Другая история науки. От Аристотеля до Ньютона - Сергей Валянский

Сохранились, конечно, и другие сообщения о строительстве часов, но они не вполне обоснованны. По одному из таких сообщений, башенные часы с боем изготовил Висконти в 1335 году для костела Беата Вирджинни (ныне Сен-Готард) в Милане. По другим данным, Генри де Вик из Поррэна изготовил около 1370 года башенные часы с боем для королевского дворца Карла V.

Результатом применения механических часов стал переход по всей Европе от церковных канонических часов, неравных по времени года, к равным часам нашей современной системы исчисления времени. Изменение было радикальным, а потому переход совершался постепенно, по мере распространения в городах башенных часов. Французский король Карл V первым сделал шаг к этой реформе. 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.

Сутки сначала подразделяли на 24 часа, считая от одного заката солнца до другого. Окончание дня отмечалось 24 ударами колокола, и такой порядок счета времени в некоторых местах сохранялся до 1370 года. Затем начался постепенный переход к подразделению суток на две равные половины, каждая по 12 часов, с отсчетом от полуночи до полудня и обратно — от полудня до полуночи. Теперь не стало надобности отбивать время двадцать четыре раза — хватало двенадцати раз. Переход на этот, более рациональный счет времени происходил в различных странах Западной Европы не одновременно; счет времени от 1 до 24 часов, начиная с часа восхода Солнца, дольше всего сохранялся в Италии и в некоторых городах Германии.

Часы одинаковой продолжительности называли «городским временем». Однако и при новом счете часы продолжали соразмерять и контролировать по истинному солнечному времени; это делали до появления маятниковых часов.

Помимо унификации дилтельности часа, вторым и долгосрочным результатом изобретения часов стал прогресс в механике. Очевидно, например, что зубчатые колеса столь широко распространились в технике во многом благодаря изобретению часов.

Самым старым документом о механических часах, содержащим описание и чертеж, и опубликованном в 11 различных рукописях (из которых по крайней мере одна исходит непосредственно от автора часов), является, по всей видимости, сообщение об «астрарии» — астрономических часах, которые после 16 лет труда закончил в 1364 году профессор астрономии и медицины Джиованни де Донди для Палаццо дель Капитане в Падуе. Эти часы показывали движение Солнца, Луны и пяти планет, содержали в себе вечный календарь и давали возможность определять звездное и среднее солнечное время; они были известны далеко за пределами Италии, доставили Донди большую славу при жизни и обессмертили его имя.

У часов Джиованни Донди рама была изготовлена из бронзы, а валы, колеса, циферблат — из латуни. Из 297 частей этих часов 100 составляли колеса и шестерни, зубцы которых были нарезаны вручную. Зубцы были 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.

В 1529 году эти знаменитые часы испортились и остановились. После долгих поисков нашли часовщика, который сумел их восстановить, это был Джуанелло Турриано (1500–1585). Современники провозгласили его гением, ибо он сам сумел создать астрономические часы сложнейшей конструкции. Для их устройства потребовалось 1800 колес, с помощью которых 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 своих часов.

Он же известен как строитель водопровода, который считался одним из величайших технических чудес XVI века.

Прогресс механических часов

В башенных часах впервые нашли применение сложные многоступенчатые колёсные передачи — кинематические цепи с большими передаточными отношениями, а также кулачковые и храповые механизмы и муфты. В XIV–XVII веках более сложного технического объекта, чем башенные часы, не было. Они по количеству, разнообразию и точности механизмов, подлежащих монтажу, превосходили любые технические объекты того времени.

Часовое дело требовало знания важнейших кинематических соотношений, например числа оборотов колес и трибов (колесо с осью) при определенном количестве зубцов колес и трибов. Возникла необходимость в разработке кинематики механизмов. Зубчатыми передачами заинтересовался Леонардо да Винчи. Джеронимо Кардано (1501–1576), занимаясь часовыми механизмами, также уделял внимание кинематике зубчатого зацепления.

Весьма привлекательной частью башенных часов, кроме движения разнообразных по назначению стрелок, было наличие затейливых фигур, совершающих движение по определенной программе и весьма оживляющих часы. Затем, циферблаты часто располагались на всех четырех сторонах башни, и на всех циферблатах стрелки должны были показывать одно и то же время. Это достигалось путем устройства соответствующей колесной передачи, соединенной с часовым колесом и позволявшей одновременно перемещать стрелки часов на одно деление на всех четырех циферблатах.

Самую раннюю историю механических часов индивидуального пользования невозможно восстановить с полной достоверностью. Но есть основания утверждать, что часы такого рода появились почти сразу по изобретению механических часов, то есть в конце XIII или в начале XIV века, в жилищах итальянских князей и во дворце Филиппа IV Красивого во Франции. В описи имущества последнего упоминаются комнатные часы с двумя свинцовыми гирями.

Другое упоминание об индивидуальных часах имеется в поэме «Роман о Розе» Жана де Мена, написанной в XIII веке. 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».

Большим недостатком комнатных часов XV века была величина колес: некоторые были таких размеров, что выступали за раму.

В XV–XVI веках механические часы стали применяться в астрономических обсерваториях. В 1471 году астроном и математик Региомонтан поселился в Нюрнберге и вместе с Бернгардом Вальтером, меценатом и любителем астрономии, построил обсерваторию, снабженную превосходными инструментами, которые были изготовлены выдающимися нюрнбергскими механиками. Здесь в 1484 году впервые были применены к астрономическим наблюдениям механические часы, приводимые в действие гирей.

В середине XVI века в некоторых больших часах появляется минутная стрелка, а иногда и секундная. Примерно в то же время входит в употребление будильник. Тогда же наметилась широкая потребность в часах индивидуального пользования, в XVII веке спрос на них возник не только среди знати, но и среди буржуазии, а особенную потребность в надежных небольших часах высказывали мореходы. Однако удовлетворить спрос стало возможным лишь после применения в часах ходовой пружины.

Явление упругости было невозможно обнаружить при изучении физических свойств камня и возведенных из него сооружений. Свойство упругости рельефно проступает лишь при функционировании конструкций из стали. Теперь на это обратили внимание, и именно из стали многими учеными-механиками XVII века были впервые изготовлены пружины для часовых механизмов.

С этого момента в области часового дела начался действительный прогресс и значительное распространение часов среди широкого круга горожан. Первые переносные механические часы изготовил, по всей вероятности около 1510 года нюрнбергский слесарь Петр Генлейн, когда он заменил гирю плоской спиральной пружиной. Так пружинный привод часов, принцип которого был заимствован от механизмов движущихся фигур-автоматов XIII века, открыл путь к миниатюризации часов. Однако задача создания точных часов для нужд мореплавания еще долго не была решена.

Попытки создать механические часы для кораблей предпринимались уже в 1530 году. Но часы с балансовым шпиндельным спуском не обеспечивали достаточно точного хода в условиях морской качки. Первым шагом к созданию надежных часов стало включение в их механизм маятника в качестве регулятора. В 1581 году Галилео Галилей (Италия) открыл, что период колебаний маятника с небольшим размахом не зависит от амплитуды этого размаха. В 1641 году он сконструировал маятниковые часы для использования в навигации, а после его смерти их частично построил его сын.