеешь перед собой мертвый механизм.
      Между создателями автоматов особую славу приобрел Дроз (родился в 1721 г. в Шодефоне), изготовивший механического писца, рисовальщика и девушку-музыкантшу. Обмакнув перо в чернильницу, писец заполнял лист бумаги ровными строчками текста. Окончив письмо, аккуратно посыпал его песком — просушивал. Рисовальщик, склонившись над бумагой, не торопясь набрасывал различные силуэты. Окончив одну фигуру, неспеша брался за другую. Девушка-музыкантша играла на клавесине, перебирая клавиши то быстрее, то медленнее и следя глазами за движениями своих рук.
      Знаменитый Вакансон (1709 — 1782) создал флейтиста и утку. Об этих автоматах Вакансона в свое время писали очень много. Игрок на флейте — молодой человек среднего роста. Он дует в флейту, как натуральный флейтист, и вполне правильно устанавливает пальцы. Утка представляла еще более совершенное произведение искусства. Когда механизм заведен, птица встает, машет крыльями, наклоняется к чаше с водой и к зернам, ест, крякает, а через некоторое время после принятия пищи последняя даже выходит из нее в виде кашицы.
      По поводу автоматов Вакансона Маркс в письме к Энгельсу писал: «Можно исторически доказать, что попытки Вакансона... оказали чрезвычайно большое влияние на фантазию английских изобретателей» [4, 263].
      Норберт Винер находит, что XVII столетие и начало следующего было «веком часов»; инженеры того времени были «часовщиками и полировщиками линз». Если развитие автоматов у древних греков не оказало большого влияния на «серьезную философскую мысль», то «совсем иначе обстоит дело с часовым автоматом. Эта идея действительно сыграла важную роль в ранней истории новой философии, хотя мы склонны ее игнорировать» [55, 56 — 58].
      Уже Коперник находил возможным, по аналогии с часами, судить об устройстве мироздания. Философы XVII в. стали прибегать для объяснения механической закономерности физического мира к сравнению ее «с искусственными механизмами, сделанными рукой человеческой: нередко ее сравнивали с затейливым механизмом страсбургских часов» [90, т. 2, 14]. Лейбниц говорил о мире, как о horologium mundi (часовом механизме Вселенной) [90, т. 2, 15]. Роберт Бойль, Коперник прямо уподобляют изучение природы изучению часового механизма, а механизм природы — механизму часов. Поскольку мир аналогичен механизму, говорит Бойль, то при его истолковании следует совершенно отказаться от метафизической философии природы и ограничиться чисто механической стороной дела. Ньютон пошел еще дальше и объявил, что именно эта сторона дела и есть настоящая философия природы. Он рассматривал свою теорию тяготения как аналогичную особому виду механизма, заставляющему планеты двигаться. Эти свои взгляды Ньютон пояснил в письме к Лейбницу: «Понимание движения планет как осуществлявшегося под влиянием тяготения без учета причины тяготения представляет собой такой же прогресс в философии, как и понимание формы часов и зависимости их колесиков друг от друга без знания причины тяготения веса» [97, 100].
      Мир, по мнению философов XVII в., — это как бы большая машина, большой автомат, и все, что в нем находится, все предметы мира — это малые автоматы, заключающиеся в большом, как часть единого мирового механизма.
      Как справедливо указывает Е. Спекторский, «другим и ближайшим последствием уподобления мира механизму было то, что вопрос о механизме Вселенной вызвал вопрос о механике; вопрос о часах вызвал вопрос о часовщике» [90, т. 2, 15]. В этой связи в английской философии получило развитие теологическое учение о боге как механике и часовщике Вселенной, нашедшее свое выражение в деизме. Это несомненное свидетельство влияния техники наряду с механикой на философию.
      В XV — XVI вв. механические часы стали применяться в астрономических обсерваториях.
      В 1471 г. астроном и математик Региомонтан поселился в Нюрнберге и вместе с Бернгардом Вальтером, весьма богатым человеком и любителем астрономии, построил обсерваторию, снабженную превосходными инструментами, которые были изготовлены выдающимися нюрнбергскими механиками. Здесь в 1484 г. впервые были применены к астрономическим наблюдениям механические часы, приводимые в действие гирей. Эти немецкие часы были одними из первых, показывавшими минуты и секунды.
      Датский астроном Тихо Браге на острове Хвен-Зунде построил великолепную по тому времени обсерваторию Ураниборг («Замок неба») с превосходными инструментами, куда со всей Европы стекались ученые и студенты. Для регистрации прохождения звезд по меридиану Тихо Браге использовал двое маленьких механических часов и одни большие стенные; среднее время из их показаний применялось в качестве меры времени при астрономических определениях.
      Иост Бюрги с 1603 по 1622 г. был часовщиком — сначала часовщиком императора Рудольфа II, затем поселился в Касселе. Для кассельской обсерватории он изготовил знаменитые колесные часы [19, ч. 2, 186].
      Выше упоминалось о применении в XVI в. механических часов в истамбульской обсерватории. Однако следует отметить, что эти механические часы не обладали нужной для астрономических наблюдений точностью и постоянством хода. Они нередко давали ошибочное показание времени и требовали ежедневной проверки их хода. Поэтому до изобретения маятниковых часов для астрономических определений времени чаще всего продолжали применять водяные или ртутные часы. Механизм с колесной передачей считали более пригодным для башенных часов.
      Французский король Карл V первый сделал решающий шаг к введению исчисления времени по равным часам вместо «канонических» неравных часов. После установки дворцовых башенных часов де Вика он приказал всем церквам Парижа отбивать по ним часы и четверти часа. Так как на этих часах время отсчитывалось в равных промежутках, новый порядок исчисления времени распространился не только в Париже, но постепенно и в европейских странах.
      В литературе XIV в. уже встречаются упоминания о семидесяти башенных часах, имевшихся в Италии, Франции, Англии, Фландрии и Швейцарии. В XV и XVI вв. они получили всеобщее распространение.
      «День» сначала подразделяли на 24 часа, считая от одного заката солнца до наступления другого. Окончание дня отмечалось 24 ударами колокола. Такой порядок счета времени в некоторых местах сохранялся до 1370 г. и позже. Во второй половине XIV в. постепенно переходят от этого счета времени к подразде-
      лению дня на две равные половины, каждая по 12 часов, с отсчетом от полуночи до полудня и обратно — от полудня до полуночи. Все часы стали равными. Первый час стали считать тотчас после полуночи и полудня. Полдень и полночь пришлись на 12 ч первой и второй половины суток. Переход на этот новый, более рациональный счет времени происходил в различных странах Западной Европы не одновременно: в одних странах — раньше, в других — позже. Подразделение дня на две половины по 12 часов в большей мере отвечало практическим нуждам; при этом счете уже не стало надобности отбивать время 24 раза — нужно было отбивать только 12 раз. Час стал чем-то постоянным. Теперь распределять работу можно было гораздо точнее, чем со старыми изменчивыми часами. Этот переход к новому рациональному счету времени в Западной Европе был завершен в последней четверти XIV в. [37, т. 3,ч. 1,717].
      Счет времени от I до XXIV часов начиная с часа восхода Солнца дольше всего сохранялся в Италии и в некоторых городах Германии.
      Распространение башенных часов и нового счета времени было прямым следствием развития торговли и ремесел в городах Западной Европы в XIV в. Развитие экономики на этой основе усиливало мощь и значение этих городов и способствовало переходу инициативы из рук духовенства к светскому обществу или секуляризации общества.
      Часы одинаковой продолжительности, по которым стал осуществляться счет времени в Западной Европе, называли «городским временем». Однако и при новом счете времени часы продолжали соразмерять и контролировать по истинному солнечному времени, и это продолжалось до появления маятниковых часов. Показания механических часов переводили на солнечное время.
      Даже в первой половине XVIII в., несмотря на большие успехи в усовершенствовании маятниковых часов, имелась недооценка среднего времени; солнечному времени отдавалось предпочтение перед средним солнечным временем. На практике продолжали пользоваться истинным солнечным временем. Необходимо было по равномерно идущим часам, показывающим среднее время, получать неравномерно изменяющееся истинное солнечное время.
      Циферблаты роскошных часов XVIII в. одновременно показывали истинное солнечное и среднее солнечное время. Первое признавалось главным и отмечалось позолоченными стрелками, а среднее время указывалось под надписью: «Для премудрых».
      Сохранению привычки приноравливать счет времени к истинному солнечному времени способствовало еще и то обстоятельство, что в быту в XVI — XVII вв. продолжали применяться не только механические, но и солнечные часы.
      Для облегчения перевода среднего времени в истинное солнечное время существовали таблицы под названием «l’Equation l’Horloge» («уравнение часов»). В России такие таблицы в большом ходу были еще в XVIII в., они печатались в календарях на каждый год; там же давались указания «как боевые и карманные часы ставить исправно».
      В «Санкт-Петербургском календаре» на 1768 г. сказано, «что никакие (механические) часы с Солнцем ходить не могут, но всегда их надобно ставить по солнечному ходу». «Уравнение времени», следовательно, служило для получения часового угла истинного солнца, как и теперь, но цель была разная: тогда истинно солнечным временем пользовались в жизни, теперь же определяют часовой угол солнца, но не живут по солнцу.
     
     
      Часть II
      РАЗВИТИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ХРОНОМЕТРИИ
     
      Глава I РАЗВИТИЕ МАЯТНИКОВЫХ ЧАСОВ
      Со времени изобретения маятниковых часов и часов с регулирующей системой баланс — спираль начинается история классической колебательной хронометрии. Последняя достигла значительного успеха в XVIII — XIX вв. и развивалась вместе с развитием культуры как неотъемлемая часть науки и техники.
      История маятниковых часов берет начало у арабов в средние века. В исторической литературе стало обычным утверждение, что арабский ученый Ибн Юнис в 1008 г. первый стал применять маятник для измерения времени, но остался неизвестным способ его использования [198, 34]. Историю маятника в Западной Европе связывают с трудами итальянских инженеров XV в. Они считали возможным использовать тяжелый маятник для получения возвратно-поступательного движения в насосах [42, 197].
      Ш. Фремонт в трактате «История развития часов» [251] воспроизводит ряд эскизов из рукописей Леонардо да Винчи, иллюстрирующих использование возвратно-поступательного движения маятника тяжелого веса для приведения в действие двойного плунжера насоса. На гравюрах, имеющихся в работе Бессона «1еатр математических и механических инструментов» («Theatre des instruments mathematiques et mecaniques»), опубликованной в Лионе в 1578 г., приводятся и другие примеры использования маятника. Следовательно, является бесспорно установленным, что маятник задолго до исследования его свойств Галилеем применялся в качестве составной части машин. В то же время имеются основания утверждать, что до Галилея маятник использовался не в качестве регулятора механических процессов, а только как исполнительный механизм наряду с другими механизмами.
      Однако идея применения маятника в качестве регулятора шпиндельного хода уже имелась у Леонардо да Винчи (1452 — 1519). В библиотеке Амброзиани в Милане хранится большое количество листков различных размеров, исписанных рукой Леонардо да Винчи. Установлено, что они написаны на рубеже XV — XVI столетия. Они содержат ряд набросков, иллюстрирующих устройство различных механических приборов, часто без какого-либо пояснительного текста. На листке 257 рукой Леонардо на-
      бросан эскиз применения маятника в качестве регулятора хода часов (рис. 123). Вокруг оси намотана веревка с гирей на конце. Видно, каким образом приводится в действие зубчатая передача, а также как осуществляется связь движущей силы со спусковым устройством, но нет никаких объяснений действия спускового устройства и регулирования зубчатой передачи [157, 137 — 138].
      Новонайденные рукописи Леонардо да Винчи «Мадридский кодекс I» и «Мадридский кодекс II» добавили 700 страниц к рукописному наследию ученого. Они открывают новые страницы его творческой биографии, и, что для нас особенно важно, в них имеются новые данные о работе Леонардо над применением маятника в часах. «Мадридский кодекс I» наиболее систематизирован и почти целиком посвящен одной теме — механике, а в ней — внешней баллистике (движению пуль и ядер) и движению маятника, а также детальному анализу и описанию различных машин и механизмов.
      Материалы, содержащиеся в «Мадридском кодексе I», неопровержимо свидетельствуют, что Леонардо положительно решал вопрос о возможности применения маятника в часах. Ученый-исследователь Ладислао Рети на многих страницах «Мадридского кодекса I» обнаружил значительное число записей и рисунков. Тщательно изучив их, он пришел к выводу, что они имеют прямое отношение к применению маятника в часах, с его выводами согласился Сильвио Бедини — один из западноевропейских авторитетов в области истории часовых механизмов.
      Бедини и Рети указывают, что некоторые страницы «Мадридского кодекса I» (л. 9; л. 61, левая сторона; л. 157, левая сторона) содержат материалы, убедительно доказывающие, что у Леонардо были весьма оригинальные идеи относительно использования маятника в часах, намного опередившие исследования в этой области Галилео Галилея. На л. 157 (левая сторона), по утверждению Бедини и Рети, можно видеть — почти за сто лет до Галилея — первый чертеж часового механизма с маятником.
      В статье «Мадридские кодексы. Новонайденные страницы — новые грани таланта Леонардо» Анна Мария Брицио отметила, что эти рукописи можно датировать 1493 г. По ее свидетельству, «Леонардо всегда интересовали часовые механизмы. Он обнаруживает огромные познания и проявляет глубокий интерес к большим часовым устройствам и планетариям, которые в то время существовали в Ломбардии. Особенно его интересовали башенные часы аббатства Кьяровалле недалеко от Милана, а также астрономические часы Джованни де Донди, установленные в библиотеке герцогского замка в Павии. Леонардо сделал множество рисунков наиболее сложных узлов этих механизмов» [191, 14]. В «Мадридском кодексе I» содержится также много иллюстраций, касающихся применения маятника в часах.
      Кроме того, Леонардо наряду с различными типами механизмов анализирует часовые пружины, механизмы с пружинным приводом, зубчатые колеса для передачи движения и т. д. Большое внимание он уделяет проблеме уменьшения силы трения и в связи с этим предлагает ряд интересных решений.
      Теория маятника, разработанная Леонардо да Винчи, основывается на его учении о «естественном» и «вынужденном» движениях и наблюдениях над колебанием маятника. По его мнению, движение маятника является частным случаем движения тела, брошенного в воздух. Тогда «всякое тело стремится упасть по направлению к центру Земли по кратчайшему пути» или имеет тенденцию к естественному движению тел, у которых движение от а до п тем больше, чем оно ближе к завершению. Скорость же насильственного или вынужденного движения (от п до т) тем меньше, чем оно ближе к завершению.
      Своим острым глазом Леонардо усмотрел истинную (по идеальной параболе) траекторию движения брошенных тел и правильно изобразил ее на своих рисунках. Из наблюдений над колебанием маятника он сделал ряд обобщающих выводов. Когда маятник качается, то дуга, по которой он движется к крайней верхней точке, всегда короче той, по которой он двигался вниз, и нисходящая дуга становится все короче с течением времени, т. е. по мере затухания колебания. Кроме того, он заметил, что чем короче становится дуга, тем более однородными становятся колебания маятника, т. е. тем медленнее изменяется период его колебания.
      Начиная с XVII в. имеются сведения о применении маятника в медицине. Так, в одной книге, вышедшей в 1602 г., дано описание особого инструмента, состоявшего из свинцового шара, который врач держал на длинном шнуре. Колебание маятника использовали для измерения пульса.
      Однако свободные затухающие колебания маятника не могут служить для измерения длительных промежутков времени. Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. Сохранились сведения (правда, недостоверные), будто маятниковые часы в 1612 г. изготовил Пост Бюрги из Праги (в настоящее время они хранятся в Венском казначействе) [19, 189]. Бюрги был астрономом и талантливым часовщиком. Однако в конце XVII в. многие часы были реконструированы, так что их современный вид не обязательно соответствует их первоначальному виду.
      Английский часовщик XVII в. П. Вебстер сообщает, что через его руки прошли маленькие стенные часы с маятником, изготовленные в 1656 г. — на год раньше получения Гюйгенсом патента на свои маятниковые часы. Поскольку рукописи Леонардо да
      Винчи находились в библиотеке Аброзиани с 1637 г., то не исключена возможность, что эскизы, касающиеся применения маятника в качестве регулятора хода часов, могли стать известными итальянским часовщикам.
      Таким образом, изобретение маятниковых часов нельзя приписать кому-то одному. Но все же основоположниками теории и практики создания часов можно считать Галилео Галилея и Христиана Гюйгенса.
     
      Теория маятника и маятниковые часы Галилея
      Галилей (1564 — 1642) считается основоположником экспериментального естествознания и современной механики, физики и астрономии. Одним из важных результатов переворота в методике научно-исследовательской работы, произведенного им благодаря введению эксперимента и математического исчисления, было установление точных законов движения тяжелых тел как свободных, так и связанных, в том числе законов колебания маятника.
      По свидетельству Вивиани, первого биографа Галилео Галилея, в 1583 г. 19-летний юноша Галилей, находясь в Пизанском соборе, обратил внимание на раскачивание люстры. Он заметил, отсчитывая удары пульса, что время одного колебания люстры остается постоянным, хотя размахи колебаний делаются все меньше и меньше. Эти наблюдения побудили Галилея приступить к исследованиям, в результате которых он установил главный закон колебания маятника — независимость периода колебания при малых амплитудах. Этот закон, известный под названием изохронизма, имел не только теоретическое, но и большое практическое значение. Галилей сразу понял, какие важные последствия можно извлечь из сделанного им открытия. Первое практическое применение закон получил в медицине. Галилей устроил маятник, длину которого можно было изменять, и находил ту длину, при которой колебания совпадали с биением пульса. Удлиняя или укорачивая маятник, Галилей достигал согласования колебания маятника с биением пульса. Изохронным колебанием маятника, согласно свидетельству Вивиани, Галилей «воспользовался во многих опытах для измерения времени и движений и первый применил его к наблюдению небесных светил» [272, т. 16, 332].
      Исследуя колебание маятника, Галилей установил, что время качаний маятников разной длины пропорционально квадратным корням из их длин. Сам Галилей сформулировал этот закон в книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей...» (1638) следующим образом: «Что касается отношения времени качания тел, подвешенных к нитям различной длины, то промежутки времени относятся между собой,
      как корни квадратные из длин маятников, и, обратно, длины маятников... относятся друг к другу, как квадраты времени качания» [189, т. 2, 190]. Сын Галилея, Винченцо, впоследствии утверждал, что этот закон отец установил уже в 1583 г. в Пизе и при его помощи определил высоту собора.
      Галилей установил также существование независимости периода колебаний маятника от его массы или что маятники одинаковой длины имеют колебания одинаковой продолжительности независимо от того, из какого материала они сделаны — из дерева, камня или металла. Однако Галилей не дал математической формулы для определения периода колебаний маятника. Это было сделано потом Гюйгенсом, которому удалось доказать, что малые колебания физического маятника можно сделать также изохронными, как и у математического маятника.
      Свойство изохронности колебания делало маятник весьма удобным средством для создания часов с таким регулятором. Галилей живо интересовался решением проблемы определения долготы (ему принадлежит идея определения долготы по наступлению моментов затмений спутников Юпитера); он был заинтересован в создании хороших часов для целей механических, физических и астрономических исследований. Галилей, безусловно, не мог упустить из виду практической возможности использования установленного им закона изохронизма колебаний маятника для устройства часов с этим регулятором.
      И действительно, в конце жизни, когда Галилей уединился в Арчетри, он вплотную занялся проблемой определения долготы, а в связи с этим и вопросом применения маятниковых часов, о чем свидетельствует его письмо генеральным штатам Нидерландов от 15 августа 1636 г. Оно было извлечено из национального архива Гааги и опубликовано в 16-м томе трудов Галилея [272] и в 3-м томе собрания сочинений Гюйгенса [284]. «У меня есть, — писал Галилей генеральным штатам, — такой измеритель времени, что если бы сделать 4 или 6 таких приборов и запустить их, то мы бы обнаружили (в подтверждение их точности), что измеряемое и показываемое ими время не только из часу в час, но изо дня в день, из месяца в месяц не отличалось бы на различных приборах даже на секунду, настолько одинаково они шли» [272, т. 16, с. 467].
      Идея Галилея о создании маятниковых часов, высказанная им в письме 1636 г., по-видимому, весьма заинтересовала генеральные штаты Нидерландов. Известно, что ученый по этому поводу вступил с ними в переговоры. Голландская делегация в составе Гортензиуса и Блау посетила Галилея, когда он усиленно занимался разработкой проекта создания маятниковых часов. Генеральные штаты Нидерландов послали в подарок ученому золотую цепь — знак особого внимания.
      В письме от 6 июня 1637 г. к Лоренцо Реалю, бывшему губернатору Голландской Индии, Галилей сообщил об изобретении им особого устройства для счета колебаний маятника, предназначенного для определения долготы. Этот прибор не был собственно часами, а был только счетчиком колебаний маятника. Зубчатое колесо под действием растяжения и сокращения свиной щетины приводилось в движение толчками — зуб за зубом. Щетина в данном случае действовала как храповик с собачкой L106, 39]. По-видимому, Галилей тогда еще не считал для себя возможным взяться за конструирование механизма маятниковых часов, поскольку был убежден, что опытные голландские часовщики сами сумеют решить эту техническую задачу.
      Реаль в то время был членом комиссии, которой голландское правительство поручило рассмотреть предложение Галилея об определении долготы по наблюдению затмения спутников Юпитера.
      Содержание письма Галилея генеральным штатам от 1636 г. с его сообщением о маятниковых часах, идущих из месяца в месяц, определенно свидетельствует, что такие часы тогда уже были задуманы, но еще не были воплощены ни в чертежах, ни в моделях. К конструктивной разработке идеи о своих часах Галилей смог приступить лишь в 1641 г.; на этом пути самым крупным его достижением было изобретение совершенного спускового регулятора хода маятниковых часов. Об этом эпизоде жизни и творчестве Галилея рассказывает его ученик и близкий друг Вивиани.
      20 августа 1659 г. в письме к герцогу Леопольду он сообщил подробности, связанные с реализацией изобретения Галилея в реальной конструкции маятниковых часов. «В один из дней 1641 г., когда я находился в вилле Арчетри, — писал Вивиани, — Галилей поделился со мной своими мыслями о возможности присоединить маятник к часам, приводимым в движение грузом или пружиной, и что маятник, как точный регулятор хода часов, может корректировать до известной степени действие на ход несовершенств механической конструкции. Но, будучи лишен зрения и уже слаб для того, чтобы выполнить план, созревший в его голове, Галилей ознакомил со своими мыслями сына Винченцо в один из его приездов в Арчетри из Флоренции. После этого они не раз обсуждали вопрос о создании реальной модели маятниковых часов: в итоге был составлен чертеж конструкции этих часов. Решено было сразу приступить к делу, с тем чтобы определить могущие быть трудности в этом деле, но которые невозможно заранее предвидеть при теоретической разработке конструкции. Винченцо был против того, чтобы привлекать к этому посторонних ремесленников, из боязни, что они могут разболтать секрет устройства часов для определения долготы еще до представления их герцогу и в генеральные штаты. Поэтому он имел намерения изготовить модель часов собственными руками, но не мог исполнить этого сразу и долго откладывал выполнение работы. Но через несколько месяцев Галилей — автор этого замечательного изобретения — заболел и 8 января 1642 г. умер. После этого события у Винченцо пропал энтузиазм к выполнению модели, и только в апреле 1649 г. он стал работать над ее созданием согласно концепции своего отца, сообщенной ему в моем присутствии... Винченцо Галилей нанял молодого слесаря, который имел некоторый опыт в создании больших стенных часов. Он заставил его делать железную раму, колеса и их оси и оборотные колеса, но без нарезания зубцов. Всю остальную работу по изготовлению часов Винченцо выполнил собственными руками» [272, т. 19, 655].
      «Винченцо не раз демонстрировал, — свидетельствует Вивиани, — мне механизм часов, заключенный между грузом и маятником, как знакомому с существом изобретения Галилея» и могущему, добавим мы, помочь ему советами и по достоинству оценить его работу.
      Винченцо не надолго пережил отца: он скончался 16 мая 1649 г.от острого припадка нервно-психического заболевания. В бреду он уничтожил большое количество часов, или, по словам Вивиани, «остановил их ход навечно»; по-видимому, пострадала и модель маятниковых часов, созданная его руками, но она не была полностью разрушена. В инвентарной описи, выполненной вдовой Галилея, которая умерла в 1669 г., имеется запись: «Железные часы с маятником незаконченные, впервые изобретенные Галилеем». Вот что осталось от трудов Винченцо и что пережило Галилеев — отца и сына — это чертежи конструкции их маятниковых часов.
      Изобретение Галилеем маятниковых часов держалось в строгой тайне, о нем даже не сообщалось в биографии Галилея, написанной Вивиани. Последний счел возможным сообщить об этом изобретении лишь после того, как стало известно об изобретении маятниковых часов Христианом Гюйгенсом. Тогда по сохранившимся чертежам была изготовлена для принца Леопольда Тосканского модель часов Галилея. Одна модель маятниковых часов Галилея хранится в Лондонском научном музее [157, 98].
      На развитие часов проект Галилея оказал мало влияния, так как не был осуществлен в действующей конструкции. Тем не менее идея, заложенная в основу их устройства, была весьма прогрессивной.
      Маятник представлял собой железный стержень с грузом на нем в виде свинцового шара, положение которого можно было регулировать передвижением его по стержню маятника (рис. 124). На валу нижнего колеса намотан шнур с висящим на нем грузом (на рисунке не показан). Движение передается промежуточному колесу, приводящему во вращение ходовое колесо. Последнее насажено на верхнюю ось и снабжено заостренными зубцами, а сбоку по окружности — штифтами, размещенными на одинаковых расстояниях. Ходовое, или храповое, колесо периодически вступает в контакт с маятником посредством спускового механизма, изобретенного Галилеем. Поскольку спусковой механизм обеспечивал свободное колебание маятника и подачу ему одностороннего импульса, то он может быть отнесен к свободному ходу, который, по замечанию Ф. Рело, в XVIII в. вновь был изобретен и применен для хронометров [83, 513 — 514].
      Взаимодействие ходового колеса со спусковым механизмом и с маятником (рис. 125) осуществляется с помощью двух скобок (3, 2), сидящих на оси маятника одна под другой, и, кроме того, изогнутой пружинки 4, выполняющей роль собачки, захватывающей периодически заостренный зуб ходового колеса. При колебании маятника влево верхняя скоба 3, выполняющая роль задвижки, снимет изогнутую пружинку 4 с заостренного зубца ходового колеса. Тогда скоба 2 перехватывает штифт сбоку колеса и ставит его на покой. При движении маятника вправо, когда он достигает среднего положения, скоба 2 отходит от штифта; тогда от поворота ходового колеса, снова пришедшего во вращение, маятник получает импульс для поддержания колебания. Поворот ходового колеса совершается только на один зуб, так как верхняя скоба 3, отойдя вместе с маятником вправо, не будет поддерживать изогнутую пружину 4 и она, спустившись, захватывает следующий зуб. Таким образом, маятник при каждом полном колебании один раз освобождает ходовое колесо и получает односторонний импульс. В данном случае спусковое устройство и ходовое колесо играют по отношению к маятнику чисто служебную роль и самостоятельно (без маятника), в отличие от шпиндельного хода, функционировать не могут.
     
      Маятниковые часы Гюйгенса и теория их устройства
      Христиан Гюйгенс (1629 — 1695) — великий голландский математик, физик и астроном XVII в. Он не только продолжил исследования, начатые Галилеем, но и положил начало развитию новой области механики — динамики системы материальных точек твердого тела в результате исследования физического маятника и конструирования часов с обыкновенным, циклоидальным и коническим маятниками.
      Центральное место в творчестве Гюйгенса занимает мемуар «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium»), изданный в 1673 г. в Париже. Этот труд выходит далеко за пределы, очерченные названием. В нем, кроме описания конструкции изобретенных Гюйгенсом часов с обыкновенным, циклоидальным и коническим маятниками, впервые рассматриваются: учение о центре колебаний физических тел; определение ускорения силы тяжести g посредством наблюдения колебания маятника; предложение о применении длины секундного маятника в качестве единицы длины; теория центробежной силы; механические и геометрические свойства циклоиды; учение об эволютах и эвольвентах. Исследования в области физико-математических наук осуществлялись Гюйгенсом на более широкой, чем у Галилея, основе и касались более сложных научных и технических проблем.
      Своими трудами по хронометрии Гюйгенс внес огромный вклад в науку и технику. С них, как и с трудов Галилея, собственно, и начинается новая история часов — развитие классической колебательной хронометрии. До того часы были мало надежны, а применявшийся в них регулятор хода фолио только задерживал развитие хронометрии. После Гюйгенса часы стали более надежным механизмом, основанным на выводах науки и служащим ей.
      В 1658 г. в Гааге появилась брошюра Гюйгенса «Часы» («Horologium»), где было приведено описание его первых часов с простым маятником. После выхода брошюры ряд лиц выступил с опровержением приоритета Гюйгенса в изобретении маятниковых часов и со ссылками на свои более ранние изобретения или изобретения других лиц.
      О часах Гюйгенса в октябре 1658 г. узнал герцог Леопольд Тосканский и в марте следующего года написал письмо парижскому астроному Буйо, где восстанавливал приоритет Галилея, а в августе переслал ему копию письма Вивиани, поступившего от последнего на его имя 20 августа 1659 г. Содержание этого письма приведено выше. К письму приложен чертеж конструкции часов Галилея. Этот чертеж Альбери поместил в прибавлениях к новому флорентийскому изданию сочинений Галилея. По вопросу о приоритете Галилея у Буйо с Гюйгенсом была переписка. В письме от 2 мая 1659 г. Буйо информировал Леопольда, что Гюйгенс не знал об изобретении Галилеем маятника как регулятора хода часов и что после того, как он узнал об этом из его, Буйо, письма, он более не считает себя единственным изобретателем маятниковых часов и не может приписать себе всю славу этого изобретения. Но считает, что он достоин похвалы уже за то, что пришел к той же идее, что и Галилей, хотя руководствовался только своим собственным умом и ничем другим. В 1660 г. Буйо прислал Гюйгенсу чертеж часов Галилея. В ответ Гюйгенс писал: «Вы доставили мне большое удовольствие, переслав мне чертеж часов, начатых Галилеем. Я вижу, что они имеют маятник... но он применен не так, как у меня. Во-первых, вместо того чтобы использовать ходовое колесо, именуемое коронным колесом, он (Галилей. — В. П.) заменил его значительно более сложным изобретением, во-вторых, он подвешивает маятник не на нитке или узкой ленте, так что весь его груз покоится на шпинделе, который приводит его в движение» [297, 138]. Устройство часов Галилея Гюйгенс находил замечательным и воздавал должное таланту Галилея.
      Гюйгенс, несомненно, начал заниматься проблемой создания маятниковых часов, не зная о достижениях Галилея в этом вопросе, а также о предложении, сделанном им в 1636 г. Генеральным Штатам, применить маятниковые часы для определения долготы. Для этого утверждения сейчас имеются достаточные основания. Хотя устройство маятниковых часов Галилея, особенно регулирующее их устройство, было намного лучше, чем часов Гюйгенса, однако значение и важность изобретения Галилея долгое время оставалось неизвестным. Преждевременная смерть сына Галилея Винченцо помешала довести до конца дело создания часов, Вивиани же, по-видимому, не понял важности мысли Галилея, иначе он не стал бы дожидаться обнародывания изобретения Гюйгенса.
      «За Гюйгенсом, — отмечает Розенбергер, — во всяком случае остается слава независимого вторичного изобретения (достоверно известно, что он не знал о последнем плане Галилея, не знал, вероятно, и об его счетчике) и заслуга первого целесообразного и легко выполнимого устройства часов с маятником, дававшего возможность легко переделывать всякие старые часы на новые» [19, 188].
      Кроме Галилея, как изобретателя маятниковых часов еще до Гюйгенса, указывали на Поста Бюрги. Именно его называет Вольф в своей истории астрономии. Однако тщательная проверка фактов, проведенная Герландом, показала неосновательность подобного утверждения. В числе тех, кто приписывал себе изобретение маятниковых часов более совершенной конструкции, чем часы Гюйгенса, был и Роберт Гук. Но кто бы ни был первым изобретателем маятниковых часов, ясно, что маятник в качестве регулятора хода часов стал входить в широкое применение только после появления трудов Гюйгенса «Часы» [266] и особенно «Маятниковые часы» [267].
      Если в ранней работе Гюйгенса содержится в основном только описание первых маятниковых часов, то в последующей дается и их теория, которая в принципе остается без изменения до сих пор. Эта теория оказалась способной служить рациональной основой для последующего конструирования маятниковых часов.
      Работа Гюйгенса над часами с простым, циклоидальным и коническим маятниками. В брошюре «Часы» приведены чертежи (рис. 126) изобретенных Гюйгенсом маятниковых часов и дано их описание. Здесь речь идет о применении в часах маятника, колеблющегося по круглой дуге в пределах лишь нескольких градусов. Чтобы обеспечить это условие при наличии шпиндельного хода, была применена зубчатая передача между маятником и ходовым колесом. Она выполняла функцию редуктора с соотношением 3:1. Коронное ходовое колесо имело вертикальное расположение, которое в устройстве позднейших часов было заменено горизонтальным расположением. Это мы видим уже в часах, изготовленных Соломоном Костером (рис. 127). Гюйгенс отказался как от вертикального расположения коронного ходового колеса, так и от применения редуктора. Вместо этого были применены металлические щеки особого устройства, которые по замыслу создателей этих часов должны были обеспечить изохронное колебание маятника цо круговой дуге при любом изме цеции амплитуды.
      Рис. 126. Маятниковые часы Гюйгенса 1658 г.
      Рис. 127. Маятниковые часы, изготовленные Костером по проекту Гюйгенса
      При создании часов Гюйгенсу было известно, что колебание маятника с увеличением его амплитуды становится неизохронным и что при применении в маятниковых часах шпиндельного хода получение изохронного колебания маятника или колебания его по круговой дуге в пределах только нескольких градусов является задачей технически трудно разрешимой.
      В маятниковых часах со шпиндельным ходом, какими были часы Гюйгенса (см. рис. 126), практически почти невозможно
      было получить колебания с малым размахом. В этой конструкции, когда маятник Т со шпинделем MN соединяется посредством вилки R и центр подвешивания его S лежит близко к линии опор шпинделя с палетами, имеется большой угол подъема — спуска; он достигает 30 — 40°. Это обстоятельство обусловливает колебание маятника с большим размахом, который в часах Гюйгенса часто достигал 40 — 50°. Вариация хода часов при столь большой дуге была весьма значительной и это, безусловно, отражалось на их точности. При данных условиях для Гюйгенса важно было добиться изохронного колебания при любой дуге размаха маятника. Это вынудило его искать средство, могущее обеспечить изохронность колебаний маятника не только при малой, но и при большой амплитуде. Для решения этой задачи Гюйгенсу «потребовалось укрепить и, где нужно, дополнить учение великого Галилея о падении тел. Наиболее желательным плодом, как бы величайшей вершиной этого учения и является открытое мною свойство циклоиды» [190, 10]. Для того чтобы найти эту кривую, Гюйгенс вынужден был проводить тщательно подготовленные опыты, основанные на сравнении изученного им падения маятника по круговой дуге с падением тел, скатывающихся по круговому пути под влиянием тяжести. Он стремился найти такую кривую, движение по которой могло бы происходить независимо от высоты падения и всегда за одно и то же время. Единственной кривой, удовлетворяющей этому условию, оказалась циклоида с горизонтальным основанием и вершиной, опущенной вниз. Открытие Гюйгенсом свойства циклоиды, как «кривой с равным временем» или обладающей свойством таутохронизма при действии силы тяжести, и было им использовано для создания часов с циклоидальным маятником (рис. 128).
      Кроме того, Гюйгенс доказал, что для одного ниспадания и одного восхождения, т. е. для одного качания по циклоиде ЛВС, нужно столько времени, сколько его требуется для свободного падения тела Р по длине оси циклоиды DB, а оно равно отношению окружности к своему диаметру. Этим определялась не только линия равных времен, какой является циклоида, но и средство вычислять количество колебаний как кругового, так и циклоидального маятника по его длине. Далее Гюйгенс геометрически вывел общеизвестную формулу T=2nl!g для определения периода колебаний математического маятника при малой амплитуде [190, 238]. В теоретической механике эта формула выводится с применением высшей математики.
      Часы Гюйгенса с циклоидальным маятником. Установив, что кривая развертывания циклоиды есть тоже циклоида2, Гюйгенс подвесил маятник на нитях и поместил по обеим их сторонам
      1 См.: Сомов П. О. Основание теоретической механики. СПб., 1904, с. 300.
      2 Развертка (эволюта) циклоиды есть тоже циклоида, если начало развертывания взять в вершине циклоиды.
      циклоидально изогнутые металлические щеки (рис. 129) таким образом, чтобы при его качании нити ложились по этим кривым поверхностям. Тогда, действительно, описывая циклоиду, маятник мог иметь равномерный ход при любом изменении амплитуды. Для построения циклоидальных щек Гюйгенс изобрел шаблон, пользуясь разработанной им теорией эволюты и эвольвенты.
      В первых часах с циклоидальным маятником, изготовленных Костером, когда еще не было такого шаблона, Гюйгенс находил кривые, соответствующие циклоиде, опытным путем. Часы, снабженные циклоидальным маятником, имеющие большую амплитуду, Гюйгенс считал наиболее пригодными для мореходства. Они, по его мнению, менее подвержены влиянию корабельной качки, чем маятниковые часы с малой амплитудой.
      Описание часов с циклоидальным маятником (рис. 130) дано Гюйгенсом в мемуаре «Маятниковые часы». Их маятник состоял из металлического стержня с тяжелой сферой X и движком А для регулирования периода колебаний. Стержень маятника был подвешен на нитях между двух направляющих в виде изогнутых пластинок (щек).
      Часы Гюйгенса представляли собой соединение маятника со старым шпиндельным ходом, т. е. с механизмом, способным функционировать и без маятника. Маятник как бы подвешен уже на готовый механизм. В отличие от устройства шпиндельного хода, применявшегося в догюйгенсовых часах, в часах Гюйгенса шпиндель и ходовое колесо смонтированы на взаимно перпендикулярных осях, т. е. шпиндель расположен горизонтально, а ходовое колесо — вертикально.
      Маятник совершал колебания под действием вилки S, соединенной с горизонтальным шпинделем М. На оси этого шпинделя имелись палеты LL, которые могли попадать в промежуток между зубьями колеса К. Это ходовое колесо было связано посредством зубчатой передачи с источником энергии (с потенциальной энергией поднятой гири, подвешенной на конце шнура, обернутой вокруг оси D). Маятник при каждом своем колебании мог освобождать ходовое колесо К и одновременно получать импульс от него. Маятник сам определял момент, когда требуется доставка энергии для получения импульса, и в этом заключается сущность обратной связи, которая впервые появилась в часах из-за применения маятника. Благодаря этому часы Гюйгенса обладали собственным периодом колебания в отличие от догюйгенсовых часов.
      Ход часов Гюйгенса был несвободным, так как маятник находился в постоянной кинематической связи с ходовым колесом. При несвободном ходе маятник мог получать неравномерные по силе толчки. В этом недостаток шпиндельного хода, примененного в маятниковых часах Гюйгенса. Труды Гюйгенса по теории циклоидального маятника имели значение не столько в области хронометрии, сколько для разработки в механике вопросов ди-
      Христиан Гюйгенс
      намики. Для создания точного хода маятников решающее значение имело не применение циклоидальных щек, а применение анкерного хода, обеспечивавшего колебание маятника по короткой дуге. После Гюйгенса циклоидальный маятник не стал применяться в хронометрии.
      У циклоидального маятника имелись недостатки, которые превышали его достоинства: щекам трудно придать точную кривизну циклоиды; нити вследствие жесткости не вполне прилегают к щекам, так что центр тяжести маятника не движется по циклоиде. Отрицательное влияние оказывают также оседание на нитях пыли, влажность и, наконец, сопротивление воздуха.
      После введения анкерного хода в маятниковых часах сама собой отпала необходимость использования циклоидальных щек. Они в этом случае являются лишним усложнением конструкции часов.
      Задачу о движении математического маятника Гюйгенс ре шил для того, чтобы перейти к более сложной задаче — к изучению физического маятника. При этом требовалось рассматривать маятник не как математическую точку, подвешенную на невесомой нити, а как систему материальных точек твердого тела.
      Исследуя колебание физического маятника, Гюйгенс пришел к выводу, что его центр качания не может быть математически строго определен, если неизвестен закон, по которому отдельные его части, испытывая действие силы тяжести, взаимно изменяют свое движение в каждое мгновение. Этот закон можно сформулировать так: центр тяжести масс, входящих в. состав маятника, при качании его не может подняться ни выше, ни ниже, чем та высота, с которой он спустился, все равно, будут ли эти массы связаны между собой или свободны.
      Этот принцип Гюйгенс называл «великим принципом механики». В настоящее время он может быть понят и истолкован с точки зрения закона сохранения энергии. В изолированной колебательной системе маятника количество энергии то в виде потенциальной, то в виде кинетической не теряется и не возникает вновь. Сколько было получено при падении маятника за счет силы тяжести, столько же затрачивается при его подъеме. Таким образом, Гюйгенс в свое время подошел к установлению соотношения между потенциальной и кинетической энергией системы материальных точек в поле силы тяжести, или закона сохранения энергии для данного частного случая.
      Действие этого закона на колебание физического маятника Гюйгенс излагает следующим образом: «Представим себе, что маятник из нескольких маятников различного веса (массы. — В. П.) выведен из состояния покоя и, после того как он совершил какую-то часть целого колебания, разделен на составные маятники, которые с полученной скоростью двигаются обратно и поднимаются до той или другой высоты; общий их центр тяжести вернется до той же высоты, на которой находился раньше до начала колебания» [190, 124].
      Всякий физический, или сложный, маятник условно можно допустить, по Гюйгенсу, состоящим из множества математических маятников с общей осью вращения (подвеса); каждый на своих концах несет массу, из которой и состоит физический маятник. Если бы эти материальные частицы были свободны и не связаны взаимным сцеплением, то каждая из них могла бы подниматься на разные высоты и в различные промежутки времени в зависимости от длины маятника. Но поскольку физический маятник является твердым телом, то и каждая материальная его частица принуждена двигаться вместе с другими по одной и той же траектории; причем верхние частицы ускоряют движение нижних, а нижние замедляют движение верхних. Очевидно, можно найти такую точку, для которой ускорение от верхних частиц и замедление от нижних одинаковы. Эта точка называется центром качания. Он будет двигаться как единая система материальных точек.
      Этот центр, по Гюйгенсу, находится на линии, перпендикулярной к оси вращения и проходящей через центр тяжести маятника, и удален от этой оси на определенное расстояние, которое может быть найдено по формуле
      где L — приведенная длина физического маятника; пги га2,... — масса или вес отдельных частей маятника; ги г2,... — расстояния их от точки подвеса маятника; ри р2,... — расстояния от точки подвеса до центра тяжести маятника. Точка, лежащая на геометрической оси маятника на расстоянии L от точки подвеса,
      называется центром качания маятника. Он лежит несколько ниже центра тяжести маятника.
      Сам Гюйгенс следующим образом характеризует возможность перехода от закона колебания простого маятника к закону колебания физического маятника: «Дан маятник, состоящий из произвольного числа частей, множат вес каждой части на квадрат ее расстояния от оси колебаний. Если сумму этих произведений разделить на произведение, получающееся от умножения общего веса всех частей на расстояние общего центра тяжести от той же оси колебаний, то получится длина простого маятника, изохронного с данным сложным, или расстояние между осью колебаний и центром качаний сложного маятника» [190, 130].
      Можно сказать, Гюйгенс заменил физический маятник математическим, длина которого равняется расстоянию от точки подвеса до центра качания, и доказал, что колебание физического маятника совершается по тому же закону, что и колебание математического маятника. Вследствие этого период колебания физического маятника можно определять по той же формуле Г=2яу?, которую Гюйгенс нашел для периода колебаний математического маятника, с тем отличием, что величина I в этой формуле равна L — приведенной длине физического маятника.
      Гюйгенс доказал, что центр качания и точка подвеса обладают свойством взаимной переместимости, т. е. если подвесить маятник за центр качаний, то старый центр подвеса станет новым центром качания физического маятника. На этом свойстве основано устройство оборотного маятника (предложен Катером в 1818 г.), при помощи которого легко определяется приведенная длина физического маятника.
      Гюйгенс был удовлетворен результатами своих исследований колебания физического маятника и не оценил новых возможностей, представившихся в связи с открытием дифференциального и интегрального исчисления, о котором ему сообщил Лейбниц. В своих выводах Гюйгенс опирался на понимание массы, как ряда отдельных точек, без выяснения возможности перехода к понятию массы, непрерывно заполняющей пространство, к твердому телу. Единственно полноценный способ решения этого вопроса дает только интегральное исчисление.
      «Непрерывную массу, — писал Лагранж в «Аналитической механике», — следует представлять себе не в виде бесконечного множества рядом лежащих точек, но в согласии с духом анализа бесконечно малых, в виде целого, составленного из бесконечно малых элементов, обладающих теми же свойствами, как сама масса» [70, 114].
      Для истолкования массы непрерывного тела нужно иметь в виду не сумму отдельных его составляющих, но предел суммы, т. е. интеграл, и если ясно оговорить, что под знаком интеграла разуметь не определенную точку, обладающую массой, но массу элемента объема — дифференциал всей массы. Причем предел суммы не зависит от способа разложения тела на элементы объема.
      После Гюйгенса теория маятника развивалась под знаком всестороннего применения выводов дифференциального и интегрального исчисления. Поскольку точное исследование колебаний маятника ведет к эллиптическим функциям, элементарный вывод формулы маятника — нелегкая задача. Как известно, с эллиптическими интегралами впервые столкнулся Леонард Эйлер.
      Часы Гюйгенса с коническим маятником. Заключительную часть мемуара «Маятниковых часов» Гюйгенс посвятил описанию конструкции часов с коническим маятником и теоремам о центробежной силе, которые приводятся им без доказательства. Доказательства содержатся в отдельной работе — «О центробежной силе», написанной в 1659 г., но вышедшей только в 1703 г. — через восемь лет после смерти ученого. Эта теоретическая работа вместе с практическим приложением содержащихся в ней основных выводов для создания конического маятника вошла в золотой фонд теоретической и прикладной механики. Для Гюйгенса центробежная сила вовсе не фиктивная, а вполне реальная сила той же природы, что и сила тяжести. Иначе она не попала бы в поле его зрения и не стала бы предметом его специальных исследований.
      Центробежная сила развивается при движении тела по криволинейной траектории и происходит вследствие того, что инерция благодаря ранее приобретенному движению направляет тело по прямой, а не по кривой, на которой тело, однако, удерживается действием центростремительной силы. Стремление тела сойти с криволинейной траектории и продолжать движение по прямой (по касательной относительно кривой) и составляет центробежную силу. Она измеряется произведением массы точки на квадрат скорости, деленной на расстояние точки от оси вращения: Рцб = ти2г. Эту формулу установил Гюйгенс.
      Заменяя линейную скорость точки v угловой со (у = сог), получим: 7цб=тго)2. Следовательно, при данной угловой скорости центробежная сила возрастает пропорционально расстоянию точки от оси вращения.
      Для хронометрии практически особенно важным является равномерное движение тел по окружности. В этом случае величина скорости (линейная скорость) остается неизменной, меняется лишь направление движения благодаря действию непрерывной и постоянной по величине силы, направленной всегда к центру окружности и придающей движущемуся телу постоянное ускорение. Его называют центростремительным. По величине оно равно центробежному.
      Применение в часах конического маятника вытекает из возможности осуществления равномерного его движения по окружности под воздействием центростремительных и центробежных рцл. Именно на этом принципе Гюйгенсом и были в 1659 г, qq-
      зданы часы с коническим маятником. Описывая их, ученый отмечает, что конический маятник совершает движение «по окружности круга» столь же равномерно, как и обычные маятники. Секундная стрелка имеет непрерывное движение по окружности, без скачков. Часы с таким маятником обладают бесшумным и равномерным ходом [190, 206]. Но такие часы было трудно изготовить, потому они не получили широкого распространения.
      Конический маятник, вращающийся вокруг центральной оси 00 (рис. 131), проходящий через точку подвеса О и описывающий коническую поверхность, представляет собой нить длиной
      с грузом А весом Р на одном из его концов. Гюйгенс придумал остроумный способ подвески исходя из тех же математических соображений, что и в случае выбора подвески для циклоидального маятника.
      Для того чтобы груз, подвешенный на нити, мог равномерно вращаться по окружности, нужно центробежную силу увеличивать пропорционально увеличению радиуса от центра вращения. Это может быть достигнуто путем увеличения линейной скорости пропорционально корню квадратному из увеличения длины радиуса (или длины маятника).
      С увеличением линейной скорости (при постоянном радиусе) центробежная сила возрастает в квадрате. При надлежащем выборе скорости и угла а груз, двигаясь равномерно, будет описывать горизонтальные окружности вокруг вертикали 00 проходящей через точку О прикрепления нити, причем время полного оборота должно быть постоянным, как время колебания математического маятника.
      В 13 тезисах о центробежной силе, изложенных Гюйгенсом в 5-й части «Маятниковых часов», основным является вопрос об определении периода колебаний конического маятника.
      При решении этой задачи следует учесть, что маятник, отклоненный от положения равновесия на известный угол а, снова стремится приблизиться к этому отвесному положению с силой g sin а. Эта величина уменьшается по мере уменьшения угла а и обращается в нуль, когда а=0. Следовательно, эта сила непостоянна. При известном или заданном угле а маятнику сообщают подходящую линейную скорость с таким расчетом, чтобы равнодействующая Р — веса груза и центробежной силы — имела направление нити ОА, образующей с вертикалью угол а. Тогда нить, соединяющая точку ее подвеса с грузом на ее конце, будет описывать коническую поверхность, совершая равномерное движение по окружности.
      Для определения периода колебания конического маятника введем обозначения: I — длина маятника, а — угол отклонения, г — расстояние от оси вращения, с — длина окружности, 5 — линейная скорость, F — центробежная сила. Силу, стремящуюся вернуть гирю в отвесное положение, примем равной mg sin а (или равной центробежной силе F, умноженной на cos а).
      Время оборота вращающегося маятника обратно пропорционально корню квадратному из ускорения силы тяж-ести. С увеличением силы тяжести сила, стремящаяся вернуть гирю в отвесное положение, увеличивается во столько же раз, во сколько увеличивается сила тяжести. Чтобы гиря при этом условии описывала круг, необходимо силу, отклоняющую ее, или центробежную силу, соответственно увеличить путем придания маятнику скорости вращения, пропорциональной корню квадратному из ускорения силы тяжести. Время оборота маятника не зависит от массы, если учесть, что как сила притяжения земли (а следовательно, сила, стремящаяся вернуть гирю в отвесное положение), так и центробежная сила (а следовательно, сила, отклоняющая гирю) одинаково пропорциональны массе гири.
      Физический вращающийся маятник подчиняется тем же законам, что и математический. Используя соответствующее механическое устройство, конический маятник можно применять в качестве регулятора хода часов; описание одних таких часов приведено в труде Гюйгенса «Маятниковые часы» вместе с теоремами «О центробежной силе» [190, 206 — 210]. Конические маятники могут успешно применяться как регуляторы хода во многих приборах, где требуется воспроизводить абсолютно плавное или равномерное движение.
      Морские часы Гюйгенса. Конструируя маятниковые часы и создавая теорию их устройства, Гюйгенс стремился сделать их пригодными для определения долготы. Эту задачу он ставит уже в самом начале своих работ над маятниковыми часами. 12 января 1657 г. он писал Схоутену: «На днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность определения при ее помощи долготы, даже если придется везти их по морю».
      Об интересе к измерению долготы при помощи часов свидетельствует и письмо Ньютона от 18 мая 1669 г. к Астону: «Служат ли, — спрашивает он, — стенные часы к определению географической долготы?»
      В 1661 г. Христиан Гюйгенс сконструировал часы, специально предназначенные для мореплавания. Чтобы они могли насколько возможно сохранять свое вертикальное положение при качке корабля, их установили на кардановом подвесе (рис. 132). Часы имели отдельные циферблаты для минут, секунд и часов.
      Маятнику этих часов была придана форма равнобедренного треугольника, в вершине которого подвешен свинцовый груз (линза) 11. Между щеками 10у изогнутыми по циклоиде, подвешены две другие нити с грузиками 9. Перемещая грузики, можно регулировать период колебания маятника. Маятник короткий (24,2 см) и полусекундный. Основание маятника 8 проходит через вилку и ею же поддерживается в движении. Вилка связана со шпинделем и сидящими на нем палетами, которые периодически вступают в контакт с коронным колесом 7.
      Механизм морских часов Гюйгенса, приводимый в действие от ходовой пружины, был снабжен особым устройством, позволявшим осуществлять завод в каждые полминуты на ходу и вместе с тем обеспечивать передачу коронному колесу импульсов постоянной силы.
      Это устройство представляло собой промежуточный двигатель, который был присоединен к оси секундного колеса. Роль заводной пружины сводилась к периодической подзаводке промежуточного двигателя посредством замкнутой цепи. Она приводилась в движение гирями вокруг четырех блоков. Гиря 1 при опускании осуществляла передачу импульса ходовому колесу шпиндельного хода, а гиря 2 как противовес служила для натяжения цепи (рис. 133). После поворота стопорного рычага 3 и освобождения стопорного колеса 4, снабженного храповиком 5, гиря 1 могла опускаться до определенного положения и передавать ходовому колесу постоянные по величине импульсы. Обратный подъем этой гири мог осуществляться благодаря тому, что секундное колесо 6 было связано с пружинным двигателем и могло приводить во вра-тние стопорное колесо 4. Гиря 1 при подъеме приводила в определенное положение рычаг Зу останавливая тем самым всю колесную передачу. Опускание и подъем гири повторялись снова и снова.
      Устройство для стабилизации импульса, примененное Гюйгенсом, явилось предшественником всех промежуточных двигателей, предлагавшихся потом в качестве стабилизаторов импульса.
      Результаты испытаний морских часов Гюйгенса, Сюлли, Дютерта. Гюйгенс возлагал большие надежды на свои морские часы, брал патенты в разных странах, организовывал их испытания на суше и на море.
      Результаты этих испытаний морских часов с маятником Гюйгенса в конечном счете показали, что они вели себя весьма сносно при хорошей погоде, но при плохой их показания были ненадежными. Маятник часов лишен был какой бы то ни было температурной компенсации, а потому был подвержен влиянию температуры. Кроме того, было установлено, что показания двух маятников одинаковой длины при разных широтах неодинаковы, так как периоды их колебания обратно пропорциональны квадратному корню из ускорения силы тяжести. У полюсов маятник колеблется быстрее, чем на экваторе, где ускорение меньше, чем у полюсов. Уменьшение силы тяжести на экваторе было замечено в 1672 г. французским астрономом Жаном Рише во время его путешествия в Южную Америку. Таким образом, изобретение маятниковых часов не разрешило проблему определения долготы на море.
      В докладной записке Королевской академии наук в 1679 г. (через четыре года после изобретения им баланс-спирали в качестве регулятора часов) Гюйгенс предложил испытать часы с этим регулирующим устройством вместо маятниковых часов. Испытание не дало положительных результатов. Баланс-спираль в этих часах не имел температурной компенсации, поэтому ход часов был подвержен влиянию температурных изменений (в 18 раз большему, чем в маятниковых часах!).
      Хотя в результате произведенных испытаний часов Гюйгенса в конечном счете была установлена бесперспективность применения маятниковых часов в качестве морских часов, впоследствии все же был сделан еще ряд попыток использовать принцип устройства маятниковых часов для этой цели. В 1720 г. голландский часовщик Масси получил премию Парижской академии наук за опубликование способа использования маятника на море, но это предложение не имело практического использования.
      Следующий шаг в создании морских маятниковых часов был сделан Генри Сюлли (1680 — 1728) — учеником знаменитого английского часовщика Георга Грагама. Ньютон и Врен обратили внимание Сюлли на исключительную важность создания совершенных морских часов, но он этим вопросом занялся в Париже лишь в конце своей жизни.
      Получение Масси в 1720 г. премии Парижской академии наук было тем дополнительным обстоятельством, которое обратило внимание Сюлли на полезность занятий морскими часами. После испытания первых своих морских часов Сюлли в 1724 г. представил их в Академию наук. Описание часов с подробными заметками были посланы Георгу Грагаму. Замечания последнего Сюлли опубликовал в своей работе «Описание вновь изобретенной конструкции часов для точного определения времени на море» (1726) [299].
      На рис. 134 показан механизм одной из поздних моделей часов Сюлли, которые были более усовершенствованы по сравнению с его первыми часами.
      В обеих моделях — ранней и более поздней — в качестве регулирующего устройства применен весовой рычаг, который практически представлял собой горизонтальный маятник, соединенный с балансом посредством гибкой струны, ограниченной двумя криволинейными щеками. Сюлли придавал большое значение получению точной формы этих щек, якобы неизвестной до него геометрам и обладающей свойством придавать рычагу и балансу изохронные колебания. При колебании баланса в ту и другую сторону от мертвой точки горизонтальный рычаг претерпевал соответствующие движения. Теоретически Сюлли допустил, что данное устройство может обеспечить точно изохронное колебание, подобно маятнику, совершающему свои колебания по циклоиде, или же балансу, регулируемому спиральной пружиной, не подверженной температурным влияниям. Сюлли считал, что его регулирующее устройство не является обычным маятником и что оно не подвержено влиянию изменения широты места, как это свойственно обычному маятнику. Последнее заключение, основанное на смешении понятия массы маятника с его весом, было ошибочным. Если масса остается неизменной на всех широтах, то в отличие от нее вес изменяется с изменением ускорения силы тяжести, различной для различных широт; вместе с этим изменяется и время колебания маятника, которое обратно пропорционально корню квадратному из ускорения силы тяжести. Этот источник погрешности был бы не столь важен, если бы он не оказывал влияния на колебание горизонтального маятника (стало быть, на всю регулирующую систему часов Сюлли) и движение корабля; а это влияние имелось и было весьма значительным. Под влиянием бортовой и килевой качки судна действие горизонтального маятника на ход баланса становилось иным под влиянием приобретенной при этом инерции, менялось и натяжение струны, а отсюда — и величина силы, действующей на ход баланса.
      В 1726 г. были произведены испытания на море одних из последних маятниковых часов, улучшенных Сюлли по заданию Парижской академии наук. Первые испытания производились в относительно спокойных водах Горонны; часы в течение почти полусуток плавания показали отставание на 2,5 с на каждый час по сравнению с тем, как они шли на берегу. Во втором испытании, производившемся во время шторма, изменение хода также было незначительным. Заключение комиссии Академии наук было для Сюлли обнадеживающим.
      Совсем иные результаты показало третье испытание часов, проведенное в открытом океане. Оно было плачевно, так как выявило полную непригодность часов Сюлли для использования на море.
      В 1726 г. была сделана еще одна попытка создать морские часы, но не с одним, а с двумя маятниками. Их изобретателем был французский часовщик Дютерт; однако испытание и этих часов, произведенное на море, тоже показало их непригодность.
      Усовершенствование хода маятниковых часов в Англии после Гюйгенса
      Маятниковые часы Гюйгенса были введены в Англии в 1659 г. Английские часовщики скоро разгадали причину непостоянства хода этих часов. При наличии шпиндельного хода нельзя было добиться изохронного колебания маятника, т. е. колебания его при малой дуге в пределах 2 — 3° (даже при применении особых средств для ограничения амплитуды колебания маятника). Было установлено, что длинный и тяжелый маятник, менее подверженный случайным нарушениям хода и колеблющийся при малой дуге, более пригоден для создания часов, чем короткий и легкий, применение которого и было возможно только при сохранении в часах шпиндельного хода. Отсюда появилась проблема создания такого хода, который мог бы обеспечить применение в часах длинного и тяжелого маятника, колеблющегося при малой дуге. С 1660 г. над решением этой проблемы начал работать Роберт Гук (1635 — 1703) в Королевском обществе.
      Отличный от шпиндельного новый анкерный ход для маятниковых часов был изобретен в Англии перед 1671 г. Часы с таким ходом и с длинным, тяжелым маятником, которые сохранились до нашего времени, были изготовлены Вильямом Клементом в 1671 г. (теперь они находятся в Лондонском научном музее) [174].
      В литературе между тем изобретени-е часов с анкерным ходом, с длинным и тяжелым маятником часто приписывается только Клементу, даже без упоминания имени Гука, что явно несправедливо. На это, в частности, указывает биограф Гука Маргарет Эспинассе: «Одно только можно сказать, — пишет она, — что для изобретения анкерного хода больше шансов и возможностей было у выдающегося механика — ученого того века, который на практике доказал свою способность решать проблему создания часов с маятником, совершающим свое колебание при малой амплитуде. Многих, однако, приводит в смущение тот факт, что в „Дневнике" Гука нет упоминания об изобретении им анкерного хода. Хотя это действительно так, но следует учесть, что с 1675 г. мысли Гука были всецело сосредоточены на разработке конструкции карманных часов с балансом и спиральной пружиной. Это явилось предметом его спора с Ольденбургом, что наделало много шума в Королевском обществе» [250, 63].
      После изобретения в Англии анкерного хода там были достигнуты значительные успехи в создании точных маятниковых
      часов, благодаря чему английские часы приобрели мировую славу. Многие часовщики, особенно Томас Томпион и Георг Гра-гзм, уже при жизни пользовались большой известностью, состояли членами Королевского общества.
      Ранний этап анкерного хода (крючковый ход). Анкерный ход в маятниковых часах впервые был практически применен в 1670 г. английским часовщиком Вильямом Клементом (1640 — 1696). Маятник имел длину 9,5 м и делал 48 колебаний в минуту. Томас Томпион (1638 — 1713), которого по справедливости считают «отцом» английского часостроения, использовал анкерный ход для устройства двух своих маятниковых часов, предназначенных для королевской обсерватории, открытой в 1676 г. в Гринвиче. Они имели маятник длиной около 4 м, а период колебания — 2 с. Впоследствии практически было установлено, что лучше всего изготовлять маятник с секундным периодом колебания.
      Анкерный ход, который был применен в часах Клемента, известен также под названием крючкового хода (рис. 135). Здесь ходовое колесо 1 приняло уже современную форму с зубцами, расположенными по направлению радиусов. Эти зубцы ограничены с одной стороны радиальной плоскостью, а с другой — слегка вогнутой поверхностью, с тем чтобы при работе хода зубец мог действовать лишь своим острым концом, не касаясь якоря другими частями. Шпиндель с палетами заменен в крючковом ходе Клемента якорем 2, жестко посаженным на ось вилки маятника и взаимодействующим с зубцами ходового колеса. По форме якорь напоминает скобу с плечами, оканчивающимися двумя наклонными плоскостями (3 и 4), у которых на концах имеются импульсные поверхности, или палеты, с которыми зубцы ходового колеса могут вступать в контакт. Палеты по их положению относительно ходового колеса называются входной (3) и выходной (4). Действие крючкового хода на колебание маятника обусловливалось двумя движениями — вращательным движением ходового колеса и колебательным движением якоря, вызываемым действием маятника. Поскольку якорь имеет форму скобы и состоит из цельного куска, то при отодвигании одного его плеча от ходового колеса другое, противоположное, приближается к ходовому колесу. Вследствие этого концы якоря, или палеты, могли попеременно входить в контакт с зубцами ходового колеса и прерывать его движение.
      На рис. 136 показано взаимное расположение палет и зубцов ходового колеса при действии крючкового хода и маятника. Положение хода 1 соответствует такому моменту его работы, когда зуб ходового колеса только что упал на входную палету а. В этот момент маятник начинает свое дополнительное колебание, а при продолжении его увлекает за собой якорь, который затем поворачивается вокруг своего центра качания на определенный угол. Зуб ходового колеса будет при этом скользить по палете, преодолевая трение (положение 2). Ходовое колесо при этом слегка повернется назад. Отход назад произойдет потому, что так называемая поверхность покоя палеты ограничена дугой, центр которой не совпадает с осью вращения якоря. Когда маятник начнет свое колебание налево, зуб будет перемещаться с поверхности покоя на поверхность импульса и вместе с тем начнется постепенное освобождение палеты из-под зуба, так как якорь выталкивается кверху (положение 3). Этим самым маятнику сообщается импульс, который будет продолжаться до тех пор, пока зуб не спадет с входной палеты а. После этого колесо свободно и быстро повернется на небольшой угол, пока зуб его не упадет на выходную палету b (положение 4), и на ней повторится весь цикл аналогично описанному выше процессу на входной палете а.
      Поднимаясь то одним, то другим плечом, якорь позволяет ходовому колесу подвигаться вперед на V2 зуба, а за весь период колебания маятника — на 1 зуб.
      Изобретение крючкового хода дало возможность, во-первых, применять более тяжелый и длинный маятник, чем при шпиндельном ходе :при той же самой силе завода, и, во-вторых, явилась возможность значительно уменьшить амплитуду колебания маятника без применения каких-либо дополнительных средств. Другой крупной заслугой Клемента следует считать изобретение пендельфедера со стальной пружиной взамен шелкового подвеса. Часы, снабженные крючковым ходом и пендельфедером, имели очень хороший ход по сравнению ео шпиндельным ходом.
      На рис. 137 изображены башенные часы В. Клемента (1671 г.) и его же напольные часы (1685 г.) (рис. 138). Они снабжены секундным маятником и крючковым ходом.
      После Клемента крючковый ход получил применение также в часах с коротким маятником и со сравнительно большой амплитудой (порядка 10 — 15°). При такой амплитуде неизохронно-сти маятника получаются уже довольно большие погрешности хода часов и крючковый ход в значительной мере их исправляет.
      Анкерный ход Грагама для маятниковых часов. Для весьма точных маятниковых часов нельзя допускать отхода назад ходового колеса. Этому требованию соответствует улучшенный анкерный ход, изобретенный в Лондоне в 1715 г. учеником Томпио-на — Георгом Грагамом (1678 — 1751). Изобретение этого хода отмечает весьма важный шаг в развитии хронометрии: благодаря ему было достигнуто не только устранение отхода назад ходового колеса, но и последующее уменьшение амплитуды колебания маятника и ненужных сопротивлений. Исключительно высоким часовым мастерством Грагама были созданы часы с точностью хода 0,1 с. В течение почти двух столетий после Грагама его ход остался лучшим и применялся для создания астрономических часов, т. е. часов, используемых в астрономических обсерваториях, пока в 1890 г. не появились часы Рифлера почти со свободным ходом.
      С момента своего появления ход Грагама подвергался различным изменениям, нашедшим конкретное выражение в модификациях знаменитого Томаса Ирншау (ок. 1790 г.), Вениамина Льюиса Виллиама (ок. 1820 г.), Чарльза Фродшама (ок. 1860 г.), Роберта Гарднера (начало XX в.). В XIX в. в Англии лучшие маятниковые часы изготовлялись с ходом Грагама. На континенте Европы и в России с ходом Грагама изготовлялись лучшие маятниковые часы с температурной компенсацией, которые чаще всего были известны под названием «регулятора». Еще до сих пор ход Грагама используется в малого размера башенных часах; если часы с этим ходом изготовлены хорошо, то обеспечивается большое постоянство их хода в течение продолжительного времени.
      Анкерный ход Грагама (рис. 139) внешне мало чем отличается от крючкового, или возвратного, хода Клемента. Маятник при помощи вилки соединяется с якорем В, который в ходе Грагама состоит также из двух плеч и имеет две палеты — входную и выходную. На входной палете имеется плоскость наружного покоя F и импульсная наклонная плоскость Su а на выходной — внутренняя плоскость покоя F2 и импульсная наклонная плоскость S2, которые являются рабочими поверхностями палет. Плоскости покоя имеют цилиндрическую форму и описаны из В, как из центра; центр поверхности покоя одновременно является центром вращения якоря, или анкера. Центр якоря легко определяется по касательным линиям Т и Г2, отсюда получается расстояние между центром анкера и ходового колеса как равное 1,4 радиуса ходового колеса. Импульсные поверхности S и S2 с радиусами Ri и R2 образуют угол в 60°. Линии, проходящие из В через центр поверхности покоя с Т и Т2у должны составлять угол 2°; эти касательные линии граничат с плоскостями S и S2.
      Палеты взаимодействуют с зубцами ходового колеса, которое имеет 30 зубцов, как и в ходе Клемента; одна четверть из этого числа зубцов охватывается анкером. Зубцы ходового колеса с той стороны, с которой концы их подрезаны с уклоном 6°, при работе механизма скользят по рабочим поверхностям палет передними кромками, в то время как анкер, связанный вилкой с маятником, совершает колебания вокруг своей оси в такт с колебаниями маятника. Зубцы ходового колеса падают сначала на поверхности покоя (Fi и F2). Импульс передается на поверхности S и S2. В часах Грагама колебания маятника совершаются при малой дуге, или размахе, потому угол подъема анкера не должен составлять более 2°, а лучше 1,5°.
      Благодаря применению в ходе Грагама таких форм палет, где рабочая поверхность разделена на поверхность (плоскость) покоя и поверхность импульса, ходовое колесо после передачи импульса маятнику ложится на поверхность покоя, или, что то же, его зубцы спадают на так называемый покой, а не на наклонные поверхности палет, как в возвратном, или крючковом, ходе Клемента. Зуб ходового колеса, лежащий на поверхности покоя входной или выходной палеты, передает на ось анкера тормозной момент, пропорциональный моменту на оси ходового колеса.
      Для того чтобы подробно рассмотреть действие хода Грагама, предположим, что на входную па лету А упал кончик зуба а (рис. 140), а анкер под воздействием маятника продолжает движение против часовой стрелки. Маятник (положение 1) описывает дополнительную дугу] и, дойдя до конца ее, поворачивает обратно. В этот момент зуб скользит по поверхности покоя, проходя сперва дополнительный угол, а затем угол покоя до грани палеты, где начинается передача импульса. Она начинается после того, как анкер, изменив свое направление, перейдет на плоскость импульса и зуб будет толкать его вверх (по часовой стрелке). Импульс передается маятнику во время скольжения зуба по плоскости импульсной палеты. За время передачи импульса анкер поворачивается на угол 1°20, а ходовое колесо — на 3°. Весьма важно понять, что в ходе Клемента подача импульса начинается сразу после отхода назад ходового колеса, в ходе Грагама импульс происходит только тогда, когда зуб совершает путь вдоль импульсной поверхности той или иной палеты.
      Сообщив импульс маятнику, зуб соскакивает с входной палеты, и ходовое колесо, будучи свободным, стремится вращаться по часовой стрелке. Это вращение продолжается до тех пор, пока стоящий на очереди у выходной палеты В зуб d не упадет на поверхность покоя (положение 2).
      Угол, на который ходовое колесо повернулось после окончания импульса до момента падения очередного зуба на поверхность покоя выходной палеты, называется углом падения. Этот угол должен быть по возможности малым во избежание бесполезной траты энергии завода. Однако при грубом изготовлении хода приходится допускать несколько больший угол, так как при малейшей неточности в изготовлении ходового колеса и якоря может быть заклинивание хода.
      С момента соприкосновения зуба d с поверхностью покоя выходной палеты повторяется тот же процесс, который имел место на выходной палете, т. е. скольжение вершины зуба по поверхности покоя, а при перемене анкером направления движения возникает импульс на выходной палете (положение 3). После того как зуб d соскочит с выходной палеты, зуб а падает на поверхность покоя входной палеты. За полный период колебания маятника, т. е. за цикл работы регулятора, ходовое колесо повернется на один зуб.
      Подводя итоги, можно сказать, что действие анкерного хода Грагама состоит из падения-покоя-импульса на одной палете, а затем — на другой и т. д. Поскольку между запирающей поверхностью покоя и кончиком зуба происходит трение, то ход Грагама считают ходом трения на покое.
      Общей чертой конструкции часов Гюйгенса и ходов Клемента и Грагама является постоянное взаимодействие ходового колеса С маятником, за исключением тех малых промежутков времени, соответствующих «падению» ходового колеса, когда теряется контакт между ходовым колесом и маятником; на ось маятника постоянно передается момент, пропорциональный моменту на ходовом колесе. Перечисленные конструкции, представляющие собой последовательные модификации часов Гюйгенса, объединяются в группу несвободных часовых ходов и имеют своим предшественником часы Гюйгенса.
      Другим замечательным изобретением Грагама в области часового дела является ртутный компенсационный маятник (рис. 141). Он стал известен после доклада Грагама в Королевском обществе в 1726 г., хотя эксперименты с ним начались на девять лет раньше. Маятник состоит из тонкого стержня, к нижнему концу которого подвешена подставка, на которой удерживается сосуд, наполненный до известной высоты ртутью. Стержень маятника и оба боковых стержня — из стали. Когда температура повышается, все три стержня удлиняются — маятник становится длиннее. Одновременно с этим находящаяся в сосуде ртуть (ее способность расширяться по крайней мере в 10 раз больше, чем у стали) расширяется и подымает центр тяжести ртутного столба. Высота уровня ртути в стакане и размеры прочих частей маятника подбираются так, чтобы несмотря на изменение температуры математическая длина маятника оставалась постоянной.
      Георг Грагам
      Этот компенсационный маятник при одном и том же принципе устройства может иметь различное конструктивное выполнение.
      Прежде чем Грагам пришел к идее создания ртутного компенсационного маятника, он в течение ряда лет проводил экспериментальную работу по выявлению влияния тепла и холода на стержень маятника. Эти исследования показали, что факторами, влияющими на ход часов, являются загрязнение механизма, дефекты материала и т. д., но если маятник тяжелый и отклоняется от вертикали на малый угол, а детали выполнены хорошо, то неравномерность хода таких часов будет малой и на нее будут влиять только температурные изменения маятника.
      Грагам исследовал относительные коэффициенты линейного расширения стали, латуни и некоторых других металлов. Хотя эти исследования и не были им завершены, все же ему удалось выяснить, что различные металлы (бронза, сталь, железо, медь, серебро и др.), подвергнутые нагреву до одинаковой температуры, расширяются по-разному. Отсюда он сделал практически важный вывод, что «путем использования двух различных металлов, значительно отличающихся степенью своего линейного расширения, можно в большей степени компенсировать нерегулярность колебаний обычного маятника». Этот вывод получил практическое применение в часах Грагама в устройстве ртутного компенсационного маятника. В декабре 1721 г. Грагам стал работать над созданием ртутного компенсационного маятника, изучал влияние изменений температуры на изменение высоты ртутного столба. Путем тщательных наблюдений и подсчетов он точно определил, сколько потребуется ртути, чтобы длина маятника не изменилась при той или иной температуре [254, 39].
      На рис. 142 показан внешний вид маятниковых часов («регулятора») Грагама, относящихся к 1740 г. Механизм часов помещен в высоком стоячем корпусе из красного дерева; размер циферблата 30 см.
      Свободные анкерные хода маятниковых часов. Большое значение для повышения точностных характеристик хода маятниковых часов имело применение в конце XIX в. свободных ходов Рифлера, Штрассера и Манхардта вместо несвободных ходов.
      Свободные хода известны также под названием ходов с постоянной силой. Это название они получили из-за того, что в часах с таким ходом колебания маятника почти независимы от механизма часов, от величины момента на оси ходового колеса. Импульс, сообщаемый маятнику, зависит только от пружины или груза, производящих всегда один и тот же эффект с постоянной силой. Маятник соединен с ходом посредством пендельфедера, никакой вилки нет; следовательно, жесткая связь между якорем и маятником отсутствует. В ходе Штрасеера маятник получает импульс за счет изгибания вспомогательной плоской пружины (вспомогательного пендельфедера, соединенного с нижней оправой основного пендельфедера), а в ходе Рифлера — за счет изгибания того же самого пендельфедера, на котором висит маятник. В ходе Манхардта груз, опускаясь каждый раз с одной и той же высоты, сообщает маятнику один и тот же импульс.
      Во всех прежних ходах соединение их с маятником сопровождалось все-таки некоторым толчком. Штрассер, Манхардт и Риф-лер избежали этого благодаря применению своих ходов с постоянной силой.
      Значительно больший простор и широкие перспективы в отношении создания свободных ходов появились при применении электромагнитных импульсов взамен механических.
      Ход Штрасеера (1859 — 1917). Ходовое колесо этого хода (рис. 143) не имеет существенного отличия от ходового колеса, используемого в ходе Грагама. Однако анкер значительно отличается от якоря хода Грагама главным образом устройством палет. Здесь анкер имеет по две палеты с каждой стороны — палеты импульса Сi и С2 и палеты покоя L и Ь2. Палеты покоя своими концами (рабочими поверхностями) несколько выступают за палеты импульса; выступающие плоскости палет наклонены вправо на 12° к радиальной прямой. Поэтому когда зуб ходового колеса покоится на этой плоскости, возникает момент, который стремится повернуть якорь вниз и прижать палету к зубу ходового колеса — так называемый момент притяжки.
      Основное отличие хода Штрасеера от покоящегося хода Грагама состоит в том, что зуб вначале падает на импульсную поверхность и потом доходит до положения покоя, а у покоящегося хода зуб сначала падает на положение покоя и затем переходит на импульс. Это различие вытекает из условий взаимодействия спускового устройства с вспомогательным пендельфедером, который в ходе Штрасеера выполняет некоторую работу по преодолению силы притяжки.
      Рассмотрим работу хода [213, 50]. Пока маятник совершает движение от крайнего правого положения влево, пружина пендельфедера согнута. Согнута и вспомогательная пружина справа от вертикали, которая прижимает входную палету к зубу колеса. По мере того как маятник подходит к положению равновесия, напряжение вспомогательной пружины (точнее, пружин, так как их две) ослабевает. В момент прохождения через положение равновесия напряжение пендельфедера ослабнет до нуля. После того как маятник пройдет положение равновесия, вспомогательные пружины будут выправлены, а затем перегнуты в обратную сторону. Изгиб этот как пендельфедера, так и вспомогательной пружины происходит за счет кинетической энергии, приобретенной маятником во время движения. Сила изогнутой вспомогательной пружины все время возрастает, в связи с чем возникает момент, который стремится повернуть якорь по часовой стрелке. Когда вспомогательные пружины изогнуты настолько, что этот момент окажется больше момента притяжки, палета вместе с якорем повернется вверх и освободит палету из-под зубца Zb и колесо станет свободным. Тогда ходовое колесо будет вращаться по часовой стрелке, зуб Z2 встретит скошенную плоскость выходной палеты импульса Сг и будет скользить по этой плоскости, поворачивая якорь влево, пока не упрется в плоскость покоя палеты.
      После того как вспомогательная пружина изогнулась под влиянием упавшего зуба Z2, дальнейший ее изгиб происходит вместе с пендельфедером вплоть до крайнего левого отклонения. Благодаря этому вспомогательные пружины
      окажутся изогнутыми влево от вертикали и при обратном движении маятника служат источником энергии для него. Освобождение зуба Z и перегиб вспомогательной пружины вправо от вертикали произойдут после перехода маятником положения равновесия при его движении слева направо.
      Так как момент пружины при данных ее размерах и материале зависит только от угла, образованного касательным и концом ее, то импульс, передаваемый пружиной маятнику, всегда один и тот же и обусловливается конструкцией хода.
      Ход Штрассера применяется в астрономических часах обычно в комбинации с гиревым двигателем. Сами часы помещаются в обыкновенном негерметическом футляре. По своим качествам ход Штрассера уступает ходу Рифлера.
      Ход Манхардта (1789 — 1878) состоит из системы колес а и b и воздушного тормоза с (рис. 144). Маятник получает импульс, передаваемый ходом, только раз в минуту, а не при каждом колебании. Следовательно, 59 колебаний маятника являются «мертвыми» и он совершает их почти свободно. В течение этого времени маятник не испытывает воздействия со стороны механизма. Последний начинает оказывать действие на него лишь после совершения маятником 59 колебаний. В этом и заключается основной принцип работы хода Манхардта. Он получил наибольшие применения в башенных часах, где этот ход успешно применялся (например, в башенных часах Берлинской городской думы).
      В ходе Манхардта свободное колебание маятника в течение минуты вне зависимости от часового механизма, приводимого в действие гирей, достигается следующим образом. На маятнике Л, подвешенном на двух стальных пружинах, имеется недалеко от точки подвеса зубчатое колесико е; на нем столько зубцов, сколько колебаний в минуту делает маятник (вперед и назад). Это колесико при каждом колебании маятника справа налево поворачивается собачкой (из слоновой кости) на один зубец, затрачивая на это силу самого маятника. Собачка присоединена к устою В. На оси храповика сидит рычаг, который при повороте колесика на полное число зубцов, т. е. один раз в минуту, ударяется в приспособление 1тп, освобождающее механизм часов, дающее возможность тормозу Сс сделать один оборот. После полного оборота механизм сдерживается рычагом около п с помощью зацепления 1тп.
      На оси воздушного тормоза находится эксцентриковый диск k, который с помощью ролика р опускает рычаг ss, передающий импульс маятнику. Все это происходит спокойно, без рывков. В конце каждого оборота эксцентрик k вновь поднимает ролик кверху и маятник опять колеблется совершенно свободно в течение всей следующей минуты, в конце которой груз (рычаг) снова опускается. Следовательно, здесь роль механизма зубчатой передачи заключается лишь в поднятии груза, который, опускаясь каждый раз с одной и той же высоты, сообщает один и тот же импульс маятнику [83, 398].
      Ход Рифлера (1847 — 1912). Часы с этим ходом появились на Чикагской выставке 1893 г. Часы Рифлера, будучи впервые установлены в Мюнхенской обсерватории, показали высокую точность хода. Очень скоро они вытеснили астрономические часы с ходом Грагама. Вариация суточного хода при изменении температуры составляла 0,0008 с. Часы с ходом Рифлера стали использовать большинство обсерваторий мира.
      Ходовое колесо в этом ходе двойное, состоящее из импульсного колеса Н и колеса покоя Я2, жестко связанных между собой (рис. 145). Число зубцов ходового колеса 30, угол обхвата 10,5 зубцов (или 126°), что дает возможность удобно расположить детали и узлы хода. В массивном якоре А укреплены две агатовые палеты Pi и Р2, каждая из которых представляет собой цилиндр со срезанной с передней части половинкой. Палеты укреплены так, что их цилиндрическая часть проходит против зубцов импульсного колеса, а срезанная часть — против зубцов колеса покоя, причем плоская часть палеты наклонена к радиусу ходового колеса под углом 12°.
      Колесо покоя, имеющее острые зубцы Zu работает на полусрезанной части палет и ложится кончиками своих острых зубцов на плоскости палеты. Колесо импульса имеет короткие зубцы, которыми оно слегка приподнимает цилиндрическую часть палеты и производит импульс.
      Палеты в ходе Рифлера, как и в ходе Штрасеера, прижимаются не силой, передаваемой от двигателя, не вспомогательной пружиной или вспомогательным пендельфедером, как в ходе Штрасеера, а силой, передаваемой пружиной подвеса маятника, или пендельфедера. В ходе Рифлера пендельфедер выполняет двойную задачу — играет роль вспомогательной пружины и, кроме того, выполняет свое прямое назначение. Ход Рифлера хотя весьма похож на ход Штрасеера, но представляет своеобразную конструкцию. Разница между ходами Рифлера и Штрасеера заключается в том, что в ходе Штрасеера вспомогательная пружина должна совершать некоторую работу по преодолению силы притяжки, тогда как в ходе Рифлера эта работа сведена к нулю, и если затрачивается на палете какая-нибудь работа, то только на преодоление силы трения, которую опять-таки при помощи наклона палеты и обработки поверхности палет и зубцов покоя стремятся сделать возможно меньшей.
      Палеты в ходе Штрасеера прижимаются к колесу и пружиной, и притяж-кой, а в ходе Рифлера — только пружиной пендельфедера, поэтому часы с ходом Рифлера нуждаются в абсолютно неподвижной установке в месте, свободном от всяких сотрясений, тогда как ход Штрасеера в этом отношении менее требователен. Поскольку ход Рифлера применяется в точных астрономических часах, устанавливаемых в местах, не подвергающихся сотрясениям, то указанная чувствительность хода не имеет особого значения.
      Маятник подвешен на пендельфедере, верхняя основа которого (см. рис. 145) лежит в соответствующем углублении поперечной рамки, имеющей в середине прямоугольное отверстие, в которое проходит пендельфедер. С поперечной рамкой наглухо соединен якорь. По вертикали он имеет продольный разрез и два винта — зажимный и упорный, для того чтобы при установке хода можно было точнее отрегулировать падение и импульс. Палеты укреплены в отверстиях якоря, который снабжен также продольными разрезами с зажимными винтами, для возможности поворота палет и установки правильного наклона плоскости среза. Вопреки обычным конструкциям, верхняя часть якоря не имеет отверстия для оси, а снабжена отверстиями для винтов, при помощи которых якорь крепится к поперечной рамке. Рамка стальными призмами опирается на агатовые подушки. Точка подвеса маятника находится выше плоскости подушек на 1 мм. Якорь качается вокруг острого ребра призмы. Вследствие качания маятника якорь также приходит в колебательное движение на опорной призме.
      Маятник связан с часовым механизмом посредством двух тонких и упругих пружин, на которых он подвешен. От натяжения пружин в результате их изгиба маятник получает импульс, необходимый для поддержания его колебания. Этот изгиб получается при каждом колебании маятника вследствие одновременного перемещения якоря, когда поперечная рамка с якорем поворачивается вокруг своей оси по направлению движения маятника. Колебания якоря лишь немного превышают 1° в обе стороны от положения равновесия. Угол изгиба пружин всегда один и тот же и не зависит от вращающего момента на оси ходового колеса. Момент должен быть достаточным для того, чтобы якорь при своем движении мог произвести изгиб пружин в точности по оси, совпадающей с осью колебания маятника. Маятник совершает колебания в одну и другую стороны. Размах лежит в пределах 3° и зависит только от натяжения пружин подвеса. Импульс сообщается маятнику в тот момент, когда он проходит через положение равновесия и поэтому имеет наибольший запас живой силы. Маятник колеблется фактически совершенно свободно и вполне изохронно.
      На рис. 145 изображено положение якоря в тот момент, когда зуб лежит своим кончиком на плоскости входной палеты; маятник в это время находится в крайнем правом положении. Маятник движется влево, а зуб покоя продолжает лежать на плоскости палеты. Действующий момент стремится вытолкнуть палету вместе с якорем вверх и вывести ее из-под зуба колеса, но этому препятствует упругая сила пружинок подвеса, прижимающая палету к наклонной плоскости зуба импульсного колеса. Освобождение этого зуба происходит вместе с поворотом рамки якоря справа налево под действием натяжения пружинок подвеса, когда маятник пройдет примерно на iU° за положение равновесия. Тогда зуб Zi покидает плоскость входной палеты, освобождая ходовое колесо. После свободного поворота колеса на угол падения зуб импульсного колеса встречает выходную импульсную палету и, воздействуя на нее, поворачивает якорь в обратном направлении, пока зуб Z2 колеса покоя не ляжет на выходную палету покоя. В результате поворота якоря пружинки изогнутся влево от положения равновесия и маятник получит импульс, после чего он будет проходить дополнительную дугу, а якорь останется неподвижным. С возвращением маятника в обратную сторону описанное действие хода повторяется.
      Процесс работы пружины схематически показан на рис. 146. В положении маятник движется влево, а пружины подвеса изогнуты вправо. Положение II показывает маятник в момент его прохождения через положение равновесия. Пружинный подвес все еще изогнут, как в положении. Когда маятник перейдет положение равновесия на угол около 0°15, пружинный подвес быстро перегнется влево (положение III), и маятник продолжит свое движение по дополнительной дуге (положение IV). При движении маятника вправо те же явления происходят в обратном порядке. Положение V не отличается по виду от положения IV, но предусмотрено обратное движение слева направо; маятник, пройдя положение равновесия, достигает положения VII (около 0°15 вправо), тогда пружинный подвес перегибается, а движущийся вправо маятник до положения VIII изгибает подвес еще больше. Затем все повторяется.
      С особой наглядностью изображает особенности хода Рифлера Л. П. Ши-шелов. В этом ходе, по его мнению, «все явления происходят так, как если бы, держа в руке пендельфедер за верхнюю часть, изгибать ее влево и вправо на один и тот же угол, сообщая тем самым импульс маятнику, подвешенному за нижнюю оправу этого пендельфедера. Импульсы будут передаваться плавные и мягкие, все время одной и той же величины, ибо изгиб пендельфедера (или вспомогательной пружины в ходе Штрассера) будет происходить на один и тот же угол... Следовательно, ход Рифлера, как и ход Штрассера, может быть по справедливости назван ходом с постоянной силой» [213, ч. 2, 55].
      Спусковое устройство Рифлера уменьшает требуемую на ход часов силу и обеспечивает в соединении с инварным маятником высокую точность. Погрешность суточного хода маятниковых астрономических часов Рифлера может быть в пределах 0,002 — 0,003 с (на один порядок меньше часов Грагама).
      Рис. 146. Последовательность работы пружины в ходе Рифлера
      Рис. 147. Астрономические маятниковые часы Рифлера Рис. 148. Ход Блоксама гравитационного типа
      Рис. 149. Двойной коленчатый гравитационного типа ход Гримторпа (Денисона)
      Кроме хода, обусловливающего сообщение маятнику импульса за счет сгибания пружины подвеса, маятниковые часы Рифлера имеют: а) инварный секундный маятник с компенсационной трубкой и линзой из латуни; б) электрозавод со вспомогательным заводом; в) секундный колесный контактный прерыватель; г) корпус часов стеклянный или из красной меди, но герметически закрытый стеклянным колпаком. Степень желаемого разрежения воздуха в корпусе часов поддерживается с помощью ручного насоса.
      Механизм часов (рис. 147) смонтирован на станине, составляющей одно целое с кольцом ?, устанавливаемым на торцевую поверхность цилиндра. От механизма внутрь цилиндра уходит стержень маятника. Под колпаком установлен микроскоп М, позволяющий производить отсчет амплитуды колебания маятника по шкале, закрепленной на стержне маятника.
      Ход гравитационного типа. При наличии такого хода колесная передача действует на маятник не непосредственно; она служит только для подъема рычагов. Импульс подается падением рычагов всегда с одной и той же высоты. Такие импульсы остаются постоянными по величине и знаку и независимыми от каких-либо изменений, которые могут происходить в крутящем моменте, передаваемом колесной системой ходовому колесу. Этот ход гравитационного типа относится к ходу с постоянной силой, так как импульсы, подаваемые маятнику при наличии этого хода, всегда постоянны по своей величине или весьма близки к этому.
      Идея создания хода такого типа впервые была выдвинута Томасом Мюд-жем — выдающимся английским часовщиком XVIII в. В ходе Мюджа усилия для подъема и размыкания рычага одинаковы по величине. Оно было достаточным для подъема, но оказалось слишком большим для того, чтобы получить надежное замыкание.
      Ряд изобретателей (Камминг, Харди, Катер, Готвальд, Рид и Блоксам) пытались использовать идею создания хода гравитационного типа, выдвинутую Томасом Мюджем. Ход Мюджа получил дальнейшее совершенствование в ходе Блоксама, который описан в 1853 г. в «Ученых записках» Королевского астрономического общества. Если в ходе Мюджа не была достигнута надежность запирания хода, то в ходе Блоксама это было уже достигнуто тем, что подъем у него стал осуществляться посредством очень коротких зубцов с полной отдачей силы, а запирание происходит длинными зубцами, но с малой отдачей силы. Его ход имеет два весовых рычага, которые могут вращаться на одной и той же оси отдельно (рис. 148). Ходовое колесо состоит из внутренней шестерни А с девятью зубцами для осуществления подъема рычагов путем сцепления с палетами D и из внешней шестерни В (тоже с девятью зубцами), которая запирает рычаги, когда они сцепляются с защелками. Рычаги имеют выступы, которыми они могут сцепляться с маятником.
      В 1852 г. Эдмунд Беккет Денисон (лорд Гримторп) изобрел двойной трехколенчатый гравитационный ход. Впервые он был применен в знаменитых вестминстерских башенных часах, установленных в мае 1859 г. Вариация суточного хода этих часов не должна была превышать ± 1 с, и этому требованию соответствовал ход Гримторпа.
      Двойной трехколенчатый гравитационный ход (рис. 149) состоит из трех основных частей: 1) двух рычагов, или палет (А и Лг); 2) двух отдельных трехколенчатых устройств, каждое с тремя длинными коленами, которые соответствуют зубцам ходового колеса других спусковых уст-
      ройств, и 3) пружинного регулятора хода, обеспечивающего регулирование скорости движения спускового механизма и предотвращение вибраций, отскоков и других вредных действий, могущих отразиться на сохранности прибора. Этот регулятор служит как бы глушителем всех нежелательных проявлений при работе хода.
      Между коленами С и С2 расположены три штифта, которые толкают рычаги А и А2 посредством рычагов Е и Е2. Когда маятник колеблется направо, он увлекает за собой рычаг А2 и в конце концов выталкивает запирающий блок В2 из-под колена С2. Двойное трехколенчатое спусковое устройство вращается, пока колено С не запрет на блоке В. Маятник, продолжая колебание вправо, увлекает за собой рычаг А2у пока он достигает своего крайнего положения. Рычаг А2, следуя за маятником, спускается вниз и подает ему импульс, пока он в конце концов не будет застопорен выступающими частями Е2) вступающими в контакт со штифтом. Так как маятник движется налево, он в итоге выталкивает блок В из-под колеса С, пока другое колено не запрет его на блоке В2. При вращении штифт, нажимая, поднимает рычаг А2 против Е2. Поскольку рычаг А2 увлекается маятником вверх на меньшую дистанцию, чем следующий за ним рычаг, увлекаемый вниз, то возникает добавочный источник импульса.
      Двойной трехколенчатый гравитационный ход как ход с постоянной силой имеет ряд преимуществ перед другими ходами для применения в башенных часах.
      Температурная и барометрическая компенсация маятника
      Компенсационным маятником, в отличие от обычного, является такой маятник, который может сохранять постоянство своей длины между центрами подвеса и качания при всевозможных изменениях температуры. В ранних маятниковых часах, начиная от часов Гюйгенса до Грагама, особой необходимости в температурной компенсации маятника не было. До 1700 г. влияние на ход маятниковых часов оказывали не столько температурные изменения, сколько несовершенство механизма часов и спускового устройства. Ввиду этого еще не было достаточно понято значение влияния температурных изменений на ход маятниковых часов. Только после того, как были достигнуты значительные успехи в усовершенствовании анкерного хода и колесной передачи, стали уделять внимание влиянию температурных изменений на ход маятниковых часов. Грагам, изобретатель усовершенствованного анкерного хода и ртутного маятника, был первым часовщикам, который стал основательно изучать влияние температурных изменений на ход часов. Результаты этих исследований он использовал для создания ртутного компенсационного маятника, с устройством которого мы уже познакомились.
      Решетчатый маятник Гаррисона. Джон Гаррисон (1693 — 1776) работал над созданием устройства для температурной компенсации маятника в то же время, что и Грагам, но независимо от него. Решетчатый маятник состоит из пяти стальных и четы-
      рех латунных прутьев, соединенных в форме решетки. Прутья, образующие решетку, прочно соединены стальными и латунными поперечинами (рис. 150).
      Температурная компенсация этого маятника основана на различии линейного расширения стали и латуни.
      При каких условиях стальные прутки компенсируют действие латунных? Пусть длина стального прутка при 0° равна L, длина каждого из латунных прутков —
      U Ху X — коэффициенты линейного расширения стали и латуни. При температуре t удлинение стального стержня будет LXty удлинение каждого из латунных —
      LXt. Чтобы длина маятника оставалась постоянной, должно быть LXt=LXty откуда LL=X Ху т. е. длины стальных и латунных прутков должны быть обратно пропорциональны коэффициентам линейного расширения металлов. Рис. 150. Решетчатый
      Коэффициент линейного расширения маятник Гаррисона стали 0,0000115, или 11,5 10~в, а латуни — 0,000018, или 18-10~ откуда LZ= 180115. Следовательно, линейное расширение латунных прутков в 1,6 раза больше линейного расширения стальных прутков при одной и той же температуре.
      Стальные прутки с повышением температуры испытывают действие растяжения, что вызывает удлинение маятника по направлению вниз. Латунные прутки, испытывая сжатие, вызывают укорочение маятника в направлении, обратном действию стальных прутков.
      Если полное растяжение стальных прутков равно полному сжатию латунных, то эффективная длина маятника, т. е. расстояние между центрами подвеса и качания, должно остаться без изменений.
      При понижении температуры стальные прутки подвергаются сжатию. При этом произошел бы подъем линзы маятника, если бы этому не препятствовало сжатие латунных прутков, действие которых направлено в обратную сторону, т. е. не на подъем, а на опускание линзы. Таким образом, нейтрализуется отрицательное действие сжатия стальных прутков, вызываемого понижением температуры, и эффективная длина маятника остается без изменения.
      Основные части решетчатого маятника показаны на рис. 150. BI — стальной стержень маятника; А — поперечина, служащая прочному соединению каркаса решетки; К — нижняя поперечина; Е — стальные стержни (прутки); F — латунные стержни, присоединенные к нижней поперечине, верхними концами связаны с верхней внутренней поперечиной С; G — стальные прутки, которые также присоединены к верхней внутренней поперечине, а нижними концами поддерживаются нижней внутренней поперечиной ; его же поддерживают нижние концы двух латунных стрежней Я, верхние концы которых уже поддерживаются короткой внутренней поперечиной D. К этой же поперечине присоединен стержень маятника, который затем проходит через нижнюю поперечину и несет линзу (груз), что сидит на гайке, позволяющей регулировать ее расстояние от центра подвеса маятника.
      Хорошо изготовленный решетчатый маятник имеет преимущество над ртутным маятником в том, что его части почти одинаково подвержены действию окружающей атмосферы, так что как стальные, так и латунные прутки могут принимать или терять тепло одинаково, тогда как тонкий стержень ртутного маятника реагирует на изменение температуры быстрее, чем массивная ртутная линза. В результате неравномерного воздействия компенсации и при повышении и понижении температуры в часах с ртутным маятником не достигается полной температурной компенсации. Промедление или запаздывание между температурным изменением и действием компенсации составляет главное неудобство ртутного маятника.
      Хотя ртутный и решетчатый маятники были изобретены почти одновременно (ок. 1726 г.), однако изобретение Гаррисона оставалось неизвестным, так как до приезда в Лондон в 1735 г. он по рекомендации Георга Грагама продолжал совершенствовать свое изобретение. Сам Грагам скоро понял превосходство решетчатого маятника над своей ртутной компенсацией и даже изготовил несколько часов с решетчатым маятником. В XIX в. часы с решетчатым маятником изготовлялись чаще, чем с ртутным маятником.
      Главный недостаток решетчатого маятника заключается в искривлении стержней и в оседании металла, работающего на сжатие. Кроме того, при комбинации латунь — сталь в решетчатом маятнике имеется девять стержней, тогда как при комбинации цинк — сталь можно ограничиться применением только трех стержней. При девяти стержнях благодаря большому количеству сопряжений стержней с поперечинами получается большой мертвый ход и большое трение.
      Хорошо изготовленный решетчатый маятник все же имеет некоторое преимущество перед ртутным маятником. В этой конструкции все части, как стальные, так и латунные, почти одинаково реагируют на изменение температуры и притом одинаково по всей длине стержня маятника. В ртутном же маятнике тонкий стержень реагирует на температурные изменения значительно быстрее, чем та его часть, где имеется массивная линза (цилиндр со ртутью). Переменная разность температуры по высоте маятника сопровождается задержкой или отставанием между температурными изменениями и действием компенсации. Это является главным недостатком ртутного маятника. В результате маятник с ртутной компенсацией обладает меньшей компенсационной способностью, чем решетчатый маятник.
      Для того чтобы заставить ртуть следовать более быстро за изменением температуры, было предложено применять два или более сосуда (рис. 151); это позволяло увеличить поверхность ртути, не уменьшая, однако, ее массы; но следствием этого было увеличение массы вспомогательных частей.
      Более совершенной считается ртутная компенсация, примененная в маятнике Рифлера. Стержень этого маятника представляет собой стальную трубку,
      Рис. 151. Компенсационное устройство с двумя сосудами с ртутью в качестве линзы маятниковых часов
      Рис. 152. Компенсационное устройство из цинка и стали в трубчатом маятнике
      Рис. 153. Инварный стержень маятника
      наполненную ртутью до двух третей ее высоты. В нижней части стержня сидит тяжелая латунная чечевица, поддерживаемая у ее центра при помощи двух регулировочных гаек. Ниже и выше ее находятся два или три небольших диска, меняя вес которых можно регулировать дополнительно компенсацию маятника. Подъем или опускание этих добавочных грузиков действует так же, как и перемещенйе главного груза или линзы, т. е. соответственно ускоряет или замедляет колебание маятника. Хотя ртутный маятник Рифлера изготовлен по точному расчету и трубка на 2з своей длины наполнена ртутью, все же он изменяет свой суточный ход на 0,3 с при изменении разности температуры на одном метре высоты на 1°С.
      Компенсационное устройство из цинка и стали. Трубчатый маятник. Около 1800 г. были изобретены различные компенсационные устройства, в которых применялись цинковые и стальные стержни. Ввиду значительного коэффициента линейного расширения цинка для устройства компенсации требуется меньшее количество стержней, чем для устройства компенсации, основанной на применении для этой цели латунных и стальных стержней. Еще больший успех в деле температурной компенсации маятников был достигнут благодаря применению трубок из двух металлов (цинка и стали), расположенных концентрически, вместо стальных, латунных или железных стержней. Такой трубчатый маятник более компактен, чем решетчатый. Он был изобретен Эдвардом Троу-тоном — знаменитым лондонским мастером астрономических инструментов. На этом принципе, например, устроен маятник знаменитых вестминстерских часов. Его трубки вместо латуни составлены из цинка и стали. Подобные же маятники были использованы фирмой «Дент» для создания многих регуляторов, теперь уже вышедших из употребления.
      На рис. 152 дана конструкция трубчатого маятника, у которого внутренний стальной стержень 1 имеет на конце регулирующую гайку 8, привинченную к нему почти у нижнего основания линзы (груза). Цинковая трубка скользит поверх внутреннего стержня и покоится на квадратном углублении, образованном в весьма толстой шайбе 7, которая, в свою очередь, покоится на регулировочной гайке. Шайба не должна вращаться, когда вращается регулиро-цочная гайка. Стальная трубка у своего нижнего конца ограничена выступами 5, которыми поддерживается линза маятника б, несколько ниже его центра. Вместе с тем линза находится в связи со стальной трубкой.
      С повышением температуры стальная трубка, на которой линза поддерживается, расширяется книзу, что направляет книзу и линзу; 4 — цинковая трубка, которая на себе несет стальную трубку, расширяется кверху и, стало быть, поднимает и линзу маятника вместе с собой. В результате эффективная длина маятника остается неизменной. Точные длины цинковой и стальной трубок для получения совершенной компенсации должны быть вычислены на основе учета и знания их относительных коэффициентов линейного расширения; окончательное регулирование, однако, должно быть осуществлено опытным путем.
      Наличие в цинковой трубке просверленных отверстий и надрезов в наружной стальной трубке позволяет свободно проникать воздуху.
      Современная компенсация. Инварный стержень маятника. В настоящее время для компенсации маятника используются современные материалы, обладающие таким низким коэффициентом линейного расширения, что требуется весьма малая компенсация. Наибольшей популярностью пользуется сплав инвар, состоящий из 36% никеля, 59% железа, 4% марганца и 1% углерода. Его получил около.1895 г. доктор Чарльз Эдуард Гильом, которому Британский часовой институт присудил за это золотую медаль. Инвар обладает весьма малым коэффициентом линейного расширения (от 0,0000010 до 0,0000030). В Англии был создан сплав сходного состава, который теперь и используется.
      Когда требуется высокая точность, инварный стержень необходимо комбинировать с компенсационной трубкой из латуни или из другого материала. Коэффициент расширения компенсационной трубки должен быть в определенном соотношении с коэффициентом расширения данного инварного стержня. Длина трубки может быть рассчитана, если известны коэффициент линейного расширения данного инварного стержня и компенсационного материала трубки. Поэтому трубка должна подгоняться к каждому маятнику в отдельности.
      Линза А маятника (рис. 153) представляет собой цилиндр, поддерживаемый на 2,5 см ниже его центра компенсатором В и покоящийся на верхнем его конце. Компенсатор опирается на регулировочную гайку С, которая по стержню маятника может перемещаться по резьбе D. Регулировочная гайка на конце снабжена фланцем для регулировки положения линзы.
      Некоторые ранние маятники с инварным стержнем имели не только обычную металлическую линзу, но нередко снабжались и инварной линзой, однако для практических целей этого не требуется. Латунная линза или линза из мягкой стали вполне достаточна даже в том случае, когда требуется обеспечение высокой точности хода часов.
      Период колебания маятника можно регулировать, поднимая или опуская линзу, которая находится на его стержне, действуя на компенсатор поворотом гайки. Каждому повороту гайки соответствует определенное изменение приведенной длины маятника и, следовательно, определенная величина изменения суточного хода. Обычно гайки этих часов имеют деления для контроля угла поворота. Регулировать период можно и за счет прибавления к маятнику добавочных грузиков, помещаемых на специальную полочку, установленную в средней части стержня маятника. Дополнительный грузик приводит к некоторому смещению центра тяжести всей системы маятника, т, е. к изменению приведенной длины. Так, в вестминстерских часах монета в полпенни либо оставляется на подставке стержня маятника, либо удаляется оттуда, следствием чего и является незначительное изменение хода.
      Маятник всегда регулируется на небольшое отставание хода часов, чтобы можно было затем должным образом регулировать его ход с помощью регулировочной гайки или малых грузиков.
      Барометрическая компенсация маятника. Маятник колеблется в воздушной среде. Поместить часы в безвоздушное пространство нельзя, как это показал Бессель в 1828 г., потому что масло, служащее для смазывания часового механизма, без которого никакой механизм не может работать, будет испаряться и трение в осях сильно возрастет. Поэтому даже самые точные часы работают под давлением, близким к атмосферному, но ни в коем случае не в вакууме. Период колебаний маятника часов, не заключенных в воздухонепроницаемый футляр, уже всецело зависит от атмосферного давления. С повышением давления период колебания маятника увеличивается и, наоборот, с понижением давления уменьшается. Изменение величины хода часов за сутки (выраженное в секундах) под влиянием изменения атмосферного давления на 1 мм рт. ст. называется барометрической постоянной.
      Устранение влияния изменяющегося барометрического давления воздуха достигается двумя путями. Первый — изоляция часов с маятником от наружного воздуха, причем часы не изолируются от окружающего воздуха; второй — применение автоматически компенсирующего приспособления.
      Наибольший эффект достигается применением первого способа. Прецизионные маятниковые часы Рифлера и Леруа заключены в стеклянный футляр, в котором поддерживается давление на 100 — 150 мм ниже атмосферного. Вместе с часами в стеклянном футляре помещаются барометр сифонного типа, термометр и гигрометр для определения влажности. Часы снабжены воздушным насосом велосипедного типа, при помощи которого в любой момент можно, изменяя давление, очень точно регулировать их ход. Часы устанавливаются в подвальных неотапливаемых помещениях, где годовые колебания температуры сохраняются в пределах 0,5 — 1°. Это постоянство температуры является одним из необходимых условий для постоянства давления в резервуаре. Завод у этих часов электрический.
      Большое практическое значение имело и применение второго способа, несмотря на то что в этом случае не всегда может быть достигнута полная компенсация влияния изменения барометрического давления воздуха.
      Идея этой компенсации принадлежит Робинсону, который в 1831 г. предложил снабдить маятник сифонным барометром. Для этой же цели в 1845 г. приспособил к маятнику сифонный барометр и Бессель. Фирма «Дент» в 1872 г. изготовила часы для Гринвичской обсерватории с еще более верной и тщательной компенсацией; повышение и снижение уровня ртути в открытом лимбе барометра приводило в действие постоянный магнит, находящийся вблизи двух стержневых магнитов, установленных на самом маятнике.
      Рис. 154. Барометрическая компенсация маятника при помощи ртутного барометра
      Рис. 155. Барометрическая компенсация маятника при помощи анероидной коробки
      В настоящее время барометрическая компенсация маятников чаще всего осуществляется двумя способами: при помощи ртутного манометра и при помощи анероида.
      Принцип барометрической компенсации при помощи ртутного манометра предложил в 1864 г. Крюгер. Конструкция, основанная на этом принципе (рис. 154), состоит из одной барометрической трубки, закрепленной ниже середины стержня маятника 2. При изменении атмосферного давления ртуть в закрытом колене соответственно поднимается или опускается, что изменяет положение центра тяжести маятника и его приведенную длину, а следовательно, и период колебания. Эта конструкция имеет ряд недостатков; более совершенной является барометрическая компенсация с помощью анероида Рифлера.
      Устройство Рифлера (рис. 155) состоит из ряда анероидных коробок, соединенных между собой. Над коробками укреплен груз, который поднимается или опускается в зависимости от расширения или сжатия коробок анероида, тем самым изменяя положение центра тяжести маятника, его приведенную длину и период колебаний. Анероид также закрепляется на стержне маятника, немного ниже его середины. С грузом соединена система рычагов, которая передвигает стрелку по шкале. Шкала указывает отклонение в миллиметрах от некоторого среднего давления, на которое проградуирован прибор. Анероид Рифлера работает на принципе Гюйгенса [213, ч. 1, 77 — 78].
      Часы стационарного типа с маятником
      Маятник как регулятор хода нашел применение в точных астрономических часах, башенных, настенных, напольных и других часах. Термин «точные» к маятниковым часам прилагается в исключительных случаях, когда их ход обладает нужной точностью для использования их в астрономических обсерваториях,
      на предприятиях часовой промышленности и в иных местах, где по ним производится регулировка и проверка хода других часов. Такие высокоточные, или прецизионные, часы называются астрономическими и астрономическими регуляторами не в том смысле, что они показывают время некоторых астрономических событий, а потому, что они предназначены показывать в астрономических обсерваториях время с наивозможной точностью. Иногда их называют просто регуляторами. Но для наименования точных маятниковых часов это слово выбрано неудачно.
      Прецизионных маятниковых часов во всем мире имеется, вероятно, всего несколько тысяч штук. Среди изготовителей точных маятниковых часов особую популярность в XIX в. завоевали Э. Дент (Лондон), Л. Леруа (Париж), 3. Рифлер (Мюнхен).
      Хранение точного времени от одного астрономического наблюдения до другого стало возможным после применения для этой цели маятниковых часов с анкерным ходом Грагама. По ним можно было определять суточный ход с погрешностью до 0,1 с. В 1726 г. Джон Гаррисон создал двое астрономических маятниковых часов с изобретенным им ходом и компенсационным решетчатым маятником. Погрешность одного из таких маятников выражалась в 1 мин за 14 лет. В 1758 г. Бредли создал маятниковые часы с исключительным постоянством их хода в пределах 0,102 с.
      Во второй половине XVIII в. эти часы могли считаться уникальными; с такой стабильностью и точностью маятниковые часы не могли изготовляться не только в 1800 г., но и много позже и даже самыми лучшими часовщиками. Изучение хода маятниковых часов Бредли в 1904 г. показало, что для обеспечения высокого качества маятниковых часов наряду с точностью их хода исключительное значение имеет также стабильность хода, что важно при длительной работе механизма.
      Из таблицы следует, что часы Бредли работали лучше, чем часы Гринвичской обсерватории в 1850 г., но, конечно, хуже, чем любые из астрономических маятниковых часов конца XIX в.
      354]. Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют также о том, что во второй половине XIX в. были достигнуты значительные успехи в отношении повышения точности хода астрономических маятниковых часов. Эти успехи были достигнуты главным
      образом за счет усовершенствования температурной компенсации маятника и применения свободного хода вместо несвободного анкерного хода Грагама. Все эти достижения нашли конкретное выражение в астрономических маятниковых часах, созданных в 1893 г. 3. Рифлером с точностью и постоянством хода в пределах 0,02 с. К концу XIX в. и в первые десятилетия нашего столетия часы Рифлера и Леруа были применены во многих обсерваториях мира.
      До применения электрических астрономических часов Шорта с двумя маятниками точность определения времени с помощью астрономических инструментов превосходила точность хода самых совершенных в мире астрономических маятниковых часов. С помощью астрономических наблюдений в конце XVIII в. время определялось с точностью до 0,12 с, в начале XX в. — с точностью до 0,015 с, а в 1965 г. — до 0,004 с.
      В XIX в. производилась как реконструкция старых башенных часов, так и установка новых башенных часов. Так, современные страсбургские башенные часы (рис. 156) напоминают старые часы только формой и размером. Последние в настоящее время — уже музейная редкость. Новые часы являются плодом многолетних сложных расчетов и исследований Иоганна Баптиста Швильге. Механизм этих часов показан на рис. 157. Их строительство продолжалось с января 1838 г. по октябрь 1842 г. В 1857 г. к часам был добавлен медный небесный глобус с циферблатом через меридиан Страсбурга всех звезд, видимых невооруженным глазом. На глобусе изображено более 5 тыс. звезд до шестой величины; они представлены на голубом фоне в виде 110 созвездий. Глобус совершает один оборот с востока на запад за одни звездные сутки. За ним помещается календарь. На металлическом кольце указаны основные данные вечного календаря — названия месяцев, числа, имена святых и все переходящие праздники. Кольцо имеет диаметр 3 м и ежедневно поворачивается на одно деление, а полный оборот делает за 365 или 366 дней. Часы автоматически отсчитывают дни не только обычных годов, но и високосных без какого-либо вспомогательного переключения их механизма. Кроме вечного календаря, часы показывают солнечное время, восход и закат Солнца, ежедневное движение Луны вокруг Земли, фазы Луны, солнечные и лунные затмения. Восход и заход Солнца отмечается с помощью подвижного горизонта, разделяющего путь Солнца на две дуги, так что продолжительность дня и ночи можно отсчитывать в течение всего года. Над календарем находится галерея с аллегорическими фигурами, изображающими дни недели. Слева направо идут: воскресенье — Аполлон в колеснице, запряженной конями; понедельник — Диана, которую везет олень; вторник — Марс, среда — Меркурий, четверг — Юпитер, пятница — Венера, суббота — Сатурн.
      Средняя часть часов отделяется от нижней «львиной» галереей, названной так из-за львов, расположенных по углам.
      Рис. 156. Страсбургские башенные часы 1842 г.
      Рис. 157. Механизм страсбургских башенных часов
      В центральной части находится циферблат, на котором показывается среднее солнечное время. По обе стороны циферблата расположены два крылатых гения. Каждые четверть часа левый гений ударяет по колоколу. Затем вступают в действие четыре фигуры-автомата, символизирующие четыре периода человеческой жизни: первая фигура — Детство, вторая — Юность,
      третья — Зрелость и четвертая — последняя четверть часа —
      Старость. После этого выступает фигура Смерти, возвышающаяся в центральной части на пьедестале рядом с фигурой Старости. Смерть отбивает полные часы. Гений,-сидящий справа от циферблата, держит в руках песочные часы, которые переворачивает каждый час — после удара последней четверти часа и на секунду раньше боя часов.
      Над галереей помещен планетарий, воспроизводящий движение планет вокруг Солнца по системе Коперника. Планеты — металлические шарики различной величины — движутся вокруг Солнца на фоне голубого циферблата. В середине помещено Солнце с 12 лучами, обращенными к 12 знакам зодиака, изображающими движение Солнца по эклиптике; знаки расположены на периферии планетария. Над планетарием с помощью шара, вращающегося около наклонной оси, отмечаются на фоне звездного неба фазы Луны. Звездное небо окаймлено латинской надписью: «Что может сравниться с утренней зарею, что красивее Луны и более ослепительно, чем Солнце!» Сверху в двухъярусной нише помещены движущиеся фигуры. В верхнем ярусе находится фигура Иисуса Христа. В полдень, когда звучит последний удар часов, мимо него проходит процессия из двенадцати апостолов, каждый из них склоняет голову. Во время шествия апостолов на левой башне поет петух. В полночь он поет 3 раза, напоминая этим об одном из евангельских событий. В заключение Христос, изображенный на самом верху готической башни, благословляет собравшихся зрителей.
      Главный механизм часов один раз в неделю корректируется по точным астрономическим часам; от него движение передается непосредственно стрелкам, показывающим среднее солнечное время. Разнообразие и точность других движений в часах осуществляется соответствующими механизмами, действующими под влиянием главного механизма. Часы такого рода представляют собой переход к автоматам, предназначенным воспроизводить естественные движения животных или людей.
      Год указывается четырьмя цифрами, из которых каждая находится на особом кольце с десятью цифровыми знаками. Кольцо единиц совершает один оборот за 10 лет, кольцо десятков — за 100 лет, кольцо сотен — за 1000 лет. Тысячное кольцо покажет последнюю цифру через 10 000 лет. На такой период запрограммирован весь прибор.
      В 1835 г. была произведена реконструкция башенных часов Уэльского собора в Англии, механизм которых совершенно износился. Их снабдили новым механизмом, несколько переделали циферблат и добавили минутный круг и минутную стрелку (рис. 158). У основания сводчатого фронтона, который возвышается над квадратом циферблата, находится восьмиугольная площадка с башенкой, на которой расположены два ряда всадников, укрепленных на двух деревянных кругах. Прежде во время боя часов круги вращались в противоположных направлениях.
      В 1851 — 1852 гг. была осуществлена полная реконструкция часов на Спасской башне Московского Кремля, после того как их механизм и бой оказались в неисправности, а куранты в течение ряда лет бездействовали. Внешний вид этих часов после их реконструкции можно видеть на рис. 159.
      Все колеса и шестерни боевого и ходового механизмов были заменены новыми — стальными и латунными. Подшипники изготовлены вновь из сплава, мало подверженного износу. Цапфы у валов и осей сделаны из лучшей стали. Циферблаты на всех четырех сторонах башни заменены новыми, железными, «так, чтобы фасады башни сохранились в том виде, как до сего находились»; железные циферблаты были окрашены черной масляной краской; цифры отлиты медные и вызолочены червонным золотом. На всех четырех циферблатах добавлены минутные стрелки, которые, как и часовые, заново изготовлены из железа и обложены позолоченной медью.
      В часах применили анкерный ход Грагама, решетчатый маятник типа Гаррисона с температурной компенсацией. Длина маятника 1,5 м. Механизм часов снабжен четырьмя заводными валами: 1-й вал служил для хода стрелок, 2-й — для боя часов, 3-й — для боя четвертей и 4-й — для игры курантов. Валы приводились в действие гирями из наборных кругов.
      До революции механизм курантов включался в 12, 15, 18 и 21 ч.
      В 1860 г. на Викторианской башне здания парламента в Лондоне были установлены Вестминстерские башенные маятниковые часы (рис. 160), которые со временем приобрели мировую известность.
      Когда парламент объявил конкурс на проектирование этих часов, главное и непременное условие гласило: часы должны дважды в сутки сверяться с гринвичским временем, причем разница во времени не должна превышать 1 с; они должны поддерживать постоянство хода за неделю в пределах 1 мин.
      Вестминстерские часы были изготовлены Эдвардом Дентом (1790 — 1853) по проекту, разработанному лордом Гримторпом. После смерти Дента работу над часами продолжил сын покойного Фридерих. В 1859 г. он установил часы на Викторианской башне и через год пустил их в ход.
      Высота башни, на которой помещаются часы, 100 м, циферблаты находятся на высоте 54 м. Диаметр циферблатов 6,9 м, изготовлены они из опалового стекла и закреплены в стальных рамах. Высота цифр 0,6 м, а расстояние между минутными делениями 0,3 м. Механизм состоит из трех колесных передач: одна приводит в действие стрелки, другая — бой, третья — мелодию. В часах применен двойной трехколенчатый гравитационный ход, изобретенный лордом Гримторпом. Длина маятника 4 м, весит он почти 280 кг. Часы заводятся раз в неделю, бой — два раза.
      Хотя и существуют башенные часы с большим размером циферблата, но вестминстерские часы — одни из самых интересных больших башенных часов по конструкции. С вершины Вестминстерской башни каждый час раздается бой часов, называемых Биг-Беном. Часы отбиваются колоколом, который весит более 13 т. С помощью четырех настроенных колоколов (курантов) разыгрывается определенная мелодия. Большой колокол весит 3 т, остальные — в пределах тонны. Языки колоколов весят соответственно 364, 70, 32 и 24 кг [33, 309].
      В США башенные часы значительных размеров и со сложным механическим устройством стали появляться много позже, чем в Западной Европе. Наиболее примечательные из них — на башне здания Метрополитен Лайф в Нью-Йорке, установленные в 1909 г. (рис. 161). У них четыре циферблата диаметром 8,1 м каждый. Длина минутной стрелки 5,7, а часовой — 5,2 м. Цифры на циферблате размером в 4,3 м, а минутные деления — в 0,47 м. Минутная стрелка освещается 16 лампами накаливания, часовая — десятью.
      Вторые по величине башенные часы были построены для эдисо-новской электрокомпании в Бостоне. Диаметр их циферблата
      10,4 м, вес стрелок 350 кг, длина часовой стрелки 4,4 м, минутной 5,5 м. Циферблаты помещены на четырех сторонах башни, приблизительно на половине ее высоты, т. е. в 107 м от земли. Наверху башни находится фонарь, который вспышками отмечает часы и четверти часа: для часов загорается 88 белых ламп, для четвертей — 56 красных; общая мощность всех ламп 16,262 кВт. Одной из особенностей часов является набор колоколов, которые бьют часы и четверти с 8 ч утра до 6 ч вечера, В конторе смотрителя здания находятся часы, контролирующие механизм башенных часов и регулирующие службу времени всего здания. Башенные часы приводятся в действие электричеством и имеют автоматический завод.
      Одни из самых больших часов США — часы над зданием завода «Колгей компани» в г. Джерси. Их огромный циферблат, имеющий 11,5 м в диаметре, весит 6 т. Длина минутной стрелки 6 м, механизм приводится в действие гирей в 800 кг. Стрелки освещаются лампами накаливания, каждую цифру отмечают яркие красные лампы. Минутные деления, которые находятся на расстоянии 108 см друг от друга, также отмечены электрическими лампами.
      Следует также остановиться на часах Феликса Мейера (Нью-Йорк), созданных в 70-е годы XIX в. Они показывали местное время в часах, минутах и секундах, день недели, месяц, время года, знаки зодиака, движение Земли вокруг Солнца и вокруг собственной оси, движение планет вокруг Солнца и фазы Луны. Часы показывали также поясное время Вашингтона, Сан-Франциско, Чикаго, Каира, Мельбурна, Константинополя, Пекина, Лондона, Парижа, Берлина, Вены и Петербурга. Четверть часа отбивает фигурка ребенка, полчаса — юноши, три четверти — старика, а часы — фигура смерти. После боя часов с кресла встает фигура Джорджа Вашингтона и протягивает правую руку с декларацией «О независимости». Слуга открывает дверь, и фигуры всех президентов Соединенных Штатов Америки (от Д. Вашингтона до 1880 г.), одетые в костюмы своего времени, выходят вперед, приветствуют первого президента, проходят дальше и исчезают за другой дверью. Высота часов Мейера 5,1 м, ширина — 2,4 м. В них более 2000 колесиков.
      Маятник как регулятор хода наиболее широкое применение получил в разнообразных часах бытового назначения (настенных, напольных, настольных, каминных и т. д.). Здесь применение маятника не создает технических проблем, которые бы нуждались в особом освещении. Интерес представлял бы только вопрос об эволюции стилей внешнего художественного оформления этих часов. Но эта специальная тема, тесно связанная с историей искусства и технической эстетикой, в нашей работе почти не рассматривается.
     
      Глава II РАЗВИТИЕ КАРМАННЫХ ЧАСОВ
     
      В 1674 г. по проекту Гюйгенса парижским часовщиком Тюре были изготовлены часы переносного типа, где была применена в качестве регулятора система баланс — спираль с собственным периодом колебания (рис. 162), в дальнейшем получившая широкое применение для устройства карманных часов.
      Шпиндельный ход, сохраненный в карманных часах, продолжал применяться и после Гюйгенса. С самых ранних образцов и до 80-х годов XIX столетия шпиндельный ход в своих существенных чертах почти не изменялся (рис. 163). Ходовое колесо 1 вращается в направлении, показанном стрелкой, зуб 3 только что сообщил импульс нижней палете 2 и баланс, имея запас кинетической энергии, продолжает вращаться в том же направлении, преодолевая давление зуба 4 на верхнюю палету 5. Когда кинетическая энергия баланса будет поглощена сопротивлением зуба 4, он начнет двигаться в обратном направлении под действием упругости волоска 6, а когда нижняя палета минует зуб 3, упадет на следующий зуб. Этот цикл повторяется снова и снова.
      В свете современных данных можно утверждать, что Роберт Гук раньше Гюйгенса применил систему баланс — спираль в качестве регулятора хода часов [204, 133 — 136]. Если Гюйгенс не может считаться первым изобретателем регулирующего устройства баланс — спираль, то, во всяком случае, его заслуга в том, что он создал с таким регулятором модель часов, которая стала исходной для дальнейшего развития и усовершенствования конструкции часов. При сохранении в часах Гюйгенса старого шпиндельного хода имел место отход назад ходового колеса, оказывавший дестабилизирующее действие на их ход. Устранением этого дефекта и стали прежде всего заниматься часовщики Англии и Франции. Однако все их старания избавиться от этого дефекта, сохранив шпиндельный ход, не увенчались успехом, пока не был изобр-етен в 1695 г. Томасом Томпионом цилиндровый ход, который после его усовершенствования Георгом Грагамом в 1725 г. стал широко применяться в часах взамен шпиндельного хода.
      Развитие карманных часов после Гюйгенса
      Основная схема устройства карманных часов после Гюйгенса не претерпела существенных изменений: пружинный двигатель,
      колесная передача, спусковой механизм (ход), регулятор, стрелочный механизм продолжали применяться по их прямому назначению. Однако они в течение XVIII — XIX вв. подвергались существенным конструктивным изменениям и усовершенствова-
      нию. Применение вспомогательных механизмов, таких, как боевой и сигнальный механизмы, календарное устройство, ремонту-арный механизм и другие, не изменило основную схему часов, а только дополнило ее.
      Пружинный двигатель. От заводной пружины зависит не только определенное усилие, достаточное для приведения механизма часов в действие, но и определенная продолжительность хода часов от одной заводки. В карманных часах, относящихся ко времени Гюйгенса и несколько позже, применялась ходовая пружина, которая позволяла иметь запас завода на 12 — 15 часов. Примерно с 1690 г. стало возможным обеспечивать в этих часах завод на 24 часа. В настоящее время часы заводятся на 36 — 40 часов.
      В ранних карманных часах не было заводного барабана. Пружина была открытой, навивалась на заводной валик, а наружный ее конец прикреплялся к стойке. Применение барабана создало более нормальные условия для работы заводной пружины (уменьшило потери на трение, способствовало концентрическому развертыванию витков, сохранению формы плоской спирали и постоянства смазки витков пружины и т. д.).
      С заводом часов связаны три отдельных устройства: ограничитель заводки пружины, указатель состояния и времени заводки пружины и устройство для поддержания хода часов во время завода ходовой пружины. Ограничение работы заводной пружины на средних ее витках необходимо для того, чтобы она могла действовать лишь на пологом участке кривой спуска пружины. Достигалось это механически при помощи так называемых остановов, чаще всего с помощью мальтийского креста. Этими остановами снабжалось небольшое количество выпускаемых часов (не более 5%); большинство часов обходилось без них.
      В наиболее точных карманных часах с пружинным заводом применялась фузея. С ее помощью вращающий момент, передаваемый на ходовое колесо, становится постоянным. Но применение в карманных часах фузеи усложняло
      их конструкцию. Отказаться от нее стало возможным после того, как удалось значительно повысить качество изготовляемой заводной и балансовой пружины, особенно когда они стали изготовляться более однородными, без примесей, ухудшающих их качество. В США, Франции и Швейцарии отказались от применения фузеи в начале XIX в. В Англии продолжали применять это устройство по традиции вплоть до второй половины XIX в.
      Для повышения ходовых качеств пружины (постоянство движущей ее силы и крутящего момента) имело значение улучшение ее механических свойств и технологии изготовления, рациональный выбор геометрических размеров пружины (толщины, ширины, длины).
      Английский часовщик Джон Гаррисон в 1734 г. изобрел и ввел в употребление устройство с двойным храповым механизмом 1,2 с собачками 3, 4 для поддержания хода часов во время завода ходовой пружины 5 (рис. 164). В карманных часах с неподвижным барабаном это устройство применяется и теперь; но оно не требуется при использовании заводного барабана, вращающегося в ту же сторону, в какую вращается и валик при заводе пружины. В этом случае остановки часов во время завода не произойдет.
      Зубчатая передача. Основная задача передаточного механизма — передавать энергию от пружинного двигателя системе колес, трибов и в особенности регулятору, которому это необходимо для поддержания его колебаний. В зубчатой передаче должно быть по возможности меньше трения, нужная точность и постоянство передаточного отношения. Для обеспечения этих условий имеет большое значение применение особого часового зацепления, построенного на основе циклоидального зацепления. В нем циклоида, очерчивающая головку зуба, заменена дугой окружности, а гипоциклоида, очерчивающая ножку зуба, превращается в радиальную прямую. Часовое зацепление, как и циклоидальное, допускает получение больших передаточных отношений, доходящих до 10 и даже до 12 для одной сцепляющейся пары. Там, где величины передаточных отношений небольшие (например, в барабанных и заводных колесах), профили зубцов очерчиваются по эвольвенте.
      Основа принципа действия колесной передачи заключается в том, что колесо, имеющее большой диаметр, делает меньше оборотов, а колесо меньшего диаметра (в данном случае триб) делает во столько раз больше оборотов, во сколько раз его диаметр меньше диаметра большего колеса. Колесо и триб должны иметь одинаковый шаг зацепления. Зубчатая пара работает правильно в том случае, если профиль зубцов не нарушен и глубина зацепления выполнена надлежащим образом.
      Теоретические исследования для создания особого часового зацепления с помощью кривых (циклоиды, эпициклоиды, гипоциклоиды) были начаты учеными еще в XVII в. Дезарг был первым, кто предложил для профилирования зубцов использовать эпициклоиду. Датский астроном Рёмер в 1675 г. указал на целесообразность применения для этой цели циклоиды. В конце этого же века над созданием особого часового зацепления работал также Лагир. Основываясь на работах последнего, Камус в 1735 г. внес значительный вклад в разработку часового зацепления. В часах Камуса за профиль зубца приняты гипо или эпициклоиды [192, 120 — 126].
      В XVIII в. теория эвольвентного зацепления получила надлежащую теоретическую разработку в трудах Леонарда Эйлера. Способ зацепления, разработанный Эйлером, обладает многими преимуществами по сравнению с циклоидальным, или часовым, зацеплением [192,,139], но, как указывалось выше, область его применения в часовой механике весьма ограниченна.
      Совершенствование методов и средств деления и нарезки зубцов часовых колес и трибов происходило крайне медленно [303]. Самые ранние сведения о применении специальных технических средств для механического воспроизведения зубчатого зацепления относятся только ко второй половине XVII в. В 1670 г. Роберт Гук изобрел и применил станок для нарезки зубцов часовых колес. В первой половине XVIII в. было сделано также ряд попыток использовать технические средства для нарезки часовых зубчатых колес. В 1720 г. шварцвальдский часовщик М. Леффлер изобрел для этой цели особое приспособление. Около 1750 г. швед X. Полемс изобрел станок для нарезки зубчатых колес, а англичанин Хиндли усовершенствовал изобретение Гука. В России подобные станки были изобретены и изготовлены Андреем Нартовым. Однако при применении примитивных технических средств неизбежны были ошибки в шаге и в делении зубцов колеса, которые были трудно устранимы. Применение фрезерных станков хотя и намного улучшило технологию нарезания зубцов, но и в этом случае как вследствие систематических ошибок делительного круга станка, так и вследствие небрежности при фрезеровании могли быть ошибки в шаге и в делении. Только применение зуборезных автоматов открыло большие возможности для устранения подобных ошибок.
      Фрезы для очень мелких зубчаток нередко имеют не циклоидальный, а приближающийся к циклоидальным кривым круговой профиль, что также приводит к неправильной форме зуба. Однако такие колеса при работе с достаточно хорошими трибами притираются и дают в конце концов удовлетворительное зацепление.
      Камневые опоры. В самом начале XVII в. в Англии в карманных часах начали применяться опоры из драгоценного камня — рубина. Инициатором их введения считается Николай Фацио (1664 — 1753). Ему вместе с Пьером и Яковом Дефобром в 1704 г. был выдан патент на это изобретение. Однако вскоре приоритет Фацио начал оспариваться. Стало известным более раннее применение камня в старинных карманных часах Игнатия Гуггенфорда. Однако более близкое знакомство с этими часами показало, что там камни употреблены были скорее в качестве декоративного украшения, а не опорных деталей.
      После того применение камней в часах стало расширяться, особенно во Франции и Англии. Но затем их распространение задержалось из-за того, что изготовление часовых камней английские мастера на целое столетие сделали секретом.
      1 Впоследствии, уже в XIX столетии, этот метод был разработан более подробно известным французским ученым Понселе, имя которого он часто и носит.
      В Швейцарии производство часовых камней было организовано в Ла-Шо-де-Фоне Ингольдом только в 1825 г., и с этого времени оно получило большое распространение, особенно в 1850 — 1855 гг. Однако и тогда не было соответствующих предпосылок для развития массового производства часовых камней, но это стало возможным после появления синтетических рубиновых камней, изготовляемых по особой технологии. Этот метод разработали швейцарцы Фреми и Верней в 1902 г.
      Для производства синтетических камней применялся боксит, представляющий собой мягкую каменную породу. Он добывался в Швейцарии, главным образом в районе Ле-Бьо (департамент Буш-дю-Рон), и применялся также для получения алюминия. Боксит подвергался ряду химических реакций. Кристаллы алюминия очищались в электрических печах. Химически чистый алюминий после кристаллизации, которая происходила в пламени кислородно-водородных горелок при 1800° С, превращался в синтетический белый сапфир. При добавлении к нему окислов хрома получался красный рубин грушевидной формы. Эти рубины распиливались на пластинки толщиной 8 мм, затем утончались и разбивались на куски разнообразной формы. Из сырья получалось 4% пригодных часовых камней, отходы достигали 96%.
      Часовые камни из искусственного рубина обладают высокой твердостью и износостойкостью, хорошо обрабатываются, поддаются полированию, не окисляют и не разлагают часовое масло, имеют красивый внешний вид. Применение палет, импульсных камней, опор для цапф и осей из искусственного рубина уменьшает потери на трение и износ деталей, как и в случае применения смазки часовым маслом трущихся поверхностей. Камневые опоры длительное время удерживают эту смазку, что также способствует стабильной работе механизма.
      Спусковой регулятор (ход). Большое значение для повышения точности хода карманных часов имело введение взамен шпиндельного хода более усовершенствованных ходов — сперва цилиндрового хода без отхода назад ходового колеса и с трением на покое, затем дуплексного и виргульного ходов.
      В 1750 — 1850 гг. часовщики увлекались изобретением все новых и новых ходов, отличных по своему устройству. Было изобретено свыше двухсот ходов, из которых лишь немногие получили распространение. Сонье в своем «Руководстве по часовому делу» (Париж, 1861) отмечает, что из большого количества появившихся ходов, так или иначе ставших известными, к тому времени удержались не более 10 — 15. К 1951 г. их количество вообще свелось к двум, если считать, что ход, применяемый в хронометрах, мало пригоден для карманных часов. Причиной такого резкого уменьшения количества ходов, оказавшихся годными к применению в современных карманных и наручных часах, был успех, достигнутый в применении там свободного анкерного хода.
      Система баланс — спираль. Спиральная пружина (волосок), применяемая в качестве регулятора хода в ранних карманных часах, имела только два или три витка. Со временем было установлено, что ход часов становится более точным, если размеры баланса и спирали подобраны так, чтобы они давали строго определенное число колебаний в единицу времени. Диаметр баланса должен быть возможно большим, но сам баланс — не слишком легким, поскольку очень легкий баланс подвержен вредным влияниям, как и баланс малого диаметра. Практически установлено, что в карманных часах лучшие результаты с цилиндровым ходом получаются тогда, когда диаметр спирали ра-
      вен радиусу баланса, имея при этом 8 — 9 витков. Для анкерных ходов, имеющих значительно большую амплитуду колебаний баланса, длина спирали существенно увеличивается, число ее витков берется от 11 до 13. Длина спирали должна увязываться с амплитудой колебания баланса. Хотя более эластичной оказывается тонкая спиральная пружина с большим числом витков, но большее число витков создает опасность соприкосновения одного витка с другим, что приводит к неправильному ходу часов.
      До середины XVIII в. на проблему температурной компенсации системы баланс — спираль не обращали должного внимания. Только когда часовщики Англии и Франции занялись конструированием морских часов, пригодных для определения долготы, стали разрабатывать и эту проблему. Французский хронометрист Фердинанд Берту установил, что изменение силы упругости волоска из-за температурных изменений оказывает наибольшее влияние на величину погрешности хода часов и составляет 82% от ее суммарной величины.
      В конце XVIII в. проблема температурной компенсации системы баланс — спираль была решена посредством создания биметаллического разрезного баланса, который стал применяться с течением времени не только в хронометрах, но и в карманных часах.
      В карманных часах применяются два вида спирали: плоская спираль с концевыми кривыми и без них. Концевые кривые могут исправлять погрешности хода часов как от изменения их положения, так и от неизохронности колебаний системы баланс — спираль. Спирали без концевых кривых свертываются и развертываются эксцентрически. В результате возникает смещение центра тяжести спирали по отношению к оси вращения баланса, что отрицательно сказывается на точности хода карманных часов.
      Для регулирования периода колебания баланса путем изменения действующей длины спирали в карманных часах имеется приспособление, называемое градусником. Конец последнего витка спирали до закрепления его в колодку свободно проходит между штифтами градусника, которые, охватывая его, определяют конец действующей длины спирали. Передвигая указатель градусника в ту или другую сторону по шкале, нанесенной на поверхности мостика, мы удлиняем или укорачиваем действующую длину, изменяя таким образом ход часов.
      Применение градусника в карманных часах было уже известно в середине XVIII в. (в частности, И. П. Кулибину).
      Стрелочный механизм составляет пятую отдельную кинематическую цепь после пружинного двигателя, основной колесной передачи, спускового механизма (хода) и регулятора баланс — спираль. Стрелочный механизм (рис. 165), передающий движение от основной колесной передачи к стрелкам, состоит из системы зубчатых колес и трибов. Минутный триб в стрелочной передаче является основной деталью, обеспечивающей движение стрелочного механизма; он насажен на центральную ось. От этого триба минутное (вексельное) колесо передает движение на часовое колесо, имеющее зубчатый венец и гладкую цилиндрическую втулку, на которой плотно сидит часовая стрелка. Минутная стрелка, сидящая на втулке минутного триба, делает один оборот за один час. В стрелочной передаче передаточное отношение обычно равно 12.
      Характерным признаком стрелочной передачи является то, что ее колеса и трибы не имеют собственных осей. Минутный триб сопряжен с центральной
      осью фрикционно, часовое колесо вращается на втулке минутного триба, минутное (вексельное) колесо и триб — на штифте, прикрепленном к платине.
      Весьма долго карманные часы были с одной часовой стрелкой. Применение двух стрелок в течение долгого времени не требовалось и не находило одобрения. Минутная стрелка в дополнение к часовой сначала появилась в крупных часах вскоре после применения в них маятника и особенно после введения анкерного хода. Англичанин Даниил Кваре применил в 1670 г. в своих часах минутную стрелку, сидящую на одной оси с часовой, или концентрически расположенную минутную стрелку. Это переняли многие английские часовщики.
      Однако имеются свидетельства о применении минутной и даже секундной стрелки задолго до этой даты. В Нюрнбергском музее и теперь можно видеть крупные часы, относящиеся к 1550 г., с минутной и секундной стрелками, что свидетельствует о том, что техническая проблема применения в часах минутной и секундной стрелок была уже тогда решена, но не дает основания думать, что употребление таких стрелок было характерным для раннего периода развития часового дела.
      Применение в карманных часах минутной, а затем и секундной стрелки начинается с отдельных попыток — раньше всего в Англии и Франции. В 1665 г. Джон Фитти применил в карманных часах центральную минутную стрелку и особое устройство со считающим диском, расположенное в центральной части циферблата. В 1-690 г. известный английский часовщик Фро-ментиль ввел боковую секундную стрелку, имевшую на циферблате такое же расположение, как теперь. Около того же времени лондонский физик и врач Джо-н Флойе имел карманные часы с одной только секундной стрелкой («пульсомер»), чтобы считать пульс своих пациентов. Имеются свидетельства о таком же применении секундной стрелки и во Франции. Но было еще очень далеко до широкого применения даже минутной стрелки, не говоря уже о стрелке секундной, применение которой постепенно расширялось с конца XVIII в. и вошло во всеобщее употребление во второй половине XIX в.
      Во второй половине XVIII в. точность хода карманных часов стала значительно повышаться вследствие нововведений в технике измерения времени (камневые опоры, более совершенный ход, чем шпиндельный, и т. д.). В связи с этим и под влиянием развивавшейся потребности в более точном отсчете времени на циферблате часов появилась минутная стрелка. Поскольку это было нововведением, минутные стрелки старались популяризировать: минутные деления стали обозначать арабскими цифрами в отличие от римских для часовых делений. Если раньше часовые римские цифры были большого размера,
      Рис. 165. Стрелочный механизм
      1 — триб центрального колеса; 2 — триб минутной стрелки; 3 — часовое колесо; 4 — триб вексельного колеса; 5 — вексельное колесо
      то после введения минутных стрелок арабские цифры стали делать более рельефными, выделяющимися. И только после того, как люди свыклись с наличием двух стрелок, цифры свели к одной системе.
      Переход от отдельных разрозненных попыток к применению в карманных часах секундной стрелки был завершен только во второй половине XIX в. одновременно с массовым применением свободного анкерного хода, камневых опор и температурной компенсации системы баланс — спираль, а также в связи с возраставшей актуальностью применения часов с наиболее точным ходом и отсчетом времени.
      Механизм завода часов и перевода стрелок. Применение в карманных часах завода и передвижение стрелок без ключа с помощью вращения заводной головки имеет свою историю.
      Почти до середины XIX в. большинство карманных часов заводилось посредством ключа, который своим квадратным отверстием на время завода соединялся с валом барабана, а в остальное время хранился на цепочке рядом с часами. Такой способ завода применяется и в настоящее время для стенных часов и морских хронометров. Перевод стрелки часов производился этим же ключом через квадратную часть стержня триба минутной стрелки, или стрелка передвигалась рукой.
      До 1800 г. было несколько попыток найти способ избежать ключевого завода. Одной из них явилось применение автоматического завода (о чем см. ниже). После 1790 г. стали применяться особые устройства для завода без ключа, основанные на принципе действия насоса. Кнопка, выступавшая наружу, была соединена с осью ходовой пружины либо зубчатой рейкой, либо цепью. Благодаря особому включению храпового колеса ось ходовой пружины могла вращаться только тогда, когда кнопку нажимали вовнутрь или, наоборот, когда ее вытягивали. Завод ходовой пружины посредством вытягивания кнопки осуществлялся через особую пружинку, действием которой цепь наматывалась вокруг храпового колеса, связанного с механизмом завода. Действие завода было аналогично действию насоса. Хотя введение завода вращением особой заводной головки справедливо приписывается Бреге, но только старинной и довольно известной фирме Луи Одемара в Брасусе (Швейцария) удалось в первой четверти XIX в. наладить в больших количествах производство карманных часов с таким ходом.
      В Англии в 1820 г. был выдан патент Т. Престу на применение завода вращением особой заводной головки, что нашло применение в карманных часах Джона Арнольда (рис. 166). Однако в Англии эта конструкция не пользовалась особой популярностью ввиду того, что завод мог осуществляться только через вращающийся барабан, а не через фузею, которой еще долго продолжали снабжать английские карманные часы. Но после усовершенствования этого изобретения был создан бесключевой завод на принципе использования для этого качающегося рычага. Этот механизм для завода и перевода стрелок был создан Густавом Гугонином в 1855 г. и стал пользоваться особым успехом среди изготовителей часовых механизмов в Ланкашире, особенно для применения в карманных часах высокого качества. Такой ход мог применяться и в часах, снабженных фузеей.
      Первые карманные часы, в которых была применена особая заводная головка для завода и перевода стрелок (так, как это делается теперь), были изобретены Андрианом Филиппом (1815 — 1894) в Швейцарии в 1842 г. Изо-
      Рис. 166. Заводная головка Преста в часах Арнольда Рис. 167. Современная конструкция ремонтуара
      а — положение головки для заводки пружины; б — положение для перевода стрелок
      бретенный Филиппом новый завод описан в книге «Карманные часы без ключевого завода». Карманные часы с этим ремонтуарным заводом стали выпускаться фирмой «Патек — Филипп». Система завода Филиппа и теперь считается превосходной.
      Механизм завода пружины и перевода стрелок, осуществляемого вращением особой головки, может считаться отдельной кинематической цепью, шестой по счету. Этот механизм, или ремонтуар, состоит из механического устройства для переключения передачи с завода на перевод стрелки и обратно. В зависимости от устройства переключателя имеется несколько отличных по выполнению и кинематике ремонтуарных устройств.
      В ранних конструкциях ремонтуарного устройства только завод пружины осуществлялся посредством заводной головки, перевод же стрелок производился нажатием кнопки — «подавки»; механизм завода в это время бездействовал. В более поздних конструкциях боковая кнопка отсутствует. В этом случае появилась необходимость переключать ремонтуар из положения «заводки пружины» в положение «перевода стрелок».
      На рис. 167 показана современная конструкция ремонтуара в двух ее положениях: а — для завода пружины, б — для перевода стрелок.
      Рис. 167, а показывает момент завода часов, при котором кулачковая муфта 4, сидящая на квадрате заводного валика 1, сцепляется своими зубцами с заводным трибом 3, свободно сидящем на заводном валике. При вращении заводного валика вращается кулачковая муфта и заводной триб, который через заводное колесо передает движение на барабанное колесо, надетое на квадратную часть вала барабана. При вращении барабанного колеса пружина накручивается на вал барабана.
      Рис. 167, б показывает момент перевода стрелок. При этом заводной валик 1 вытягивается вверх ао фиксированного положения и тянет за собой подъемный рычаг 8, так как один его конец входит в выточку в валике 1. В то же время другим концом подъемный рычаг 8 нажимает на рычаг 5, который передвигает трубку (бочонок) 4У насаженную на квадрат валика и служащую для передачи стрелок и сцепляющуюся с передаточным колесом 10. При вращении заводного валика 1 передвигается стрелка, так как колесо 10 сцеплено с вексельным колесом стрелочного механизма.
      Когда часы заведены и пружина раскручивается, крутящий момент передается барабану с зубчатым венцом. Вал барабана, барабанное колесо, заводное колесо и заводной триб остаются неподвижными. Барабанное колесо может вращаться только в одном направлении, движению в обратную сторону препятствует стопорное устройство.
      Перевод стрелок должен обеспечивать установку стрелок на нужное время. При переключении с перевода на завод положение стрелок не должно изменяться. Фиксация на положении «перевод» и «завод» должна быть надежной. Узел завода должен обеспечивать полный завод заводной пружины.
      Самозаводящиеся карманные часы. Самозаводящимися, или автоматическими, часами называются такие часы, завод которых происходит без вмешательства человека, т. е. без выполнения для этого ручной операции.
      Автоматический завод стал применяться еще в карманных часах. В XVIII в. были известны два главных метода. В одном из них завод ходовой пружины совершался путем открывания и закрывания крышки корпуса карманных часов, но он имел ограниченное применение, и то только у любителей. Хотя он заслуживает упоминания с исторической точки зрения, нет необходимости в его описании, поскольку такой завод имел небольшое практическое значение. Более перспективным оказался второй способ осуществления само-завода карманных часов, основанный на использовании принципа шагомера (pedometer). Шагомер — прибор, носимый в кармане, который измеряет расстояние или пройденный путь посредством нагруженного рычага, поднимающегося и падающего с каждым шагом и действующего на механизм, который регистрирует число сделанных шагов. Стало быть, этот способ основан на использовании движения тела того, кто носит карманные часы. Самозавод был придуман часовщиками в конце XVIII столетия; эксперименты в этом направлении велись тогда в Англии, Франции и Швейцарии.
      Кто был первым изобретателем самозавода — трудно установить. Можно лишь с большим основанием утверждать, что этот способ самозавода получил практическую реализацию и сделался известным в 1770 г. благодаря Абрагаму Льюису Переллету из Лелокля (Швейцария). К сожалению, ни одни из само-заводящихся часов Переллета не дошли до нашего времени и все, что нам известно о конструкции самозавода этого изобретателя, основано на письменных источниках. Идея была основана на использовании принципа шагомера. Часы не имели ручного завода, и, после того как останавливались, пустить их в ход можно было только посредством встряхивания, чтобы создать начальное натяжение ходовой пружины. Это был серьезный недостаток конструкции самозавода Переллета.
      Абрагам Льюис Бреге на основе проведенных им исследований добился в 1777 г. улучшения конструкции самозавода, основанного на использовании принципа шагомера.
      Первым в Англии в 1780 г. патент (№ 1249) на самозаводящиеся часы, работавшие также на принципе шагомера, но с использованием в механизме ряда вспомогательных деталей, весьма эффективно способствовавших самоза-воду, получил Льюис Рекордан. В его часах с самозаводом применен нагруженный рычаг, имевший осевое крепление. Он мог входить в зацепление с шестерней, связанной с барабаном, и оказывать действие на ту часть заводного механизма, которая осуществляла функцию завивания пружины.
      В настоящее время автоматический завод пружины карманных часов осуществляется посредством грузового рычага (инерционного сектора), расположенного чаще всего в центре механизма и под действием силы тяжести вращающегося на оси как по часовой стрелке, так и против. При расположении в центре инерционный сектор может поворачиваться на 360° или на другой определенный угол, когда поворот сектора ограничивается с каждой стороны амортизирующими упорами. Двустороннее вращение инерционного сектора преобразуются в одностороннее вращение барабанного колеса и вала барабана, на который навита заводная пружина. Это достигается с помощью соответствующим образом сконструированного передаточного механизма.
      Устройство автоматического завода пружины на этом принципе было уже известно в XVIII в.: такие часы были изготовлены в Париже в середине
      XVIII в. неизвестным мастером. Инициалы Q. R. L., имеющиеся на часах, экспертами до сих пор не расшифрованы. Неизвестный мастер более чем за два столетия до наших дней решил проблему создания автоматических часов, по конструкции вполне нам современной [237].
      На континенте Европы первые самозаводящиеся часы были известны как «вечные» часы, но их производство перестало развиваться с 1792 г. В течение XIX столетия было много попыток возродить это производство, но с тем же малым успехом, как и раньше. Такие попытки продолжались и после того, как Льюис Одемар в 1838 г. в Швейцарии применил завод без ключа, а в 1842 г. Андриан Филипп значительно усовершенствовал этот ремонтуарный механизм карманных часов [237].
      Дальнейшая история применения самозаводящихся механизмов будет рассмотрена в разделе о наручных часах.
      Сложные карманные часы снабжены, кроме основных механизмов, различными дополнительными устройствами (календарным, сигнальным, репетичным и другими механизмами). Последние с основным механизмом связаны лишь несколькими деталями, согласующими работу их с показаниями часов. Уже на ранней ступени развития карманных часов их стали снабжать календарем, боевым механизмом со счетным кругом, сигнальным механизмом и другими устройствами по примеру крупных часов (башенных, настольных, настенных). На основе изобретения в конце XVII в. боевого механизма с гребенкой были созданы карманные часы с репетичным механизмом.
      Календарное устройство было более обычным в старинных карманных часах, чем в современных. Имелись календари весьма разнообразного устройства. Простейшие из них осуществляли механическую смену дат только в пределах от 1-го до 30-числа каждого месяца. Даты в пределах 31-го и 1-го числа менялись вручную. Простые календари показывали какую-либо одну календар-
      ную дату: либо число месяца, либо день недели. Календарь сложного устройства мог показывать число месяца, день недели, наименование месяца. Нередко можно видеть в старинных карманных часах даже фазы Луны. В XVIII в. особенно ценились карманные часы с «вечным» календарем, которые могли автоматически производить смену дат в течение всего года и коррекцию високосного года — 28 и 29 февраля.
      Календарный механизм является надстройкой на основном механизме часов. Поскольку он совершал работу с малым числом оборотов, детали календаря практически не изнашивались.
      Появлению карманных часов с репетичным механизмом предшествовало изобретение в Англии в 1676 г. Эдвардом Барлоу механизма боя с гребенкой и улиткой. Этот механизм первоначально получил применение только в крупных часах вместо механизма боя со счетным кругом. Репетичный механизм для карманных часов был изобретен английскими часовщиками Эдвардом Барлоу и Даниилом Кваре. Английское правительство выдало в 1687 г. патент, однако одному только Даниилу Кваре (1648 — 1724)
      С начала XVIII в. стали все чаще появляться карманные часы с репетицией, в которых с ее помощью можно было по желанию нажатием кнопки вызывать повторение боя часов, четверти часа и даже минут. В Париже усовершенствованием репетичного механизма особенно усиленно занимался Жульен Леруа. Бреге изобрел звуковую пружину для боя и применил ее в часах с репетицией вместо колокольчиков.
      Неотъемлемой частью репетичного механизма, помимо колесной передачи, являются гребенка и улитка, применяемые также и в боевом механизме с гребенкой (рис. 168). Улитка Е по своей форме похожа на шайбу, на ее окружности имеется 12 уступов с различными углублениями, что соответствует количеству ударов часов. Чтобы улитка могла каждый раз поворачиваться на следующий уступ, она связана с 12-зубцевой звездочкой С, которую поворачивает штифт L, находящийся в минутнике, каждый час на один зуб. Положение звездочки фиксируется пружинящим роликом N. Количество ударов определяется улиткой.
      Гребенка М представляет собой зубчатый сектор с косыми зубцами, как у храповика. Каждому повороту гребенки на один зуб соответствует один удар. Если, например, хвостовик гребенки D упрется в самый глубокий выступ улитки, то гребенка упадет влево на 12 зубцов и часы сделают 12 ударов.
      В карманных часах практически используется несколько разновидностей репетиров. Одна разновидность применяется в часах с обычным боевым механизмом, отбивающим автоматически часы и четверти часа, а по желанию можно нажатием кнопки привести в действие и минутный репетир. Такие часы снабжены нормальным, ежедневно заводимым пружинным двигателем.
      Имеются репетиры, снабженные небольшой, самостоятельно заводимой пружиной, требующей заводки при приведении в действие от нажатия кнопки. Перечислим лишь некоторые из них: четвертные, отбивающие после нажатия кнопки часы и четверти; получетвертные — отбивающие часы, четверти и с более высоким звуком получетверти (7!2 мин); пятиминутные — отбивающие часы и с более высоким звуком минуты после истекшей четверти.
      Часы, как правило, отбиваются редкими ударами низкого тона, четверти — сдвоенными ударами и минуты — частыми ударами высокого тона.
      В механизмах получетвертного репетира на четвертной гребенке установлена однозубая дополнительная гребенка; пятиминутный репетир имеет пятиминутную гребенку, которая похожа на четвертную, но отличается от нее тем, что вместо двух групп по три зубца она несет их одиннадцать; минутный репетир представляет собой четвертной репетир улучшенной конструкции с дополнительной гребенкой для отбивания минут, а на минутном трибе, кроме четвертной улитки, установлена четырехлопастная улитка.
      Распространению в XVIII и в начале XIX в. карманных часов с боем и репетицией особенно способствовали неблагоприятные условия освещения, имевшиеся в то время. До изобретения спичек в начале XIX в. добывать огонь приходилось путем ударов кремня о кусок стали; падающие искры направляли на обугленную парусину или трут, пока те не начинали тлеть. Затем нужно было заставить тлеющий трут разгореться и только после того можно было уже зажечь свечу и при ее свете прочитать цифры на циферблате.
      При наличии карманных часов с боем и репетицией отпадала необходимость в ночном освещении. Настенные и настольные часы часто снабжались шнуром, свешивающимся с корпуса; когда его дергали, то повторялся бой последнего часа, а иногда и четвертей часа. По этой же причине карманные часы снабжались кнопочным устройством: нажимая на него, можно было в случае необходимости заставить отбивать четверти часа, полные часы и минуты.
      Иногда карманные часы имели и более сложное устройство, снабжались автоматически движущимися фигурами, разными дополнительными устройст-
      Рис. 169. Карманные часы с музыкальным инструментом (слева) и автоматами (справа)
      вами, играли мелодии (рис. 169, а). Отдельные экземпляры таких часов стали появляться еще в 1700 г. Так, в карманных часах, находящихся в коллекции Моргана, воспроизводится сцена сражения двух рыцарей, появляющихся в специальном вырезе, сделанном на крышке часов, а затем исчезающих, чтобы дать место двум другим воинам. Эта крышка изготовлена из золота, и на ней имеется изображение охотника, преследующего оленя. Все эти изображения представляют тончайшую ювелирную работу, выполненную на художественной эмали.
      Карманные часы с подвижными фигурами и музыкой стали в большом количестве изготовлять после 1800 г. Они снабжались маленькими золотыми фигурками, прикрепленными к циферблату и изображающими танцующие пары, кузнеца, работающего молотком, стадо овец и лающую собаку, вращающееся мельничное колесо, фигуру, ударяющую при репетиции в колокольчики, и т. д. (рис. 169, б).
      В течение второй половины XIX в. в связи с прогрессом часовой техники ведущими часовыми фирмами Швейцарии и Германии были созданы карман-
      ные часы со многими вспомогательными устройствами. Так, известная швейцарская фирма Одемар изготовила карманные часы, соединявшие все функции сложного часового механизма. Эти часы были известны под названием «само-бой». Они автоматически выполняли бой часов, четвертей часа, а минуты — посредством репетиции и были снабжены двумя хронографами с отдельной передачей, действовавшей независимо друг от друга, и вечным календарем, изобретенным фирмой в I860 г. Часы показывали фазы Луны и были снабжены металлическим термометром, тремя заводами и двойным переводом стрелок.
      Этой же фирмой были созданы миниатюрные часы с репетицией величиной в 12 мм. Интерес к созданию миниатюрных часов наблюдался еще в XVIII в. Известно, что Бомарше изготовил для фаворитки короля Людовика XV, мадам Помпадур, часы микроскопического размера, имевшие 9 мм в диаметре; они помещались в кольце на пальце и заводились ногтем посредством вращающегося вокруг циферблата ободка.
      Немецкая часовая фирма Адольфа Ланга в Глассхютте (Саксония) устроила в 1895 г. юбилейную выставку. Там демонстрировались карманные часы весьма сложного устройства. Они отбивали часы, четверти часа и минуты, имели двойной хронограф, а кроме того, были снабжены вечным календарем и показывали фазы Луны. Стрелки двойного хронографа приводились в действие одним нажимом, второй нажим останавливал первую стрелку, вторая стрелка останавливалась при третьем нажиме; при четвертом нажиме обе стрелки возвращались к нулю.
      На рис. 170 показаны циферблат и механизм карманных часов швейцарской фирмы «Пауль Детисгейм». Кроме часов, минут и секунд, они показывали день недели, месяцы и даты, фазы Луны, восход и заход Солнца, уравнение времени для перевода истинного солнечного времени на среднесолнечное, и наоборот, а также имели вечный календарь.
      Фирма «Патек — Филипп» (Женева) в 1914 г. на выставке в Берне демонстрировала карманные часы особо сложного устройства. Помимо обычного часового механизма, они были снабжены также механизмами для боя и репетиции четвертей часов и минут, секундомера, сложного календарного устройства, показывающего день недели, месяц, даты и фазы Луны. Каждый из этих трех механизмов имел отдельный завод и указатель состояния и времени их заводки.
      Сложные часы, изготовленные женевской фирмой «Вашерон и Константин», кроме обычного часового механизма, были снабжены механизмом для боя и репетиции четверти часа и минут, будильника, секундомера, сложного календарного устройства, показывающего дни недели, месяц, даты и фазы Луны. Несмотря на сложность их устройства, эти часы были прецизионными. По точности хода, как показали результаты испытаний в Женевской обсерватории, они соответствовали первому классу прецизионных карманных часов.
      Карманные часы, изготовленные в 1900 г. часовой фирмой «Леруа» (Париж), могут считаться наиболее сложными по своему устройству во всем мире (рис. 171). Кроме часов, минут и секунд, они показывали еще 13 других данных, а именно: 1 — дни недели; 2 — даты месяца; 3 — непрерывный месячный календарь на сто лет вперед; 4 — даты на сто лет; 5 — фазы Луны; 6 — времена года; 7 — истинное солнечное время; 8 — состояние и время заводки пружины; 9 — степени шумности окружающей среды; 10 — звездное время; 11 — местное время 125 городов; 12 — восход Солнца, 13 — заход Солнца; 14 — регулирующая система.
      В часы, кроме того, были встроены следующие приборы: хронограф, минутный репетир с тремя гонгами, термометр, гидрометр, барометр (для измерения атмосферного давления на высоте до 5 тыс. м), компас, модель северного неба с 460 звездами, модель южного неба с 250 звездами и т. д.
      На рис. 172 приведены карманные часы, показывающие изменение фаз Луны, с двойным календарем и с другими устройствами.
      Вплоть до 1780 г. на внешнюю художественную отделку изготовители часов по-прежнему обращали исключительное внимание. Изготовлялись не только прекрасно отделанные корпуса часов, но и не менее тщательно отделанный механизм (даже с гравировкой). Стиля рококо придерживались при изготовлении часов в Германии, во Франции же — стиля Людовика XV.
      В Англии были распространены внешние корпуса карманных часов из особого сплава металла (три части цинка и четыре части меди), который напоминал золото. Он был изобретен Христофором Пинчбеком в 1721 г.; корпуса, изготовленные из этого сплава, известны под названием «pinchbeck». Внешний корпус английских карманных часов в XVIII в. часто украшался рисунком — орнаментом по металлу (рис. 173).
      В то время с карманными часами обращались как с редким и дорогим
      Рис. 170. Карманные часы сложного устройства швейцарской фирмы €Пауль Детисгейм»
      Рис. 171. Сложные карманные часы французской фирмы «Леруа»
      Рис. 172. Карманные часы с репетицией минут, фазами Луны, двойным календарем (а) и с циферблатом, разделенным на 24 часа (б)
      Рис. 173. Внешний вид корпуса английских карманных часов, изготовленных из сплава, предложенного Пинчбеком
      Рис. 174. Карманные часы, напоминающие по своей форме различные музыкальные инструменты
      имуществом. Камни в часах, изготовлявшихся на континенте, чаще всего использовались не в качестве опорных деталей, а как украшения. Карманные часы имели самую различную форму — вазы, пистолета, цветов, арфы (рис. 174). Позднее появился эмалевый циферблат, на который стали наносить художественные изображения; их можно видеть на часах XVIII, XIX и начала XX в. (рис. 175). Однако с 1780 г. карманные часы начали изготовлять в больших количествах, и мода на дорогие часы с художественной отделкой пошла на убыль.
      Рис. 175. Эмалевый корпус карманных часов с художественным изображением (XVIII в.)
      Рис. 176. Цилиндровый ход в карманных часах
      Французский часовщик Жан Антуан Лепот (1720 — 1789) создал карманные часы плоской формы. Введение цилиндрового хода открыло возможность придавать карманным часам еще более плоскую и удобную форму даже для часов с боем и репетицией (благодаря использованию звуковой пружины вместо применявшихся до того колокольчиков). С этого времени постепенно диаметр механизма и его высота стали уменьшаться.
      Во второй половине XIX в. карманные часы приобретают вполне современный вид благодаря введению усовершенствованного спускового устройства (хода), камневых опор, температурной компенсации, минутных и секундных стрелок наряду с часовыми, завода пружины и перемещения стрелок с помощью заводной головки; придание же калибру часов тонкой и плоской формы сделало их уже вполне современными.
      Ввиду особой важности необходимо более детально рассматривать вопрос о том, как после Гюйгенса была решена проблема устранения отхода ходового колеса назад и проблема создания свободного анкерного хода для его применения в карманных часах.
      Создание часов без отхода ходового колеса назад
      При сохранении в часах шпиндельного хода в момент падения зуба на палету имел место отход ходового колеса назад, и именно над устранением этого дефекта, оказывавшего дестабилизирующее действие на ход часов, больше всего работали часовщики после Гюйгенса.
      Цилиндровый ход. Шпиндельный ход стал постепенно вытесняться после появления цилиндрового хода. Первоначально он был известен как горизонтальный ход, из-за того что ходовое колесо в этом ходе вращалось в той же плоскости, что и остальные колеса, т. е. параллельно с платанами карманных часов.
      Принято считать, что Томас Томпион первым изготовил часы с цилиндровым однотактным ходом. Взамен шпинделя им был применен небольшой стальной цилиндр, плоский с одной стороны. Расстояния между зубцами ходового колеса были настолько значительны, что позволяли цилиндру свободно вращаться между ними. В продолжение колебания баланса в одном направлении зубцы падали на поверхность цилиндра и останавливались здесь на покой в продолжение колебания, тогда как при колебании баланса в обратном направлении зубец подходил к плоской стороне цилиндра и давал импульс. Отход назад колеса был сравнительно с шпиндельным ходом незначителен. На изобретение этого хода в сентябре 1695 г. был выдан патент (№ 344) Эдварду Барлоу, Виллиаму Хаутону и Томасу Томпиону.
      Цилиндровый ход сначала не давал лучших результатов, чем шпиндельный ход. Ходовое латунное колесо быстро срабатывалось стальным цилиндром, поэтому довольно скоро от применения горизонтального хода в карманных часах отказались.
      Цилиндровый ход современной конструкции (рис. 176) изобрел в 1725 г. Георг Грагам. Устройство его основано на том же принципе и обладает теми же свойствами, что и изобретенный им для маятниковых часов анкерный ход беч отхода назад ходового колеса и с трением на покое. Применение цилиндро-
      вого хода можно считать первым реальным шагом на пути создания пригодного хода для карманных часов.
      Новый ход среди часовщиков Англии успеха не имел, что отчасти объяснялось трудностями в изготовлении этого хода и отчасти недоверием к нему. Несомненные преимущества цилиндрового хода Грагама в сравнении со шпиндельным ходом должны были быть рано или поздно признаны в кругах часовщиков, и раньше всего это случилось не в Англии, а на континенте Европы — во Франции и Швейцарии. Популяризации этого хода значительно способствовал знаменитый французский часовщик Жюльен Леруа. В 1726 г. Г. Грагам послал Леруа по его просьбе данные об устройстве цилиндрового хода. Леруа был так восхищен этим ходом, что перенял его и затем способствовал его распространению.
      Во Франции и Швейцарии изготовление карманных часов с цилиндровым ходом получило большое распространение; такие часы в небольших количествах продолжали там изготовлять вплоть до 1954 г. В Англии карманные часы с таким ходом изготовлялись в небольших количествах с 1830 г.
      Основными частями цилиндрового хода являются ходовое колесо и цилиндр (рис. 177). Цилиндр представляет собой тщательно отшлифованную и отполированную внутри и снаружи трубку, изготовленную из твердой стали. В рабочей части цилиндра стенки вырезаны так, что остается только часть его боковой поверхности, обнимающая центральный угол приблизительно в 195 — 200°. Внизу эта стенка еще уменьшена с таким расчетом, чтобы оставшаяся часть отвечала центральному углу в 100°. Края срезанной части цилиндра играют роль палет. Стенки цилиндра по возможности должны быть тонкими, насколько позволяет прочность металла. Толщиной стенки цилиндра обусловливается разница между длиной зубца и величиной шага. Так как зубец колеса должен входить внутрь цилиндра, а сам цилиндр помещается в промежутке между двумя зубцами, то разница по ширине промежутка и длине зубца должна быть равна двойной толщине стенки цилиндра с прибавлением необходимой свободы для его свободного вращения. Цилиндр с толстой стенкой уменьшает подъемные площадки зубцов и увеличивает разницу между внутренними и наружными радиусами цилиндра.
      Ходовое колесо Грагам изготовлял из латуни, цилиндр — из стали, обоймы были медные, в них вставлены стальные цапфы. Ходовое колесо имело выступы в ободе по числу зубцов (рис. 178). Зубцы в виде трехгранных головок закреплены на изогнутых под прямым углом ножках на ободе. Нормально ходовое колесо имеет 15 зубцов, но иногда в малогабаритных наручных часах применяется колесо с количеством зубцов от 13 до 14.
      Ось цилиндра одновременно является и осью баланса, так как на ней насажен баланс со спиральной пружиной. Функционирование цилиндрового хода достигается благодаря взаимодействию ходового колеса с цилиндром. Ходовое колесо передает импульс балансу непосредственно (поскольку баланс с цилиндром составляли одно целое). Цилиндровый ход относится к типу ходов, где импульс происходит главным образом на спинке зубца ходового колеса. Наклон импульсной поверхности зубцов ходового колеса составляет от 16 до 18°. При большем наклоне имеет место увеличение поверхности подъема зубца в цилиндре. В этом случае сила пружины может оказываться недостаточной, чтобы часы после завода могли начать ходить без раскачивания, что в карманных и наручных часах совершенно необходимо. При слишком малом наклоне (менее 12°) колесо будет двигаться во время подъема быстрее и терять большую часть механической работы. Потери еще увеличиваются сильными ударами кончиков зубцов колеса при их падении на покой цилиндра, что оказывает тормозящее действие на свободное движение последнего. Однако в малогабаритных наручных часах этот наклон может составить 20°; в некоторых швейцарских карманных часах большего габарита наклон бывает меньше, чем 16°. Пята зуба подрезана под уклоном в 22° от радиальной линии с тем, чтобы его выступающая часть могла свободно перемещаться внутри полого цилиндра.
      При выборе расстояния между осями колеса и цилиндра необходимо выдерживать следующее условие: зубцы по отношению к цилиндру должны иметь возможно меньшую свободу, притом одинаковую как вне, так и внутри цилиндра и во всех зубцах.
      Цикл работы цилиндрового хода показан на рис. 179. В положении А зуб начинает импульс, в положении В заканчивает его. В положении С следующий зуб падает на цилиндр, в положении D баланс завершает свой размах; в положении Е зуб начинает входить внутрь цилиндра, сообщая импульс обратного направления. В этом положении энергия импульса поглощена волоском и баланс возвращается в положение А.
      Амплитуда колебаний цилиндра не превосходит 180° и обычно бывает 150 — 160°; при амплитудах, больших 180°, может произойти заклинивание и поломка хода. Для устранения этого баланс снабжается упорным штифтом, который ограничивает его амплитуду. Цилиндровый ход, подобный ходу Грагама для маятниковых часов, есть ход с покоем без отхода назад ходового колеса, на осуществление которого в шпиндельном ходе тратилась значительная часть кинетической энергии баланса.
      Цилиндровый ход после усовершенствования его Грагамом и другими часовщиками смог обеспечить большую точность хода карманных часов, нежели шпиндельный ход. Открылась возможность изготовлять карманные часы более плоского калибра, лучше расположив колесную передачу. Немалое значение для последующего применения этого хода имела замена в нем латунного ходового колеса стальным. Хотя казалось разумным применять латунное колесо и стальной цилиндр, так как цилиндр во столько раз больше испытывает контактов, чем зуб, сколько зубцов на колесе, но было обнаружено, что латунное колесо сильно стирает цилиндр. Считается, что Урбан Юргенсон первым применил стальное ходовое колесо, однако имеются указания, что это было уже сделано Томасом Ирншау в 1780 г. и Абрагамом Луи Бреге в начале его деятельности. Мюдж и другие английские часовщики, так же как и Бреге, применяли рубиновые цилиндры, которые при всех их хороших качествах были дороги и очень хрупки. Цилиндровый ход наряду с положительными сторонами имеет и недостатки. Он является несвободным ходом, в нем цилиндр испытывает сильное трение при соприкосновении с зубцами ходового колеса, вследствие чего часы начинают отставать и их часто приходится чинить.
      Виргульный ход (ход «запятая»). В период дискуссий и экспериментов с цилиндровым ходом во Франции был предложен новый ход, получивший название виргульного. Его изобретателем был знаменитый писатель Бомарше (Пьер Огюстен Карон, 1732 — 1799), автор бессмертных комедий «Севильский
      цирюльник» и «Женитьба Фигаро». Особенностью виргульного хода является то, что зубцы ходового колеса имеют форму запятых.
      Ход, изобретенный Бомарше, был упрощен и усовершенствован Лепотом и в таком виде получил распространение во Франции (рис. 180). В положении А зуб вступает в контакт с кулачком, давая слабый импульс и перемещаясь в полукруглую выемку покоя, в положение В. В положении С импульс поглощен и волосок баланса переводит его в положение D, а затем в положение Е, где начинается основной импульс, продолжающийся до положения G, в котором зуб сходит с кулачка, и следующий зуб падает на внешнюю грань кулачка, в положение Я, находясь там в покое до окончания размаха баланса (положение ) и возвращения его в положение А.
      Действие хода сходно с работой цилиндрового хода, но здесь импульсы неодинаковы и трение покоя также неодинаково. Внутренняя полуокружность покоя расположена очень близко к оси баланса, и работа сил трения здесь меньше, чем в цилиндре; внешняя окружность покоя также не намного больше, чем в цилиндре. Однако принципиально этот ход не имеет заметных преимуществ перед цилиндровым, а трудности при смазке и ремонте сломанной оси баланса привели к тому, что он был вытеснен цилиндровым ходом и в 1800 г. совершенно оставлен.
      Дуплекс-ход. Изобретение этого хода приписывается Роберту Гуку и Иоганну Баптисту Дютертру из Парижа.
      Вильям Дергамм описывает ход Гука в своей книге «Искусный часовщик» («The Artificial Clockmaker», 1696) как ход, который имеет два баланса, установленных на отдельных осях и вместе сцепленных, причем один из них регулируется балансовой пружиной. На третьей оси сидит ходовое колесо, которое оказывает чередующиеся действия палет на балансовую ось. Эти три оси установлены в форме равностороннего треугольника. Ход Гука не давал, однако, лучших результатов, чем шпиндельный ход.
      Дуплексный ход Дютертра имеет два баланса, сцепленных вместе, один из которых регулируется балансовой пружиной, но действие его было иным: здесь имел место период покоя, а не период отскока.
      На рис. 181 приведен дуплексный ход, предложенный в 1725 г. французским часовым мастером Дютертром. Этот ход был с двумя ходовыми колесами. На оси О укреплены два колеса: колесо покоя и колесо импульса. Колесо покоя имеет больший диаметр, и зуб ограничен вогнутой кривой; колесо импульса имеет меньший диаметр, и зуб у него ограничен сзади выпуклой кривой. Зубцы колеса работают с одним-единственным зубом импульса на диске А. Зубцы же колеса покоя работают с насаженной на одной оси с диском ролькой с вырезом. Баланс с диском А и ролькой сидят на одной оси. Импульс диску А сообщается зубцами импульсного колеса.
      Позднейшая и весьма обычная форма хода дуплекс была основана на изобретении выдающегося французского часовщика Пьера Леруа (1750 г.). Оно заключалось в замене двух колес одним и в совмещении на этом колесе зубцов, которые до того были расставлены на двух колесах. Этот ход в Англии получил некоторое распространение лишь в первой четверти XIX в. Он нашел также применение в так называемых «долларовых» часах, предназначенных для массового производства часовой фирмой «Ватербури» (США). Дуплекс-ход считается теперь устаревшим, но сохранился в некоторых старинных часах.
      Интересно, что цилиндровый ход, который был изобретен в Англии, получил применение не в самой Англии, а на континенте Европы, в то время как дуплексный ход, усовершенствованный во Франции, получил наибольшее распространение среди часовщиков Англии. Имя Мак-Кабе, знаменитого часовщика Англии, всегда ассоциируется с успешными результатами, достигнутыми им в применении дуплексного хода в карманных часах. П. Леруа упразднил двухколесную систему; усовершенствованная им форма дуплексного хода показана на рис. 182. В этом ходе ходовое колесо объединяет в себе функции двух колес (колеса покоя и колеса импульса), поскольку оно имеет зубцы обоях колес, совмещенных на одном колесе. Нормально ходовое колесо имеет 15 пар зубцов.
      Основными частями усовершенствованного Леруа дуплекс-хода являются: ходовое колесо, рубиновый ролик и импульсная палета. Ходовое колесо обычно изготовляется из твердой откованной латуни, но в некоторых случаях применяется колесо из твердой отпущенной стали. На ходовом колесе имеется несколько пар зубцов, которые различаются по форме и расположению: н) зубцы покоя — длинные тонкие и суженные к концу; они простираются в радиальном направлении от обода колеса; б) импульсные зубцы — короткие, треугольной формы, расположенные вертикально над ободом колеса.
      Рубиновый ролик является цилиндром небольшого диаметра (рис. 183, а), изготовленным из полудрагоценного камня. В нем имеется очень небольшой вырез такой глубины, какая необходима для беспрепятственного прохода зуба покоя. Ролька своим отверстием насажена на нижний конец оси баланса с легким трением. После насадки ролька приклеивается к оси расплавленным шеллаком. Ролька обычно делается из рубина или сапфира; она должна быть совершенно круглой и хорошо отшлифованной.
      Импульсная палета (рис. 183, б) изготовляется либо из стали, либо из драгоценного камня и представляет собой радиально направленное плечо, установленное на втулке или трубке, которая пригоняется плотно к телу оси баланса над рубиновым роликом, так что может вращаться вокруг оси, если это требуется для регулирования. Импульсная поверхность лежит на линии, проходящей через центр оси баланса.
      Ролька работает в контакте с зубцами покоя, а импульсная палета — с зубцами импульса. Во все время движения баланса, за исключением спуска, зуб колеса покоя лежит на рольке и испытывает трение покоя. Импульс передается прямо через импульсную палету при движении баланса влево; во время правых движений баланс не получает импульса, так как импульсный зуб, ударив по палете, проскочит дальше и ляжет на покой. Это будут «мертвые» удары. Поэтому дуплекс-ход при любом его устройстве относится к классу ходов с «мертвым» ударом («single beat escapement»). Этим он отличается от цилиндрового хода. Известно, что при цилиндровом ходе импульс передается балансу при его движении в ту и другую сторону.
      Дуплекс-ход имеет сходство с цилиндровым в том, что они оба являются ходами с трением на покое. При вращении вправо (во время «мертвого» удара) трение в дуплекс-ходе — выходящее и сравнительно небольшое, тогда как при левом (рабочем) колебании зуб колеса стремится въесться в поверхность ролика (входящее трение).
      На рис. 184 дана схема действия дуплекс-хода. В положении а вращение ходового колеса происходит как показано стрелкой. Баланс, рубиновый ролик и импульсная палета, сидящие на одной оси, совершают колебания против часовой стрелки. Поскольку баланс колеблется, V-образный вырез рубинового ролика приходит на линию кончика зуба покоя, который входит в этот вырез; вследствие этого ходовому колесу открывается возможность начать совместное вращение с ролькой под влиянием движущих сил. Колесо продолжает вращаться до тех пор, пока зуб покоя не выскользнет из выреза; тогда в пределах 8 — 10°, или угла спадения, колесо будет вращаться свободно. Пройдя этот угол, зуб покоя падает на поверхность ролика или будет находиться на трении покоя в течение завершения колебания баланса, происходящего по дуге против часовой стрелки. Этот покой едва заметно нарушается при встрече импульсного зубца с вырезом ролика небольшим обратным толчком н «мертвым» ударом.
      Импульс подается балансу, когда он начнет свое колебание в обратном направлении или по часовой стрелке — в одну сторону с ходовым колесом (положения в и г). На рис. 183 показано взаиморасположение импульсной палеты с импульсным зубом при подаче импульса. Угол импульса 35°, т. е. угол, при котором повернется импульсная палета во время контакта с импульсным зубом. Наклон передней грани импульса к радиусу составляет 24°. Для обеспечения точного функционирования хода необходимо обеспечить строго фиксированное взаиморасположение импульсной палеты и рольки, импульсной палеты относительно стенки выреза рольки. Импульсная палета должна быть так расположена относительно выреза рубинового ролика, чтобы она была немного впереди импульсного зуба в момент, когда зуб покоя выходит из выреза рольки. Длина импульсной палеты должна быть такой, чтобы она могла проходить между соседними ближайшими импульсными зубцами ходового колеса, в то время когда зуб покоя находится на цилиндрической поверхности рубинового ролика.
      Этот ход, более чем какой-либо другой, требует весьма высокого мастерства исполнения. Ходовое колесо должно быть аккуратно собрано из своих составных частей и установлено совершенно правильно; рубиновый ролик должен надежно устанавливаться концентрично к его оси, а его поверхность и вырез на нем должны быть хорошо отполированы. Глубина выреза ролика должна быть такова, чтобы зуб ни в коем случае не задел выреза, и, с другой стороны, не слишком велика, чтобы это не повредило прочности рольки. Если от конца зуба до дна выреза ролика остается зазор, равный ширине зуба, этого более чем достаточно.
      Достоинством дуплексного хода П. Леруа является то, что он сравнительно прост и требует лишь небольшого количества масла для смазки рольки,, чтобы смягчить трение покоя. С хорошим балансом, компенсированным на температуру и правильно уравновешенным, и со спиралью с концевыми кривыми удалось получить почти столь же хорошие хода часов, как и со свободным анкерным ходом.
      К недостаткам этого хода относится: 1) необходимость тщательной полировки рольки; в осях должен быть минимально возможный люфт, в противном случае в осях значительно увеличивается трение, особенно при левом (рабочем) ходе; 2) наличие тонкой и длинной оси, на которой сидит ролька; 3) чувствительность к внешним толчкам и сотрясениям. При внешних толчках или сотрясениях часы могут или останавливаться, или получить увеличение амплитуды. Остановка обычно происходит в момент получения балансом «мертвого» удара. Это устраняют путем встряхивания часов в плоскости баланса.
     
      История применения свободного анкерного хода в карманных и наручных часах
      В настоящее время в карманных и наручных часах наибольшее применение имеет свободный анкерный ход, изобретенный Томасом Мюджем в 1754 г. В основу его был положен несвободный анкерный ход, примененный его учителем Георгом Грагамом в маятниковых часах.