Проект "Такие разные часы"

Всероссийский конкурс исследовательских работ

и творческих проектов «Я – исследователь»

Исследовательская работа

ТАКИЕ РАЗНЫЕ ЧАСЫ

Работу выполнила:

Промышленникова Полина Денисовна

ученица 1 «Г» класса

МБОУ СОШ №29

Руководитель:

Мандрыка Марина Анатольевна

учитель начальных классов

МБОУ СОШ №29

г. Новороссийск

2018

Содержание

1.     Введение………………………………………………………………….….3

2.     Цель исследовательской работы…………………………………………..3

3.     Задачи исследования………………………………………………………..3

4.     История развития часов…………………………………………………….3

4.1   Живые часы……………………………………………………………...3

4.2   Солнечные часы…………………………………………………………5

4.3   Огненные часы…………………………………………………………..7

4.4   Водяные часы……………………………………………………………8

4.5   Песочные часы…………………………………………………………..9

5.     Практическая часть…………………………………………………………11

5.1   Водяные часы……………………………………………………………11

5.2   Водяные часы с переворотом…………………………………………..11

5.3   Восковые огненные часы……………………………………………….12

5.4   Песочные часы…………………………………………………………..12

6.     Заключение…………………………………………………………………..13

7.     Библиографический список………………………………………………...14

8.     Приложение 1 Опытная модель водяных часов…….……………………..15

9.     Приложение 2 Опытная модель водяных часов с переворотом...………..16

10. Приложение 3 Опытная модель огненных часов………………………….18

11. Приложение 4 Опытная модель песочных часов………………………….19

1.    Введение

Часы в нашей жизни играют очень важную роль. Без часов мы бы опаздывали в школу, родители – на работу. Мы бы опаздывали везде и всюду – на встречу с друзьями, в кинотеатр на интересный фильм, в аэропорт на самолет.

И нам уже не хватает знать, сколько часов, сколько минут. Нам важна каждая секунда. Ведь даже Новый Год мы встречаем по секундному бою курантов Спасской башни Московского Кремля.

Трудно себе представить, что когда-то у человека часов вообще не было. И люди не могли определить, какой промежуток времени прошёл. Как же они определяли, когда просыпаться, когда обедать, а когда ложиться спать?

Мне стал интересен этот вопрос, и я начала искать информацию о том, как же раньше люди определяли время, какие были раньше часы и как они работали.

2.    Цель исследовательской работы

Познакомиться с историей часов и исследовать устройство древних видов часов.

3.    Задачи

Изучить разные способы определения времени. Изготовить модели некоторых часов для определения времени и проверить, действительно ли они работают.

4.    История развития часов

4.1             Живые часы

Сегодня все часы настраиваются по самым точным часам в мире – по атомным часам, которые находятся в исследовательских институтах. Но так было не всегда. Были времена, когда не было ни секундной стрелки, ни минутной. Не было ни самих часов. Люди вставали утром, с рассветом. Ложились спать после заката солнца. А если надо было собрать людей в одном месте и в одно время – звонили в колокола или трубили в трубы.

Но и в древние времена людям так же было необходимо знать время. Уже не хватало видеть рассвет и закат. Надо было точнее определять время суток. Постепенно люди стали замечать, что разные птицы просыпаются и начинают чирикать в разное время. Самый первый просыпается соловей, затем жаворонок, а позже всех соня – воробей.

Но это не единственные природные часы. Очень точными оказались цветы. Каждый цветок раскрывает свои лепестки в строго определенное время. Рано утром, перед рассветом,  раскрывается одуванчик. Через 2-3 часа раскрываются цветки лютика. Люди внимательно наблюдали за цветами и научились очень точно по ним определять время.

Первые цветочные часы появились ещё в Древней Греции. На клумбах высаживали цветы, которые раскрываются и закрываются в определенное время. Это позволяло с точностью до получаса определять временные промежутки.

Но зимой цветов нет, трава пожухла и спряталась под снегом, а птицы улетели в теплые края. Да и рассвет зимой наступает позже, чем летом, а закат намного раньше. Да и летом было не просто. Ведь цветы, которые растут в одном месте, могут не расти в другом. Цветок не выкопать и с собой не взять. Да и в дождливую погоду цветы обычно не раскрываются. Пришлось придумывать другие способы определения точного времени.

4.2             Солнечные часы

Самыми первыми часами были солнечные. Древние ученые-астрономы, наблюдавшие за небом, заметили, что после восхода и до самого заката Солнце перемещается по небосводу с одинаковой скоростью и лишь высота Солнца в полдень менялась от лета к зиме, и от зимы к лету. А во время движения Солнца движется и тень, которую отбрасывают все предметы.

Попробуйте проследить за своей тенью на улице в различные часы дня и разные времена года. Тень всегда движется. Утром она падает по направлению к западу, в полдень — к северу, вечером — к востоку, и, если бы лучи солнца не заслонялись земным шаром, в полночь тень падала бы к югу.

Если вы наблюдали за тенью в полдень в разные дни, вы замечаете, как изменяется ее длина. Зимой тень длиннее всего, летом самая короткая, а дважды в год — в начале весны и осенью — длина ее одинаковая: меньше зимней и больше летней.

Длина и направления тени зависят от положения земли по отношению к солнцу. Вращаясь вокруг Солнца, земля попеременно подставляет к нему больше то северное, то южное полушарие. Так как мы не ощущаем движения земли, нам кажется, будто Солнце описывает на небе дуги — зимой меньшие, а летом большие.

Древние ученые, изучили движение Солнца по небу и с изменением положения и длины тени от разных предметов в разное время суток. И, чтобы каждый раз не смотреть на Солнце, придумали первый механизм, показывающий точное время – солнечные часы.

В те времена такие часы стали самыми верными и точными. А изготовить их было проще простого – воткнуть в землю палку или шест и разметить на земле деления, указывающие количество часовых отрезков.

Но всё оказалось сложнее. Солнце движется не по кругу, а по дуге, зимой и летом тени разные, и в разных городах и странах в одно и то же время солнце находится на разных высотах.

Решить эту проблему могли только ученые – астрономы и математики. Они изучали движение Солнца и звезд по небу. Вычисляли углы наклона Солнца в зависимости от места наблюдения на Земле. Место на Земле стали определять по широте и долготе. Широта и долгота каждой точки на Земле – это расположение точки относительно центра Земли и относительно экватора и нулевого меридиана.

В Новороссийске к примеру, это 44 градуса 43 минуты северной широты и 37 градусов 46 минут восточной долготы.

Ученые нашли простой способ «настройки» солнечных часов. Надо стрелку (ГНОМОН) установить под углом к горизонтальной пластине (КАДРАН). На пластине намечается циферблат, деления которого указывают час. Куда падает тень – столько и времени.

Угол наклона стрелки определяют по широте местности. Какой угол широты – на такой угол надо наклонить стрелку. Определить широту легко ночью по Полярной звезде. Полярная звезда всегда на севере. А угол между направлением на полярную звезду и горизонтом даст широту местности. И так – если стрелку часов ночью направить точно на Полярную звезду, то днём, при свете Солнца, получим точные солнечные часы.

Впервые солнечные часы появились в северном полушарии нашей планеты – Египет, Греция, Древний Рим, Древняя Европа и Русь. А Солнце в северном полушарии перемещается справа налево (если стоять лицом на север), что заставляет тень от стрелки (направленной на север) перемещаться слева направо. Поэтому, на современных часах стрелки двигаются слева направо, и такое движение мы называем – «по часовой стрелке».

Солнечные часы были горизонтальные и вертикальные. В вертикальных часах циферблат установлен по вертикали – чаще всего на стене здания.

Солнечные часы много сотен лет были самыми точными и самыми верными спутниками человека во времени. Но был у них один очень серьезный недостаток. Для работы солнечных часов нужно Солнце. Ночью или в пасмурную погоду они не «работаю».

4.3             Огненные часы

Для ночных часов древние ученые и изобретатели придумали часы, для которых не нужна тень, а значит не нужно Солнце. Огненные (огневые) часы измеряли время по количеству масла сгоревшего в лампе, или воска в свече. Это были самые доступные часы, поэтому единицей измерения времени стала свеча. На вопрос: - «Который час?» следовал ответ: - «Две свечи»; что соответствовало примерно трем часам ночи, поскольку вся ночь делилась на три свечи. Такие часы были дешевы и удобны, но неточны. Недостатком таких часов была неоправданность их применения в дневное время суток и точность их была низка из-за разной скорости выгорания масла и воска у разных ламп и свечей.

       

Свечные и масляные (лампадные) огневые часы

Считается, что первые огневые часы появились в Китае, где из специальных сортов дерева растертого в порошок готовили тесто. Из теста раскатывали тонкую длинную «колбаску», которую закручивали в спираль.  Длина спирали была несколько метров, и горела она несколько дней, недель или даже месяцев.

В Европе первые огневые свечные часы появились в начале 13 века (это 800 лет назад). Это очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по длине шкалой. Такие свечи были длиной около метра.

Именно при появлении огневых часов был впервые изобретен будильник. Естественно он был огненным. Действовал он очень просто. В свечу вставлялись гвоздики, которые при сгорании воска выпадали на железную тарелку или в медный таз. В Китае использовали фарфоровые шарики, привязанные на веревочке, которая перегорала при сгорании свечи или дощечки. Шарики падали на металлическую подставку и звенели.

4.4             Водяные часы

Огневые часы были доступны не всем. И у них был серьезный недостаток. Огонь мог погаснуть от не сильного дуновения ветра. Или наоборот, огонь мог, при неаккуратном использовании, привести к пожару. Самыми безопасными стали водяные часы. Принцип их работы был не сложным. Промежуток времени измерялся количеством воды, вытекавшей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Сколько воды утекло – столько и времени. От водяных часов произошло выражение: «Время истекло».

Металлический или глиняный, а позже — стеклянный сосуд наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час.

Первые водяные часы были изготовлены в Древнем Риме для определения продолжительности речи оратора в суде. Видов водяных часов было намного больше, чем видов огневых часов. Водяные часы были выполнены в виде сосуда, из которого вытекала вода, другие часы были наоборот – заполняемые водой. Древние математики высчитывали идеальную форму кувшина, чтобы вода вытекала равномерно. На других часах был прикреплен поплавок, который поворачивался и показывал на циферблате количество часов.

Водяные часы усовершенствовали и усложняли, делая их более долговечными и более точными. Объединяли с механизмами, двигающие стрелки часов. Водяные часы оставались самыми точными вплоть до 17 века (400 лет назад), пока не появились маятниковые (механические) часы.

4.5             Песочные часы

Ещё одним из видов часов в древние времена были песочные часы. Появились они позже водяных, всего тысячу лет назад. Они были похожи на первые водяные часы. Принцип их работы был подобен водяным, только вместо воды применяли песок, который пересыпался из одной емкости в другую. У водяных часов был недостаток, которого не было у песочных. Вода могла пролиться – и её не собрать, вода испарялась в жару и замерзала в зимние холода.

Для того, чтобы сделать точные песочные часы берут специальный, откалиброванный песок и сосуд с отверстием равному одной песчинки. Именно благодаря песочным часам появилось выражение: «Пески времени».

Самый известный вид песочных часов – это две колбы, в которых песок, через маленькое отверстие, пересыпается из одной половины в другую. Главное в таких часах было вовремя их перевернуть.

Песочные часы были не только часами, средневековые мастера украшали их золотом и драгоценными камнями, их преподносили самым богатым и властным людям тех времен.

Песочные часы – это единственные часы, изобретенные много столетий назад, которые используются до сих пор. Во всех поликлиниках и больницах есть вот такие песочные часы, песок в которых пересыпается вниз ровно за три минуты.

А в японском музее песка установлены одни из самых больших песочных часов. Песок в таких часах пересыпается ровно год. Высота этих часов больше 5 метров. И чтобы перевернуть их каждый год 31 декабря 108 мужчин и женщин, которые родились в этом году с тем же знаком китайского зодиака, как и в текущем году, опрокидывают однолетние песочные часы, начиная отсчет Нового года.

5.    Практическая часть

Для того чтобы понять, как же работают все эти часы изготовим их самостоятельно, проведем опыты и докажем, что они могли древним людям помогать следить за временем.

5.1             Водяные часы

Первые водяные часы – самые простые. Возьмем большую бутылку воды (5 л). Сделаем в крышке отверстие диаметром 2-3 мм. Наливаем в бутылку 3 л воды, закрываем крышкой и переворачиваем. Вода вытекает, но так как дополнительный воздух в бутылку не поступает, она начинает сжиматься. При сильном сжатии бутылки, через отверстие в крышке начинает поступать воздух. Воздух бурлит и это приводит к неравномерному вытеканию воды. Значит, такой способ не подходит для водных часов. Надо, чтобы в бутылку свободно поступал воздух, для этого в дне бутылки делаем большое отверстие. Оказывается, именно поэтому для водяных часов в древности использовали чаши и открытые кувшины. Наливаем снова в бутылку воду и переворачиваем. По секундомеру каждую минуту наносим на бутылку риски. В итоге, мы получили водяные часы на 9 минут. Но у таких часов есть недостаток, надо каждый раз наливать воду, а это неэкономично. (см. Приложение 1).

5.2             Водяные часы с переворотом

Мы выяснили, что предыдущие водяные часы не экономичны, поэтому сделаем другие. Для этого возьмем две пластиковые бутылки, клей, скотч, маркер и дрель! И ещё нам понадобятся две трубочки для сока. Склеиваем пробки клеем и делаем в них 2 отверстия. Наливаем в одну бутылку воду, соединяем бутылки при помощи крышек и переворачиваем. Так как воздух из бутылок не может выйти наружу, он проходит через воду и бурлит. Перетекание воды происходит неравномерно. Такой способ не подходит. Надо сделать каналы, для перехода воздуха из одной бутылки в другую. Для этого возьмем 2 трубочки для сока и вставим их в отверстия в крышках. В этом случае, вода перетекает из бутылки в бутылку равномерно и очень быстро. Для того, чтобы уменьшить скорость вытекания воды, надо уменьшить отверстия в трубочках. Для этого мы загибаем конец трубочки и заклеиваем скотчем, а уголки срезаем, получив 2 отверстия около 1 мм. Собираем снова часы, переворачиваем и по секундомеру засекаем время и наносим на бутылку риски.

Время начала опыта 40:30, время окончания опыта 44:00. Получились водяные часы на 3 минуты и 30 секунд. Перевернем снова часы и засечем время. Время начала опыта 44:15, время окончания опыта 48:00. Получили 3 минуты 45 секунд. Опыт показал, что водяные часы работают, время можно настраивать с помощью уменьшения или увеличения отверстия, наше отличие во времени перетекания как раз и связано с неодинаковыми отверстиями в трубочках. (см. Приложение 2).

5.3             Восковые огненные часы

Сделаем самый простой, огненный будильник! Нам понадобятся 2 свечки, нитка, линейка, маркер и металлический крючок (или любой металлический предмет). Берем свечки и ставим на них риски через каждые 5 мм. Поджигаем сначала одну свечку и следим по секундомеру, когда она догорит до первой риски, второй и т.д. На нарисованной схеме видно, что свеча горит почти равномерно. Небольшая разница во времени, получается, из-за изменения длины фитиля свечки и неравномерности сгорания свечи. Получилось, что 6 частей свечки, сгорели за 9 минут 30 секунд. Зная это время и номер риски, сделаем свечной будильник. Для этого пропустим нитку, к которой привязан металлический крючок через середину свечи, в месте 6 риски. Другой конец нитки будем держать, чтобы груз не опрокинул свечку. Поджигаем свечу, ставим таймер и ждем. Будильник должен сработать через 9 минут 30 секунд.

Начало плавления 56:00. Теоретическое время срабатывания 05:30. В 07:00 свечка догорела до нужной риски, нитка перегорела и крючок упал на пол и зазвенел. Несмотря на ошибку в 1 минуту 30 секунд, из-за неравномерности сгорания свечей, можно считать данный будильник действующим. (см. Приложение 3).

5.4             Песочные часы

Для песочных часов возьмем две маленькие пластиковые бутылки, клей, шило, маркер, воронку и манную крупу. Песка дома не было, а манка подошла.

Склеиваем пробки клеем и делаем в них маленькое отверстие 3 мм. Насыпаем в одну из бутылок манку. Собираем часы и переворачиваем…не сыпется. Надо увеличить отверстие. Опытным путем выяснили, с отверстием 6 мм, песочные часы, на манной крупе работают.

1)      Начало опыта 37:20, окончание опыта39:15 à 1 мин. 55 сек.

2)      Переворачиваем часы. Начало опыта 40:20, окончание опыта42:09à 1 мин. 49 сек.

3)      Вновь переворачиваем часы. Начало опыта 43:20, окончание опыта45:16à 1 мин. 56 сек.

Время пересыпания песка (крупы) из одной бутылки в другую отличается всего на 5-6 секунд. Это связано с разной формой горлышек бутылок. Но мы получили песочные часы почти на 2 минуты. (см. Приложение 4).

6.     Заключение

Измерение времени становилось все более сложным делом. Эпоху солнечных, водяных, песочных, огненных часов сменила тысячу лет назад эпоха механических, сто лет назад — электрических, а недавно — электронных часов. Когда-то точность часов была такая, что они ошибались на несколько секунда в час. Сегодня же атомные часы показывают время с точностью 1 секунды на три тысячи лет.  

Все эти часы несколько тысяч лет помогали нашим предкам следить за временем, изучать науки, определять скорость кораблей, и просто вести домашние дела. Новая эпоха часов началась с изобретения маятника. И этот период ещё не закончился…

В ходе данной работы я очень много узнала об истории часов, познакомилась с их разновидностями и устройством. Мы изготовили несколько опытных моделей часов, которые применялись древними людьми. Мы выяснили, что такие часы действительно работают и с помощью них можно определять и отмерять время. А также нашли причины, по которым древние часы были недостаточно точными.

7.     Библиографический список

1.     Михаль С. Часы. От гномона до атомных / Научн. ред. В. А. Шполянский. сокр. перевод с чешского Мельнера Р.Е.-М.: Знание, 1983г.

2.     Подвапинский А. Журнал «Горизонты техники для детей» №7-76г.

3.     Сайт история-вещей.рф

4.     Сайт inhoras.com

5.     Сайт об истории изобретений istoriz.ru

6.     Википедия

Приложение 1

Опытная модель водяных часов

                                                                                                                                

 

Приложение 2

Опытная модель водяных часов с переворотом

 

Приложение 2 (продолжение)

 

Приложение 3

Опытная модель огненных часов

 

Приложение 4

Опытная модель песочных часов