Измерение времени: история и современные приборы.

Введение

Часы или хронометры – это устройства, которые измеряют и отображают время. Часы – одно из древнейших изобретений человека, отвечающее потребности измерения интервалов времени, меньших, чем естественные единицы, такие как день, лунный месяц и год. Устройства, работающие на различных физических процессах, использовались на протяжении тысячелетий. Некоторые предшественники современных часов можно считать «часами», основанными на природных движениях: солнечные часы показывают время, отображая положение тени на плоской поверхности. Существует ряд таймеров длительности, хорошо известным примером являются песочные часы. Водные часы, наряду с солнечными, возможно, являются самыми древними приборами для измерения времени. Значительный прогресс произошел с изобретением спускового механизма, который позволил создать первые механические часы около 1300 года в Европе, отсчитывающие время с помощью колеблющихся элементов, таких как балансовое колесо. Традиционно в часовом деле (изучении измерения времени) термин «часы» использовался для часов с боем, а часы, не отбивающие часы, назывались измерителями времени. Это различие сейчас обычно не делается. Часы и другие носимые приборы для измерения времени обычно не называют часами. Часы с пружинным заводом появились в XV веке. В XV и XVI веках часовое дело процветало. Следующий шаг в повышении точности произошел после 1656 года с изобретением маятниковых часов Кристианом Гюйгенсом. Важным стимулом для повышения точности и надежности часов была необходимость точного измерения времени для навигации. Механизм часов, состоящий из серии шестерен, приводимых в движение пружиной или гирями, называется часовым механизмом; этот термин также используется для обозначения аналогичного механизма, не применяемого в часах. Электрические часы были запатентованы в 1840 году, а электронные часы появились в XX веке и получили широкое распространение с развитием небольших полупроводниковых устройств, работающих от батарей. Элементом измерения времени в каждом современном часе является гармонический осциллятор – физический объект (резонатор), который вибрирует или колеблется на определенной частоте. Английское слово происходит от средненижнегерманского и средненидерландского Klocke. Слово происходит от среднеанглийского clokke, старосеверофранцузского cloque или среднеголландского clocke, все из которых означают «колокол».

Instrument for measuring, keeping or indicating time

A clock or chronometer is a device that measures and displays time. The clock is one of the oldest human inventions, meeting the need to measure intervals of time shorter than the natural units such as the day, the lunar month, and the year. Devices operating on several physical processes have been used over the millennia. Some predecessors to the modern clock may be considered "clocks" that are based on movement in nature: A sundial shows the time by displaying the position of a shadow on a flat surface. There is a range of duration timers, a well known example being the hourglass. Water clocks, along with sundials, are possibly the oldest time measuring instruments. A major advance occurred with the invention of the verge escapement, which made possible the first mechanical clocks around 1300 in Europe, which kept time with oscillating timekeepers like balance wheels. Traditionally, in horology (the study of timekeeping), the term clock was used for a striking clock, while a clock that did not strike the hours audibly was called a timepiece. This distinction is not generally made any longer. Watches and other timepieces that can be carried on one's person are usually not referred to as clocks. Spring driven clocks appeared during the 15th century. During the 15th and 16th centuries, clockmaking flourished. The next development in accuracy occurred after 1656 with the invention of the pendulum clock by Christiaan Huygens. A major stimulus to improving the accuracy and reliability of clocks was the importance of precise time keeping for navigation. The mechanism of a timepiece with a series of gears driven by a spring or weights is referred to as clockwork; the term is used by extension for a similar mechanism not used in a timepiece. The electric clock was patented in 1840, and electronic clocks were introduced in the 20th century, becoming widespread with the development of small battery powered semiconductor devices. The timekeeping element in every modern clock is a harmonic oscillator, a physical object (resonator) that vibrates or oscillates at a particular frequency. so the English word came from the Middle Low German and Middle Dutch Klocke. The word derives from the Middle English clokke, Old North French cloque, or Middle Dutch clocke, all of which mean 'bell'.

Солнечные очки

Видимое положение Солнца на небе меняется в течение каждого дня, отражая вращение Земли. Тени, отбрасываемые неподвижными предметами, перемещаются соответственно, поэтому их положение можно использовать для определения времени суток. Солнечные часы показывают время, отображая положение тени на (обычно) плоской поверхности с разметкой, соответствующей часам. Солнечные часы могут быть горизонтальными, вертикальными или иметь другие ориентации. В древности солнечные часы широко использовались. При знании широты, хорошо сконструированные солнечные часы могут измерять местное солнечное время с разумной точностью, в пределах минуты-двух. Солнечные часы продолжали использоваться для контроля точности работы часов до 1830-х годов, когда использование телеграфа и железных дорог стандартизировало время и часовые пояса между городами.

Приборы для измерения продолжительности, прошедшего времени и интервалов

Многие устройства могут использоваться для измерения течения времени, не привязываясь к эталонному времени (времени суток, часам, минутам и т.д.), и могут быть полезны для измерения продолжительности или интервалов. Примеры таких таймеров – свечные часы, часы с благовониями и песочные часы. Свечные и благовонные часы работают по одному и тому же принципу: потребление ресурса более или менее постоянно, что позволяет достаточно точно и воспроизводимо оценивать прошедшее время. В песочных часах течение времени определяется постоянной скоростью просыпания мелкого песка через крошечное отверстие, указывая на заранее установленный, произвольный отрезок времени. Ресурс не расходуется, а используется повторно.

Водные часы

Водные часы, наряду с солнечными часами, возможно, являются самыми древними инструментами для измерения времени, за исключением палочки для подсчёта дней. Учитывая их большую древность, установить точное место и время их первого появления невозможно, и, возможно, это останется неразрешимой задачей. Чашеобразный отточный механизм – самая простая форма водных часов – известен по находкам в Вавилоне и Египте, датируемым примерно 16 веком до нашей эры. Ранние свидетельства существования водных часов обнаружены и в других регионах мира, включая Индию и Китай, однако датировка этих находок менее определенна. Некоторые авторы утверждают, что водяные часы появились в этих регионах уже в 4000 году до нашей эры. Македонский астроном Андроник Киррский руководил строительством Башни ветров в Афинах в I веке до нашей эры, в которой была установлена большая клепсидра, а снаружи – несколько заметных солнечных часов, что позволяло сооружению функционировать как ранняя версия часовой башни. Греческая и римская цивилизации усовершенствовали конструкцию водных часов, повысив их точность. Эти достижения были восприняты византийской и исламской культурами и в конечном итоге вернулись в Европу. Независимо от этого, китайцы к 725 году нашей эры разработали собственные усовершенствованные водные часы (水鐘), распространив свои знания в Корее и Японии. Некоторые конструкции водных часов разрабатывались независимо, а некоторые знания передавались благодаря развитию торговли. В обществах, предшествовавших современным, не существовало такой же потребности в точном измерении времени, как в современных индустриальных обществах, где каждый час работы или отдыха контролируется, а начало и окончание работы могут быть привязаны к любому времени, независимо от внешних условий. Вместо этого водяные часы в древних обществах использовались главным образом в астрологических целях. Эти ранние водяные часы калибровались с помощью солнечных часов. Несмотря на то, что водяные часы никогда не достигали точности современных приборов, на протяжении тысячелетий они были самым точным и широко используемым устройством для измерения времени, пока в Европе в XVII веке их не заменили более точные маятниковые часы. Исламской цивилизации принадлежит заслуга дальнейшего повышения точности часов благодаря сложным инженерным решениям. В 797 (или, возможно, 801) году аббасидский халиф Багдада Харун аль-Рашид подарил Карлу Великому азиатского слона по имени Абуль-Аббас вместе с «особенно сложным экземпляром» водных часов. Папа Сильвестр II распространил использование часов в северной и западной Европе около 1000 года нашей эры.

Water clocks, along with sundials, are possibly the oldest time measuring instruments, with the only exception being the day counting tally stick. Given their great antiquity, where and when they first existed is not known and is perhaps unknowable. The bowl shaped outflow is the simplest form of a water clock and is known to have existed in Babylon and Egypt around the 16th century BC. Other regions of the world, including India and China, also have early evidence of water clocks, but the earliest dates are less certain. Some authors, however, write about water clocks appearing as early as 4000 BC in these regions of the world. The Macedonian astronomer Andronicus of Cyrrhus supervised the construction of the Tower of the Winds in Athens in the 1st century BC, which housed a large clepsydra inside as well as multiple prominent sundials outside, allowing it to function as a kind of early clocktower. The Greek and Roman civilizations advanced water clock design with improved accuracy. These advances were passed on through Byzantine and Islamic times, eventually making their way back to Europe. Independently, the Chinese developed their own advanced water clocks (水鐘) by 725 AD, passing their ideas on to Korea and Japan. Some water clock designs were developed independently, and some knowledge was transferred through the spread of trade. Pre modern societies do not have the same precise timekeeping requirements that exist in modern industrial societies, where every hour of work or rest is monitored and work may start or finish at any time regardless of external conditions. Instead, water clocks in ancient societies were used mainly for astrological reasons. These early water clocks were calibrated with a sundial. While never reaching the level of accuracy of a modern timepiece, the water clock was the most accurate and commonly used timekeeping device for millennia until it was replaced by the more accurate pendulum clock in 17th century Europe. Islamic civilization is credited with further advancing the accuracy of clocks through elaborate engineering. In 797 (or possibly 801), the Abbasid caliph of Baghdad, Harun al Rashid, presented Charlemagne with an Asian elephant named Abul Abbas together with a "particularly elaborate example" of a water clock. Pope Sylvester II introduced clocks to northern and western Europe around 1000 AD.

Механические водные часы

Первые известные механические часы были изобретены великим математиком, физиком и инженером Архимедом в III веке до н.э. Архимед создал свои астрономические часы, которые также были кукушечными часами с поющими и двигающимися каждый час птицами. Это первые часы с карильоном, которые играют музыку одновременно с человеком, моргающим глазами в удивлении от пения птиц. Часы Архимеда работают с системой из четырех весов, противовесов и струн, регулируемых системой поплавков в водяном резервуаре с сифонами, которые обеспечивают автоматическое продолжение хода часов. Принципы работы такого типа часов описаны математиком и физиком Героном, который отмечает, что некоторые из них работают с цепью, вращающей шестерню в механизме. Другие греческие часы, вероятно, построенные во времена Александра, находились в Газе, как описал Прокопий. Часы в Газе, вероятно, представляли собой метеороскопион, то есть сооружение, демонстрирующее небесные явления и время. Они имели указатель времени и некоторые автоматические устройства, подобные часам Архимеда. Там было 12 дверей, открывающихся поочередно каждый час, с изображением Геркулеса, выполняющего свои подвиги, Льва в первый час и т.д., а ночью каждый час загоралась лампа, открывая 12 окон для отображения времени. Буддийский монах династии Тан И Син вместе с чиновником Лян Линзанем в 723 (или 725) году разработал спусковой механизм для привода водяной армиллярной сферы и часов, что стало первым в мире часовым механизмом. Полимат и гений династии Сун Су Сун (1020–1101) включил его в свое монументальное изобретение – астрономическую башню с часами в Кайфэне в 1088 году. Его астрономические часы и вращающаяся армиллярная сфера по-прежнему использовали либо текущую воду в весенние, летние и осенние сезоны, либо жидкую ртуть в зимние морозы (то есть гидравлику). В механизме водяного колеса Су Суна действие спускового механизма, останавливающего и освобождающего, достигалось гравитацией, периодически действующей при непрерывном заполнении жидкостью резервуаров ограниченного размера. Таким образом, часы Су Суна объединили концепции клепсидры и механических часов в одно устройство, работающее на механике и гидравлике. В своем докладе Су Сун писал об этой концепции:

The first known geared clock was invented by the great mathematician, physicist, and engineer Archimedes during the 3rd century BC. Archimedes created his astronomical clock, which was also a cuckoo clock with birds singing and moving every hour. It is the first carillon clock as it plays music simultaneously with a person blinking his eyes, surprised by the singing birds. The Archimedes clock works with a system of four weights, counterweights, and strings regulated by a system of floats in a water container with siphons that regulate the automatic continuation of the clock. The principles of this type of clock are described by the mathematician and physicist Hero, who says that some of them work with a chain that turns a gear in the mechanism. Another Greek clock probably constructed at the time of Alexander was in Gaza, as described by Procopius. The Gaza clock was probably a Meteoroskopeion, i. e., a building showing celestial phenomena and the time. It had a pointer for the time and some automations similar to the Archimedes clock. There were 12 doors opening one every hour, with Hercules performing his labors, the Lion at one o'clock, etc., and at night a lamp becomes visible every hour, with 12 windows opening to show the time. The Tang dynasty Buddhist monk Yi Xing along with government official Liang Lingzan made the escapement in 723 (or 725) to the workings of a water powered armillary sphere and clock drive, which was the world's first clockwork escapement. The Song dynasty polymath and genius Su Song (1020–1101) incorporated it into his monumental innovation of the astronomical clock tower of Kaifeng in 1088. His astronomical clock and rotating armillary sphere still relied on the use of either flowing water during the spring, summer, and autumn seasons or liquid mercury during the freezing temperatures of winter (i. e., hydraulics). In Su Song's waterwheel linkwork device, the action of the escapement's arrest and release was achieved by gravity exerted periodically as the continuous flow of liquid filled containers of a limited size. In a single line of evolution, Su Song's clock therefore united the concepts of the clepsydra and the mechanical clock into one device run by mechanics and hydraulics. In his memorial, Su Song wrote about this concept:

"По мнению вашего скромного слуги, в прошлые династии существовало множество систем и конструкций астрономических инструментов, различающихся между собой в незначительных деталях. Но принцип использования энергии воды для привода механизма всегда оставался неизменным. Небеса движутся непрерывно, как и вода течет. Следовательно, если вода подается с идеальной равномерностью, то сравнение вращательных движений (небес и машины) не выявит никаких расхождений или противоречий, поскольку непрерывное следует за непрестанным." Су Сун также испытал сильное влияние более ранней армиллярной сферы, созданной Чжан Сисюнем (976 г. н.э.), который также использовал спусковой механизм и применял жидкую ртуть вместо воды в водяном колесе своей астрономической башни с часами. Механизм часов астрономической башни Су Суна включал в себя большое ведущее колесо диаметром 11 футов, с 36 ковшами, в каждый из которых равномерно подавалась вода из "резервуара постоянного уровня". Главный приводной вал из железа, с цилиндрическими шейками, поддерживаемыми на железных полумесяцевидных подшипниках, заканчивался зубчатым колесом, которое вступало в зацепление с зубчатым колесом в нижней части главного вертикального передаточного вала. Эта большая астрономическая гидромеханическая башня с часами высотой около десяти метров (около 30 футов) была оснащена спусковым механизмом и приводилась в движение вращающимся колесом либо падающей водой, либо жидкой ртутью. Полноразмерная рабочая копия часов Су Суна находится в Национальном музее естественных наук Республики Китай (Тайвань) в городе Тайчжун. Эта полномасштабная, полностью функциональная копия высотой около 12 метров была построена на основе оригинальных описаний и механических чертежей Су Суна. Китайский спусковой механизм распространился на запад и стал источником западной технологии спусковых механизмов. В XII веке Аль-Джазари, инженер из Месопотамии (жил в 1136–1206 годах), работавший на артукидского короля Диярбакра, Насир ад-Дина, создал многочисленные часы различных форм и размеров. Наиболее известными часами были слоновые, писчие и замковые часы, некоторые из которых были успешно реконструированы. Помимо указания времени, эти величественные часы были символами статуса, величия и богатства государства Уртукидов. Знания об этих ртутных спусковых механизмах могли распространиться в Европу с переводами арабских и испанских текстов.

According to your servant's opinion there have been many systems and designs for astronomical instruments during past dynasties all differing from one another in minor respects. But the principle of the use of water power for the driving mechanism has always been the same. The heavens move without ceasing but so also does water flow (and fall). Thus if the water is made to pour with perfect evenness, then the comparison of the rotary movements (of the heavens and the machine) will show no discrepancy or contradiction; for the unresting follows the unceasing. Song was also strongly influenced by the earlier armillary sphere created by Zhang Sixun (976 AD), who also employed the escapement mechanism and used liquid mercury instead of water in the waterwheel of his astronomical clock tower. The mechanical clockworks for Su Song's astronomical tower featured a great driving wheel that was 11 feet in diameter, carrying 36 scoops, into each of which water was poured at a uniform rate from the "constant level tank". The main driving shaft of iron, with its cylindrical necks supported on iron crescent shaped bearings, ended in a pinion, which engaged a gear wheel at the lower end of the main vertical transmission shaft. This great astronomical hydromechanical clock tower was about ten metres high (about 30 feet), featured a clock escapement, and was indirectly powered by a rotating wheel either with falling water or liquid mercury. A full sized working replica of Su Song's clock exists in the Republic of China (Taiwan)'s National Museum of Natural Science, Taichung city. This full scale, fully functional replica, approximately 12 meters (39 feet) in height, was constructed from Su Song's original descriptions and mechanical drawings. The Chinese escapement spread west and was the source for Western escapement technology. In the 12th century, Al Jazari, an engineer from Mesopotamia (lived 1136–1206) who worked for the Artuqid king of Diyar Bakr, Nasir al Din, made numerous clocks of all shapes and sizes. The most reputed clocks included the elephant, scribe, and castle clocks, some of which have been successfully reconstructed. As well as telling the time, these grand clocks were symbols of the status, grandeur, and wealth of the Urtuq State. Knowledge of these mercury escapements may have spread through Europe with translations of Arabic and Spanish texts.

Полностью механические

Слово horologia (от греческого ὥρα — «час» и λέγειν — «говорить») использовалось для описания ранних механических часов, но употребление этого слова (всё ещё используемого в нескольких романских языках) для всех измерителей времени скрывает истинную природу механизмов. Например, сохранилась запись о том, что в 1176 году в соборе Санс во Франции был установлен «horologe», но используемый механизм неизвестен. По словам Жоселина де Бракелонда, во время пожара в аббатстве Сент-Эдмундсбери (ныне Бери-Сент-Эдмундс) в 1198 году монахи «побежали к часам», чтобы набрать воды, что указывает на то, что их водяные часы имели резервуар, достаточно большой, чтобы помочь потушить случайный пожар. Слово «часы» (через средневековую латынь clocca от староирландского clocc, оба означающие «колокол»), которое постепенно вытесняет «horologe», позволяет предположить, что звук колоколов также характеризовал прототипы механических часов, появившиеся в XIII веке в Европе. В Европе в период с 1280 по 1320 год наблюдается увеличение числа упоминаний о часах и horologes в церковных записях, что, вероятно, указывает на создание нового типа часового механизма. Существующие часовые механизмы, использующие энергию воды, адаптировались для получения движущей силы от падающих грузов. Эта сила контролировалась некоторой формой колебательного механизма, вероятно, происходящего из существующих устройств для звона в колокола или сигнализации. Этот контролируемый выпуск энергии – спусковой механизм – знаменует начало истинных механических часов, которые отличались от ранее упомянутых часовых механизмов с зубчатыми колёсами. Механизм гравитационного эскапирования появился в период расцвета развития истинных механических часов, для работы которых не требовалось никакой жидкой энергии, такой как вода или ртуть. Эти механические часы предназначались для двух основных целей: сигнализации и оповещения (например, для определения времени богослужений и общественных мероприятий) и для моделирования солнечной системы. Первая цель – административная; вторая возникает естественным образом, учитывая научные интересы в астрономии, науке и астрологии и то, как эти предметы интегрировались с религиозной философией того времени. Астролябии использовались как астрономами, так и астрологами, и было естественно применить часовой привод к вращающейся пластине для создания рабочей модели Солнечной системы. Простые часы, предназначенные в основном для оповещения, устанавливались в башнях и не всегда требовали циферблата или стрелок. Они должны были объявлять канонические часы или интервалы между установленными временами молитвы. Канонические часы менялись по продолжительности в зависимости от времени восхода и захода солнца. Более сложные астрономические часы имели движущиеся циферблаты или стрелки и показывали время в различных системах времени, включая итальянские часы, канонические часы и время, измеряемое астрономами того времени. Оба стиля часов начали приобретать экстравагантные особенности, такие как автоматы. В 1283 году большие часы были установлены в приорате Данстебл в Бедфордшире, на юге Англии; их расположение над росписью указывает на то, что это были не водяные часы. В 1292 году в Кентерберийском соборе был установлен «большой horologe». В течение следующих 30 лет упоминания о часах встречаются в ряде церковных учреждений Англии, Италии и Франции. В 1322 году в Норвиче были установлены новые часы, дорогостоящая замена более ранних часов, установленных в 1273 году. Они имели большой (2 метра) астрономический циферблат с автоматами и колоколами. Расходы на установку включали оплату труда двух часовщиков в течение двух лет, и современные репродукции были созданы. Часы в Уоллингфорде имели большой циферблат типа астролябии, показывающий Солнце, возраст, фазу и узел Луны, карту звёзд и, возможно, планеты. Кроме того, на них было колесо фортуны и индикатор состояния прилива на Лондонском мосту. Колокола звонили каждый час, и количество ударов указывало время.

The word horologia (from the Greek ὥρα—'hour', and λέγειν—'to tell') was used to describe early mechanical clocks, but the use of this word (still used in several Romance languages) for all timekeepers conceals the true nature of the mechanisms. For example, there is a record that in 1176, Sens Cathedral in France installed an 'horologe', but the mechanism used is unknown. According to Jocelyn de Brakelond, in 1198, during a fire at the abbey of St Edmundsbury (now Bury St Edmunds), the monks "ran to the clock" to fetch water, indicating that their water clock had a reservoir large enough to help extinguish the occasional fire. The word clock (via Medieval Latin clocca from Old Irish clocc, both meaning 'bell'), which gradually supersedes "horologe", suggests that it was the sound of bells that also characterized the prototype mechanical clocks that appeared during the 13th century in Europe. In Europe, between 1280 and 1320, there was an increase in the number of references to clocks and horologes in church records, and this probably indicates that a new type of clock mechanism had been devised. Existing clock mechanisms that used water power were being adapted to take their driving power from falling weights. This power was controlled by some form of oscillating mechanism, probably derived from existing bell ringing or alarm devices. This controlled release of power – the escapement – marks the beginning of the true mechanical clock, which differed from the previously mentioned cogwheel clocks. The verge escapement mechanism appeared during the surge of true mechanical clock development, which did not need any kind of fluid power, like water or mercury, to work. These mechanical clocks were intended for two main purposes: for signalling and notification (e. g., the timing of services and public events) and for modeling the solar system. The former purpose is administrative; the latter arises naturally given the scholarly interests in astronomy, science, and astrology and how these subjects integrated with the religious philosophy of the time. The astrolabe was used both by astronomers and astrologers, and it was natural to apply a clockwork drive to the rotating plate to produce a working model of the solar system. Simple clocks intended mainly for notification were installed in towers and did not always require faces or hands. They would have announced the canonical hours or intervals between set times of prayer. Canonical hours varied in length as the times of sunrise and sunset shifted. The more sophisticated astronomical clocks would have had moving dials or hands and would have shown the time in various time systems, including Italian hours, canonical hours, and time as measured by astronomers at the time. Both styles of clocks started acquiring extravagant features, such as automata. In 1283, a large clock was installed at Dunstable Priory in Bedfordshire in southern England; its location above the rood screen suggests that it was not a water clock. In 1292, Canterbury Cathedral installed a 'great horloge'. Over the next 30 years, there were mentions of clocks at a number of ecclesiastical institutions in England, Italy, and France. In 1322, a new clock was installed in Norwich, an expensive replacement for an earlier clock installed in 1273. This had a large (2 metre) astronomical dial with automata and bells. The costs of the installation included the full time employment of two clockkeepers for two years. and modern reproductions have been made. Wallingford's clock had a large astrolabe type dial, showing the sun, the moon's age, phase, and node, a star map, and possibly the planets. In addition, it had a wheel of fortune and an indicator of the state of the tide at London Bridge. Bells rang every hour, the number of strokes indicating the time.

С пружинами

Часовщики развивали свое искусство различными способами. Создание более компактных часов было технической задачей, как и повышение точности и надежности. Часы могли быть впечатляющими образцами мастерства, демонстрирующими умелые руки мастера, или менее дорогими, серийными изделиями для домашнего использования. Особенно важным фактором, влияющим на точность часов, был спусковой механизм, поэтому было опробовано множество различных конструкций. Часы с пружинным заводом появились в XV веке, хотя их часто ошибочно приписывают нюрнбергскому часовщику Питеру Хенлейну (или Хенле, или Хеле) около 1511 года. Самые ранние сохранившиеся часы с пружинным заводом – камерные часы, подаренные Филиппу Доброму, герцогу Бургундскому, около 1430 года, которые сейчас находятся в Германском национальном музее. Некоторые немецкие часы XV века показывали минуты и секунды. Ранняя запись о секундной стрелке на часах датируется примерно 1560 годом и относится к часам из коллекции Фремерсдорфа. В XV и XVI веках часовое дело процветало, особенно в городах, занимавшихся металлообработкой, – Нюрнберге и Аугсбурге, а также в Блуа (Франция). Некоторые из самых простых настольных часов имели только одну стрелку, а циферблат между часовыми делениями был разделен на четыре равные части, что позволяло определять время с точностью до 15 минут. Другие часы являлись демонстрацией мастерства и умения, включали астрономические индикаторы и музыкальные механизмы. Крестовый спусковой механизм был изобретен в 1584 году Йостом Бюрги, который также разработал ремонтуар. Часы Бюрги значительно повысили точность, показывая время с погрешностью не более минуты в день. Эти часы помогли астроному XVI века Тихо Браге наблюдать за астрономическими явлениями с гораздо большей точностью, чем прежде.

Маятник

Следующее достижение в точности произошло после 1656 года с изобретением маятниковых часов. Галилей ещё в начале XVII века предложил использовать качающийся маятник для регулирования хода измерительного прибора. Однако изобретателем обычно считается Кристиан Гюйгенс. Он вывел математическую формулу, связывающую длину маятника с периодом колебаний (около 99,4 см или 39,1 дюйма для секундного хода) и изготовил первые часы с маятниковым ходом. Первые модели были созданы в Гааге в 1657 году, но наибольшее распространение идея получила в Англии. Английский часовщик Уильям Клемент в 1670 или 1671 году создал напольные часы (также известные как часы с гириком), предназначенные для размещения маятника и механизма. В это же время корпуса часов начали делать из дерева, а циферблаты – из эмали и расписной керамики. В 1670 году Уильям Клемент разработал якорный спуск, который стал усовершенствованием спускового механизма Гюйгенса. Клемент также внедрил пружину маятникового подвеса в 1671 году. Концентрированная минутная стрелка и впервые секундная стрелка были добавлены в конструкцию часов Дэниелом Кваром, лондонским часовщиком, и другими мастерами.

Волосовая пружина

В 1675 году Гюйгенс и Роберт Хук изобрели спиральную балансирную пружину, или волосную пружину, предназначенную для регулирования скорости колебаний балансира. Это важнейшее усовершенствование наконец сделало возможным создание точных карманных часов. Выдающийся английский часовщик Томас Томпион был одним из первых, кто успешно применил этот механизм в своих карманных часах, и он внедрил минутную стрелку, которая, после ряда испытаний различных конструкций, в конечном итоге приобрела современный вид. Механизм боя с храповым и винтовым приводом для часов с боем был разработан в XVII веке и обладал явными преимуществами перед механизмом "счетного колеса" (или "запорной пластины"). В XX веке существовало распространенное заблуждение о том, что Эдвард Барлоу изобрел механизм боя с храповым и винтовым приводом. На самом деле, его изобретение касалось повторяющегося механизма, использующего храповый и винтовой привод. Повторяющиеся часы, отбивающие количество часов (или даже минут) по требованию, были изобретены либо Кваре, либо Барлоу в 1676 году. Джордж Грэм изобрел анкерный ход с мертвым ударом для часов в 1720 году.

Морской хронометр

Главным стимулом к повышению точности и надежности часов была важность точного измерения времени для навигации. Положение судна в море можно было определить с разумной точностью, если моряк мог использовать часы, которые теряли или выигрывали не более 10 секунд в сутки. Эти часы не могли содержать маятник, который был бы практически бесполезен на качающемся корабле. В 1714 году британское правительство предложило крупное денежное вознаграждение в размере 20 000 фунтов стерлингов тому, кто сможет точно определять долготу. Джон Харрисон, посвятивший свою жизнь повышению точности своих часов, впоследствии получил значительные суммы по Закону о долготе. В 1735 году Харрисон создал свой первый хронометр, который он последовательно улучшал в течение следующих тридцати лет, прежде чем представить его на экспертизу. В часах было много инноваций, включая использование подшипников для снижения трения, балансиров с утяжелителями для компенсации крена и качки корабля, а также использование двух различных металлов для уменьшения проблемы теплового расширения. Хронометр был испытан в 1761 году сыном Харрисона, и к концу 10 недель погрешность часов составила менее 5 секунд.

Массовое производство

Британцы доминировали в производстве часов на протяжении большей части XVII и XVIII веков, но придерживались системы производства, ориентированной на выпуск высококачественных изделий для элиты. Хотя в 1843 году британская часовая компания предприняла попытку модернизировать производство часов, используя методы массового производства и дублирующие инструменты и оборудование, именно в Соединенных Штатах эта система получила развитие. В 1816 году Эли Терри и другие часовые мастера из Коннектикута разработали способ массового производства часов с использованием взаимозаменяемых деталей. Аарон Луфкин Деннисон основал фабрику в 1851 году в Массачусетсе, также использовавшую взаимозаменяемые детали, и к 1861 году руководил успешным предприятием, зарегистрированным как Waltham Watch Company.

Ранние электрические

В 1815 году английский ученый Фрэнсис Рональдс опубликовал первые электрические часы, работающие от батарей на сухом элементе. Александр Бейн, шотландский часовщик, запатентовал электрические часы в 1840 году. Пружина электрических часов накручивается либо электродвигателем, либо электромагнитом с якорем. В 1841 году он впервые запатентовал электромагнитный маятник. К концу XIX века появление гальванического элемента позволило использовать электрическую энергию в часах. Часы, работающие от пружины или гири, использующие электричество – переменный (AC) или постоянный (DC) ток – для перемотки пружины или подъема гири механических часов, классифицируются как электромеханические. Эта классификация также относится к часам, использующим электрический импульс для приведения в движение маятника. В электромеханических часах электричество не выполняет функцию измерения времени. Эти часы изготавливались как отдельные приборы, но чаще использовались в синхронизированных системах времени в школах, предприятиях, на фабриках, железных дорогах и в государственных учреждениях в качестве главных и ведомых часов. При наличии стабильного источника электропитания переменного тока с постоянной частотой, измерение времени может быть очень надежным благодаря использованию синхронного двигателя, который по сути подсчитывает циклы. Частота переменного тока составляет 50 герц во многих странах и 60 герц в других. Хотя частота может незначительно меняться в течение дня в зависимости от нагрузки, генераторы спроектированы так, чтобы поддерживать точное количество циклов в течение суток, поэтому часы могут быть на долю секунды спешить или отставать в любой момент времени, но будут абсолютно точными в долгосрочной перспективе. Ротор двигателя вращается со скоростью, связанной с частотой переменного тока. Соответствующая передача преобразует эту скорость вращения в подходящую для стрелок аналоговых часов. Время в этих случаях измеряется различными способами, например, путем подсчета циклов переменного тока, вибрации камертона, поведения кварцевых кристаллов или квантовых колебаний атомов. Электронные схемы делят эти высокочастотные колебания на более медленные, которые управляют отображением времени.

In 1815, the English scientist Francis Ronalds published the first electric clock powered by dry pile batteries. Alexander Bain, a Scottish clockmaker, patented the electric clock in 1840. The electric clock's mainspring is wound either with an electric motor or with an electromagnet and armature. In 1841, he first patented the electromagnetic pendulum. By the end of the nineteenth century, the advent of the dry cell battery made it feasible to use electric power in clocks. Spring or weight driven clocks that use electricity, either alternating current (AC) or direct current (DC), to rewind the spring or raise the weight of a mechanical clock would be classified as an electromechanical clock. This classification would also apply to clocks that employ an electrical impulse to propel the pendulum. In electromechanical clocks the electricity serves no time keeping function. These types of clocks were made as individual timepieces but more commonly used in synchronized time installations in schools, businesses, factories, railroads and government facilities as a master clock and slave clocks. Where an AC electrical supply of stable frequency is available, timekeeping can be maintained very reliably by using a synchronous motor, essentially counting the cycles. The supply current alternates with an accurate frequency of 50 hertz in many countries, and 60 hertz in others. While the frequency may vary slightly during the day as the load changes, generators are designed to maintain an accurate number of cycles over a day, so the clock may be a fraction of a second slow or fast at any time, but will be perfectly accurate over a long time. The rotor of the motor rotates at a speed that is related to the alternation frequency. Appropriate gearing converts this rotation speed to the correct ones for the hands of the analog clock. Time in these cases is measured in several ways, such as by counting the cycles of the AC supply, vibration of a tuning fork, the behaviour of quartz crystals, or the quantum vibrations of atoms. Electronic circuits divide these high frequency oscillations to slower ones that drive the time display.

Кварц

Пьезоэлектрические свойства кристаллического кварца были открыты Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Первый кристаллический осциллятор был изобретен Александром М. Николсоном в 1917 году, а первый кварцевый кристаллический осциллятор был создан Уолтером Г. Кейди в 1921 году. В 1969 году компания Seiko представила первые в мире кварцевые наручные часы Astron. Их присущая точность и низкая стоимость производства привели к последующему широкому распространению кварцевых часов. Атомные часы впервые были теоретически обоснованы лордом Кельвином в 1879 году. В 1930-х годах развитие магнитного резонанса позволило создать практический метод их реализации. Прототип аммиачного мазера был построен в 1949 году в Национальном бюро стандартов США (NBS, ныне NIST). Хотя он был менее точным, чем существующие кварцевые часы, он продемонстрировал принципиальную возможность создания таких устройств. Первые точные атомные часы, цезиевые стандарты, основанные на определенном переходе атома цезия-133, были созданы Луисом Эссеном в 1955 году в Национальной физической лаборатории Великобритании. Калибровка цезиевых атомных часов осуществлялась с использованием астрономического масштаба времени – эфемеридного времени (ET). По состоянию на 2013 год наиболее стабильными атомными часами являются итербивые часы, стабильность которых составляет менее двух частей на 1 квинтиллион (2), что открывает потенциал для еще большей точности. Все современные часы используют колебания. Хотя механизмы, лежащие в их основе, различны, все осциллирующие часы – механические, электрические и атомные – работают по схожему принципу и могут быть разделены на аналогичные компоненты. Они состоят из объекта, который многократно повторяет одно и то же движение – осциллятора – с точно постоянным временным интервалом между каждым повторением, или «импульсом». К осциллятору прикреплено управляющее устройство, которое поддерживает его движение, компенсируя потери энергии на трение, и преобразует колебания в серию импульсов. Эти импульсы затем подсчитываются счетчиком, а полученное число преобразуется в удобные единицы измерения, такие как секунды, минуты, часы и т.д. Наконец, индикатор отображает результат в форме, понятной для человека.

The piezoelectric properties of crystalline quartz were discovered by Jacques and Pierre Curie in 1880. The first crystal oscillator was invented in 1917 by Alexander M. Nicholson, after which the first quartz crystal oscillator was built by Walter G. Cady in 1921. In 1969, Seiko produced the world's first quartz wristwatch, the Astron. Their inherent accuracy and low cost of production resulted in the subsequent proliferation of quartz clocks and watches. Atomic clocks were first theorized by Lord Kelvin in 1879. In the 1930s the development of magnetic resonance created practical method for doing this. A prototype ammonia maser device was built in 1949 at the U. S. National Bureau of Standards (NBS, now NIST). Although it was less accurate than existing quartz clocks, it served to demonstrate the concept. The first accurate atomic clock, a caesium standard based on a certain transition of the caesium 133 atom, was built by Louis Essen in 1955 at the National Physical Laboratory in the UK. Calibration of the caesium standard atomic clock was carried out by the use of the astronomical time scale ephemeris time (ET). As of 2013, the most stable atomic clocks are ytterbium clocks, which are stable to within less than two parts in 1 quintillion (2). which had the potential for more accuracy. All modern clocks use oscillation. Although the mechanisms they use vary, all oscillating clocks, mechanical, electric, and atomic, work similarly and can be divided into analogous parts. They consist of an object that repeats the same motion over and over again, an oscillator, with a precisely constant time interval between each repetition, or 'beat'. Attached to the oscillator is a controller device, which sustains the oscillator's motion by replacing the energy it loses to friction, and converts its oscillations into a series of pulses. The pulses are then counted by some type of counter, and the number of counts is converted into convenient units, usually seconds, minutes, hours, etc. Finally some kind of indicator displays the result in human readable form.

Осциллятор

Элементом измерения времени в каждом современном часе является гармонический осциллятор – физический объект (резонатор), который вибрирует или колеблется повторяющимся образом с точно постоянной частотой. В механических часах это либо маятник, либо балансовое колесо. В некоторых ранних электронных часах и часах, таких как Accutron, используется камертон. В кварцевых часах и часах – кварцевый кристалл. В атомных часах – вибрация электронов в атомах при излучении микроволн. В ранних механических часах до 1657 года применялось грубое балансовое колесо или фолиот, которые не являлись гармоническими осцилляторами из-за отсутствия спирали баланса. В результате они были очень неточными, с погрешностью до часа в день. Преимущество гармонического осциллятора перед другими типами осцилляторов заключается в использовании резонанса для колебаний на точной собственной резонансной частоте или "ритме", зависящей исключительно от его физических характеристик, и в сопротивлении колебаниям на других частотах. Возможная точность, достигаемая гармоническим осциллятором, измеряется параметром, называемым Q, или коэффициентом добротности, который (при прочих равных условиях) увеличивается с ростом его резонансной частоты. Именно поэтому в часах наблюдается долгосрочная тенденция к использованию осцилляторов с более высокой частотой. Балансовые колеса и маятники всегда оснащены механизмом для регулировки хода часов. Кварцевые часы иногда имеют регулировочный винт, который настраивает конденсатор для этой цели. Атомные часы являются первичными стандартами, и их ход не подлежит регулировке.

Контроллер

Это выполняет двойную функцию: поддерживать работу осциллятора, подталкивая его для компенсации энергии, теряемой на трение, и преобразовывать его колебания в серию импульсов, используемых для измерения времени. В механических часах эту функцию выполняет спусковой механизм, который обеспечивает точные толчки качающемуся маятнику или балансировочному колесу и освобождает один зуб колеса спуска при каждом колебании, позволяя всем колесам часов продвигаться на фиксированное расстояние с каждым колебанием. В электронных часах это электронная генераторная схема, которая дает вибрирующему кварцевому кристаллу или камертону небольшие импульсы и генерирует серию электрических импульсов – по одному на каждое колебание кристалла, что и называется тактовым сигналом. В атомных часах контроллер представляет собой вакуумную микроволновую резонаторную камеру, подключенную к микроволновому генератору, управляемому микропроцессором. В камеру подается тонкий газ атомов цезия, где они подвергаются воздействию микроволн. Лазер измеряет количество атомов, поглотивших микроволны, а электронная система управления с обратной связью, называемая фазовой автоподстройкой (ФАП), настраивает микроволновый генератор до частоты, при которой атомы начинают вибрировать и поглощать микроволны. Затем микроволновый сигнал делится цифровыми счетчиками, формируя тактовый сигнал. В механических часах низкое качество (Q) осциллятора балансировочного колеса или маятника делало их очень чувствительными к возмущающему воздействию импульсов спуска, поэтому конструкция спуска оказывала значительное влияние на точность часов, и было разработано множество различных конструкций. Более высокое качество (Q) резонаторов в электронных часах делает их относительно нечувствительными к возмущающему воздействию энергии, приводящей в действие генератор, поэтому схема управления генератором является менее критичным компонентом. В цифровых часах серия интегральных схем – счетчиков или делителей – суммирует импульсы в цифровом виде, используя двоичную логику. Часто кнопки на корпусе позволяют увеличивать и уменьшать счетчики часов и минут для установки времени.

Показатель

Здесь отображается количество секунд, минут, часов и так далее в удобном для чтения формате. Самые ранние механические часы XIII века не имели визуального индикатора и сообщали время, ударяя колоколами. Многие часы и сегодня являются курантами, отбивающими каждый час. Аналоговые часы показывают время с помощью аналогового циферблата, который состоит из диска с цифрами от 1 до 12 или 24, обозначающими часы в сутках, расположенными по окружности. Часы указываются часовой стрелкой, совершающей один или два оборота в день, а минуты – минутной стрелкой, совершающей один оборот в час. В механических часах ход стрелок обеспечивается зубчатой передачей, а в электронных часах схема генерирует импульсы каждую секунду, приводящие в движение шаговый двигатель и зубчатую передачу, которые перемещают стрелки. Цифровые часы отображают время в виде периодически меняющихся цифр на цифровом дисплее. Распространенное заблуждение состоит в том, что цифровые часы точнее аналоговых настенных часов, однако тип индикатора не связан с точностью источника времени. Говорящие часы и услуги, предоставляемые телефонными компаниями, озвучивают время, используя записанные или цифровые синтезированные голоса.

Типы

Часы можно классифицировать по типу индикации времени, а также по способу измерения времени.

Аналогичные

Аналоговые часы обычно используют часовой циферблат, который показывает время с помощью вращающихся указателей, называемых "стрелками", на фиксированном пронумерованном циферблате или циферблатах. Стандартный часовой циферблат, известный во всем мире, имеет короткую "часовую стрелку", которая указывает час на круговом циферблате, разделенном на 12 часов, совершая два оборота в день, и более длинную "минутную стрелку", которая указывает минуты в текущем часу на том же циферблате, который также разделен на 60 минут. Он также может иметь "секундную стрелку", которая указывает секунды в текущей минуте. Единственный другой широко используемый сегодня циферблат – 24-часовой аналоговый циферблат, благодаря использованию 24-часового времени в военных организациях и расписаниях. До того, как стандартный часовой циферблат был утвержден во время промышленной революции, на протяжении многих лет использовались различные конструкции циферблатов, в том числе циферблаты, разделенные на 6, 8, 10 и 24 часа. Во время Французской революции французское правительство попыталось внедрить 10-часовой хронометр, как часть их десятичной метрической системы измерений, но он не получил широкого распространения. Итальянские 6-часовые часы были разработаны в 18 веке, предположительно, для экономии энергии (часы или часы, которые бьют 24 раза, потребляют больше энергии). Другим типом аналоговых часов являются солнечные часы, которые непрерывно отслеживают солнце, определяя время по положению тени гномона. Поскольку солнце не переводится на летнее время, пользователям необходимо добавлять час в течение этого периода. Также необходимо вносить поправки на уравнение времени и на разницу между долготой солнечных часов и центральным меридианом используемого часового пояса (то есть 15 градусов к востоку от нулевого меридиана за каждый час, на который часовой пояс опережает GMT). Солнечные часы используют часть 24-часового аналогового циферблата. Существуют также часы, которые используют цифровой дисплей, несмотря на наличие аналогового механизма – их обычно называют перекидными часами. Предлагались альтернативные системы. Например, часы "Twelv" показывают текущий час, используя один из двенадцати цветов, и показывают минуты, отображая пропорцию круглого диска, подобную фазе луны.

Analog clocks usually use a clock face which indicates time using rotating pointers called "hands" on a fixed numbered dial or dials. The standard clock face, known universally throughout the world, has a short "hour hand" which indicates the hour on a circular dial of 12 hours, making two revolutions per day, and a longer "minute hand" which indicates the minutes in the current hour on the same dial, which is also divided into 60 minutes. It may also have a "second hand" which indicates the seconds in the current minute. The only other widely used clock face today is the 24 hour analog dial, because of the use of 24 hour time in military organizations and timetables. Before the modern clock face was standardized during the Industrial Revolution, many other face designs were used throughout the years, including dials divided into 6, 8, 10, and 24 hours. During the French Revolution the French government tried to introduce a 10 hour clock, as part of their decimal based metric system of measurement, but it did not achieve widespread use. An Italian 6 hour clock was developed in the 18th century, presumably to save power (a clock or watch striking 24 times uses more power). Another type of analog clock is the sundial, which tracks the sun continuously, registering the time by the shadow position of its gnomon. Because the sun does not adjust to daylight saving time, users must add an hour during that time. Corrections must also be made for the equation of time, and for the difference between the longitudes of the sundial and of the central meridian of the time zone that is being used (i. e. 15 degrees east of the prime meridian for each hour that the time zone is ahead of GMT). Sundials use some or part of the 24 hour analog dial. There also exist clocks which use a digital display despite having an analog mechanism—these are commonly referred to as flip clocks. Alternative systems have been proposed. For example, the "Twelv" clock indicates the current hour using one of twelve colors, and indicates the minute by showing a proportion of a circular disk, similar to a moon phase.

Гибридный (аналоговый-цифровой)

Часы с аналоговым циферблатом, имеющие цифровой индикатор, как правило, минуты и часы отображаются аналоговым способом, а секунды – в цифровом формате.

Слуховые

Для удобства, в связи с расстоянием, использованием телефонии или при слепоте, звуковые часы сообщают время посредством звуков. Звук может быть представлен в виде озвучиваемой речи (например, "Сейчас двенадцать тридцать пять"), либо в виде звуковых кодов (например, количество последовательных ударов колокола в час указывает на номер часа, как, например, у часов Биг Бен). Большинство телекоммуникационных компаний также предоставляют услугу автоматического оповещения времени.

Слово

Словочасы — это часы, которые визуально отображают время, используя предложения. Например: "Примерно три часа". Эти часы могут быть реализованы на аппаратном или программном уровне.

Проекция

Некоторые часы, как правило цифровые, оснащены оптическим проектором, который проецирует увеличенное изображение текущего времени на экран или на поверхность, например, на потолок или стену в помещении. Цифры достаточно крупные, чтобы их можно было легко прочитать без очков людям со средним нарушением зрения, поэтому такие часы удобны для использования в спальне. Как правило, схема отсчета времени имеет аккумулятор в качестве резервного источника бесперебойного питания для поддержания точности хода, в то время как проектор работает только при подключении к сети переменного тока. Также существуют полностью работающие от аккумулятора портативные модели, похожие на фонарики.

Тактильная

Слуховые и проекционные часы могут использоваться людьми с нарушениями зрения или слепыми. Существуют также часы для слепых с дисплеями, которые можно прочитать на ощупь. Некоторые из них похожи на обычные аналоговые циферблаты, но сконструированы таким образом, чтобы стрелки можно было ощутить, не повредив их. Другой тип по сути является цифровым и использует устройства, отображающие цифры кодом, например, шрифтом Брайля, чтобы их можно было почувствовать кончиками пальцев.

Многодисплейный

Некоторые часы имеют несколько индикаторов, приводимых в движение одним механизмом, а другие – несколько полностью отдельных механизмов в одном корпусе. Часы, установленные в общественных местах, часто имеют несколько циферблатов, видимых с разных сторон, чтобы время можно было прочитать откуда угодно в округе; все циферблаты показывают одно и то же время. Другие часы показывают текущее время в нескольких часовых поясах. Часы, предназначенные для путешественников, часто имеют два индикатора: один для местного времени, а другой – для времени дома, что удобно для запланированных телефонных звонков. Некоторые уравнения времени имеют два индикатора, один показывающий среднее время, а другой – солнечное время, как на солнечных часах. Некоторые часы имеют как аналоговый, так и цифровой индикаторы. Часы с дисплеями Брайля обычно также имеют обычные цифры, чтобы их могли читать зрячие люди.

Цели

Часы встречаются в домах, офисах и многих других местах; более компактные (наручные часы) носят на запястье или в кармане, а более крупные устанавливают в общественных местах, например, на железнодорожном вокзале или в церкви. Небольшие часы часто отображаются в углу экранов компьютеров, мобильных телефонов и многих MP3-плееров. Основное назначение часов – показывать время. Часы также могут быть оснащены функцией подачи громкого звукового сигнала в заданное время, обычно для пробуждения спящего в установленное время; такие часы называют будильниками. Звуковой сигнал может начинаться с небольшой громкости и постепенно увеличиваться, либо предусматриваться возможность отложить его на несколько минут с последующим повторением. Будильники с визуальными индикаторами иногда используются, чтобы показать маленьким детям, которые еще не умеют читать время, что время сна закончилось; их иногда называют часами для обучения. Часовой механизм может использоваться для управления устройствами в зависимости от времени, например, системой центрального отопления, видеомагнитофоном или бомбой замедленного действия (см.: цифровой счетчик). Такие механизмы обычно называют таймерами. Часовые механизмы также применяются для привода устройств, таких как солнечные трекеры и астрономические телескопы, которым необходимо вращаться с точно контролируемой скоростью для компенсации вращения Земли. Большинство цифровых компьютеров используют внутренний сигнал постоянной частоты для синхронизации процессов; этот сигнал называется тактовым. (Некоторые исследовательские проекты разрабатывают процессоры на основе асинхронных схем.) Некоторые устройства, включая компьютеры, также хранят текущее время и дату для использования по мере необходимости; это называется часами реального времени и отличается от тактового сигнала системы, хотя может быть основано на подсчете его циклов.

Временные стандарты

Для некоторых научных работ необходима высочайшая точность времени. Также требуется эталон максимальной точности, по которому можно калибровать рабочие часы. Идеальные часы показывали бы время с неограниченной точностью, но это нереализуемо. Многие физические процессы, в частности некоторые переходы между атомными энергетическими уровнями, происходят с исключительно стабильной частотой; подсчет циклов такого процесса позволяет получать очень точное и стабильное время – часы, работающие по такому принципу, обычно называют атомными часами. Такие часы, как правило, громоздкие, очень дорогие, требуют контролируемых условий и значительно точнее, чем необходимо для большинства задач; они обычно используются в метрологических лабораториях.

До достижений конца двадцатого века навигация зависела от умения определять широту и долготу. Широту можно определить с помощью астрономической навигации, а для измерения долготы требуется точное знание времени. Эта потребность стала основной движущей силой для разработки точных механических часов. Джон Харрисон создал первый высокоточный морской хронометр в середине XVIII века. Полуденная пушка в Кейптауне до сих пор дает точный сигнал, позволяющий судам проверять свои хронометры. Многие здания вблизи крупных портов ранее имели (а некоторые до сих пор имеют) большой шар, установленный на башне или мачте, который опускался в заранее установленное время с той же целью. Хотя спутниковые навигационные системы, такие как GPS, требуют беспрецедентной точности времени, это обеспечивается оборудованием, установленным на спутниках, и транспортным средствам больше не требуется оборудование для измерения времени.

Спорт и игры

Часы могут использоваться для измерения различных промежутков времени в играх и спорте. Секундомеры используются для измерения времени выступления легкоатлетов. Шахматные часы используются для ограничения времени, отводимого игрокам в настольные игры на совершение хода. В различных видах спорта часы измеряют продолжительность игры или её отрезков, а другие часы могут использоваться для отслеживания различных временных интервалов, таких как игровые часы, часы броска и часы подачи.

Фольклор и суеверия

В Великобритании часы связаны с различными поверьями, многие из которых касаются смерти или несчастья. Согласно легендам, часы якобы останавливаются сами по себе, когда умирает кто-то поблизости, особенно монархи. Часы в Палате лордов, как утверждается, остановились "почти" в момент смерти Георга III в 1820 году, часы в замке Балморал остановились в час смерти королевы Виктории, и подобные легенды рассказывают о часах, связанных с Уильямом IV и Елизаветой I. Существует множество суеверий, связанных с часами. Если часы останавливаются до смерти человека, это может предвещать скорую кончину. Аналогично, если часы бьют во время церковного гимна или свадебной церемонии, это предвещает смерть или беду прихожанам или одному из супругов соответственно. Смерть или неблагоприятные события предсказываются, если часы бьют неверное время. Считается также несчастливым, если часы направлены на огонь или если говорить, когда часы бьют. В китайской культуре дарить часы часто считается табу, особенно пожилым людям, поскольку это созвучно с посещением похорон.