Часові механізми

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки України

Часові механізми

Зміст

годинник механічний електронний сонячний

Вступ

1.1 Поява сонячного годинника

1.2 Інші види годинників

Висновки до першого розділу

2.1 Механічні годинники

2.2 Електронні годинники

2.3 UNIX-час

Висновки до другого розділу

Вступ

Шварц Євген Львович одного разу сказав: “Людина, яка надаремно витрачає свій час, сама не помічає, як старіє.”

Кожного ранку ми прокидаємося під настирливі, дратівливі звуки будильника і розбігаємось, як мурашки, хто куди: хто на роботу, хто в інститут, хто в школу. Все своє життя людина звіряє за годинником, старається все робити точно і, найголовніше, вчасно. Час - це невід'ємна частина нашого життя. Основним атрибутом часу є годинник. Годинник вдома на стіні, годинник на руці, годинник в мобільному телефоні. Але як виник годинник, і хто його створив? Цей реферат відповість на запитання про розвиток часових механізмів, які посіли значну роль у нашому житті.

1. Час до механічних годинників

1.1 Поява сонячного годинника

Ще в стародавні часи люди вміли визначати час, дивлячись на зірки, яскравим прикладом цього є створений ними сонячний годинник. Один з екземплярів сонячної техніки до сьогодні знаходиться на Азовському морі, в місті Бердянськ: сонячний годинник розташований на березі моря. Він є невід'ємною частиною міста і гордістю тамтешніх мешканців (рис. 1.1, 1.2).

Поява сонячного годинника зв'язана з тим далеким часом, коли людство зрозуміло зв'язок між довжиною й положенням сонячної тіні від тих чи інших предметів та положенням сонця на небі.

Хоча достеменно невідомо, вважається, що сонячний годинник з'явився приблизно у 3500 р. до н. е. Механізм роботи такого годинника був дуже простим -- зміна довжини тіні гномона (давнього астрономічного інструменту для вимірювання часу, елементом якого є вертикальна жердина, що відкидає тінь на горизонтальний майданчик), центральної осі або колони сонячного годинника, вказувала на зміну часу доби. Вперше сонячний годинник був згаданий у Біблії, в 20-му розділі Другої Книги Царів: ”І сказав Ісая: Ось тобі знак той від Господа, що Господь зробить ту річ, про яку говорив: Чого хочеш, щоб пішла тінь уперед на десять ступенів, чи щоб вернулася на десять ступенів? І сказав Єзекія: Легко тіні похилитися вперед на десять ступенів; ні, а нехай тінь вернеться назад на десять ступенів!“.

В античні часи сонячний годинник був у першу чергу астрономічним інструментом, який використовували задля розрахунків географічної широти. Народом, який першим почав широко використовувати сонячні годинники, були вавилоняни. Незабаром їхній приклад наслідували давні греки, які вдосконалили принцип роботи інструменту. Всі давні народи, що використовували сонячні годинники, ділили добу на 24 години, але тривалість кожної години у них варіювала залежно від географічної широти і пори року. Виїмки в годиннику і «годинникові» лінії підбирали так, щоб кінець тіні прута вказував годину, а кут, під яким зрізана верхня частина каменю, залежить від широти місця, для якого виготовлений годинник. Іноді гномон, який відкидає тінь, розташовувався паралельно осі землі.

По зміні довжини і напрямку тіні можна було не тільки вимірювати час, але також спостерігати взаємні переміщення Сонця й Землі. Немає сумніву в тому, що математики й астрономи допіфагорейской епохи, до яких належали також Анаксимандр і Фалес, використовували результати вимірів для вивчення руху космічних тіл.

У подальшому були винайдені сонячні годинники різноманітних форм, які умовно можна розділити на:

· горизонтальні і вертикальні;

· ранкові та вечірні;

· конічні, кульові й циліндричні.

Популярність сонячних годинників, як інструменту для визначення часу, істотно знизилася після запровадження стандартної години тривалістю 60 хвилин. Але і за Середньовіччя і пізніше сонячні годинники влаштовували на площах міст, на будівлях ратуш. З часом, як нині, будівництво сонячних годинників, стало організацією своєрідної місцевої декоративної пам'ятки, часто садово-паркової.

1.2 Інші види годинників

З плином часу наші предки винайшли і інші види годинників.

1) Пісочний годинник - цей годинник побудовано на тому, що точно відкалібрований річковий пісок проходить через вузький отвір, в 1 піщину, в однакові проміжки часу. Половинки скляної посудини мали форму чаші й призначалися для виміру невеликих проміжків часу, але мали недолік: після пересипання піску з верхньої порожнини в нижню їх доводилося перевертати.

2) Водяний годинник, який також називається клепсидрою, має принцип дії схожий з пісочним годинником.

Поряд із сонячними годинниками, можливо, є найстаршими приладами для виміру часу. З огляду на глибоку стародавність водяних годин, де й коли вони вперше з'явилися науці не відомо. Чашеоподібний відтік є найпростішою формою водяного годинника, і, як відомо, існував у Вавилоні та в Єгипті біля XVI століття до нашої ери. В інших регіонах світу, включаючи Індію та Китай, також є древні ознаки існування водяних годинників, але дати їх появи є менш певними. Деякі автори пишуть, що водяний годинник був у цих областях уже на початку 4000 р. до н.е.

Деякі проекти водяних годинників були розроблені незалежно один від одного, а деякі знання були перенесені за допомогою поширення торгівлі. У суспільствах, що передують сучасному, не було потреби в особливо точних методах з підвищеними вимогами до хронометрування, що подібно існує в сучасному індустріальному суспільстві, де щогодини роботи або відпочинку контролюється, і робота може початися або закінчитися в будь-який час, незалежно від зовнішніх умов. Замість цього, водяні годинники в древніх суспільствах використалися в основному для астрологічних вимірів. Ці ранні водяні годинники були відкалібровані з сонячними годинниками. Ніколи не досягаючи рівня точності сучасних годинників, водяні годинники були найточнішими протягом декількох тисячоріч і широко використовувалися як пристрої хронометражу, поки в Європі в XVII сторіччі не були замінені на більш точні маятникові годинники.

3) Вогняні годинники.

Вогняний годинник уперше з'явився в Китаї. Він складався зі спіралі або палички з горючого матеріалу з підвішеними металевими кульками. При згорянні матеріалу кульки падали в порцелянову вазу, роблячи дзенькіт.

Згодом різновид вогняних годинників з'явилася й у Європі. Тут використовувалися свічки, на які рівномірно наносилися мітки. Відстань між мітками служило одиницею часу.

Такі годинники використовували аж до XVIII ст. З приходом технічного прогресу виробництво годинників почало стрімко розвиватися.

Висновки до першого розділу

У суспільствах, що передують сучасному, не було потреби в особливо точних методах з підвищеними вимогами до хронометрування, що існує в сучасному індустріальному суспільстві, де щогодини роботи або відпочинку контролюється, і робота може початися або закінчитися в будь-який час, незалежно від зовнішніх умов. Замість цього, сонячні, водяні, та інші годинники в древніх суспільствах використалися в основному для астрологічних вимірів.

Їх використовували задля розрахунків географічної широти, по зміні довжини і напрямку тіні можна було не тільки вимірювати час, але також спостерігати взаємні переміщення Сонця й Землі. Немає сумніву в тому, що математики й астрономи допіфагорейской епохи, до яких належали також Анаксимандр і Фалес, використовували результати вимірів для вивчення руху космічних тіл. Народом, який першим почав широко використовувати сонячні годинники, були вавилоняни. Незабаром їхній приклад наслідували давні греки, які вдосконалили принцип роботи інструменту.

З плином часу наші предки винайшли також водяний, пісочний та свічковий годинники. Їх використовували аж до XVIII ст.

Вже з приходом технічного прогресу виробництво годинників почало стрімко розвиватися.

2. Сучасні годинники

2.1 Механічні годинники

Механічний годинник -- годинник, для роботи якого використовується маятник, гирьове або пружинне джерело енергії. Як коливальна система використовується маятниковий або балансовий регулятор.

Механічні годинники за точністю ходу поступаються електронним і кварцовим. З цієї причини сучасні механічні годинники є більше символом престижу або певного соціального становища, ніж необхідним засобом вимірювання часу.

Перший механічний годинник був винайдений ще в 1470 році. Ця модель годинника працювала від енергії пружини і механізму для запуску пристрою. Пізніше, в середині ХІХ ст., новим кроком в розвитку годинників став розвиток хрономентрів, годинникових механізмів, які дозволяли проводити точне вимірювання проміжків часу.

Механічний годинник складається з декількох основних частин:

· Джерело енергії -- заведена пружина або піднята гиря.

· Спусковий механізм -- пристрій, що перетворює безперервний обертальний рух в коливальний або зворотно--поступальний рух. Спусковий механізм визначає точність ходу годинника.

· Коливальна система -- маятник або балансир (баланс).

· Механізм заведення і переведення стрілок -- ремонтуар.

· Система шестерень, що з'єднує пружину і спусковий механізм -- ангренаж.

· Циферблат зі стрілками.

Історично першою коливальною системою був маятник. Як відомо, при однаковій амплітуді і постійному прискоренні вільного падіння частота коливання маятника незмінна. Точність ходу настроюється зміною довжини маятника.

У класичного маятникового механізму є три недоліки. По-перше, частота коливань маятника залежить від амплітуди коливань (цей недолік подолав Гюйгенс, змусивши маятник коливатися по циклоїді, а не по дузі кола). По-друге, маятниковий годинник повинен бути встановлений нерухомо; на рухомому транспорті його використовувати не можна. По-третє, частота залежить від прискорення вільного падіння, тому годинник, вивірений на одній широті, відставатиме на нижчих широтах і поспішатиме на більш високих.

Іншу коливальну систему - балансирний механізм наручного годинника, розробили голландець Хрістіан Гюйгенс і англієць Роберт Гук незалежно один від одного він заснований на коливаннях підпружиненого тіла. Точність ходу регулюється градусником -- важелем, який виводить з роботи деяку частину спіралі. Баланс чутливий до коливань температури, тому колесо і спіраль роблять зі сплавів із невеликим коефіцієнтом температурного розширення. Інший, старіший варіант -- робити коліщатко з двох різних металів, щоб воно згиналося під час нагрівання (біметалевий баланс).

Для підвищення точності ходу баланс оснащувався гвинтами, що дозволяють точно збалансувати колесо. Поява прецизійних верстатів-автоматів позбавило годинникарів від балансування, гвинти на балансі стали чисто декоративним елементом.

Балансирний механізм застосовується переважно в переносних годинниках, оскільки, на відміну від маятникових, може експлуатуватися в різних положеннях. Однак внаслідок нечутливості до коливань температури, а також завдяки більшій довговічності в баштових і деяких видах підлогових і настінних годинників все одно застосовується маятник.

Годинниковий бій також має історію. На початку використовували дзвіночок, що дзвенів один раз після того, як його торкав спеціальний важілець.

На вежових годинниках дзвіночок замінили на великий дзвін. У 1676 р. було створено перший годинник з годинниковим боєм.

2.2 Електронні годинники

Годинники основані на підрахунку періодів коливань від генератора, що задає, за допомогою електронної схеми й виводі інформації на цифровий дисплей.

Перші електронні годинники виготовлялися на окремих лампах потім транзисторах і мікросхемах.

Перші наручні електронні годинники мали світлодіодний дисплей, але вони могли показувати час дуже недовго: занадто ненажерливими виявлялися світлодіоди. Потім використовували властивості рідких кристалів орієнтуватися в зовнішньому електричному полі й пропускати світло з одним напрямком поляризації. Будучи поміщеним між двома поляризаторами, світло від зовнішнього джерела зовсім поглинався системою поляризатор-рідкий кристал-поляризатор-відбивач при наявності електричного поля ставав темним й утворював елемент зображення. У результаті цього було значно знижене енергоспоживання, і заміна елементів живлення відбувається набагато рідше.

У сучасні електронні годинники убудований, як правило, спеціалізований мікроконтролер, і в годинників з'явилося багато сервісних функцій (будильники, мелодії, календарі й т.д.), але мікроконтролер так само продовжує лічити періоди коливань усе того ж кристала кварцу.

Існують також електронні годинники, побудовані на принципі підрахунку періодів частоти електричної мережі, у багатьох країнах існують дуже жорсткі вимоги до стабільності частоти, але все-таки при коливанні навантаження частота мережі може змінюватися, і точність таких годинників не може вважатися нормальною, хоча для багатьох людей вона є достатньою.

2.3 UNIX-час

UNIX-час (англ. Unix time) або POSIX-час - система опису моментів в часі, прийнята в UNIX та інших POSIX-сумісних операційних системах. Визначається як кількість секунд, що пройшли з півночі (00:00:00 UTC) першого січня 1970 року (вівторок); Час з цього моменту називають «ерою UNIX».

UNIX-час представлена цілим числом, яке збільшується з кожною минулої секундою без необхідності обчислень для визначення року, місяця, дня, години або хвилини для зручності сприйняття людиною. Сучасний UNIX-час узгоджується з UTC - відлік відбувається в секундах СІ. Часовий проміжок одного дня майже завжди розбитий на 86400 секунд, але при оголошенні високосних секунд становить 86401 секунду. Такі секунди, згідно із всесвітнім часом, зберігають тривалість днів синхронізованою з часом обороту планети.

У момент часу 00:00:00 UTC першого січня 1970 року UNIX-час дорівнює нулю. Починаючи з цього часу, число зростає на певну кількість в день. Таким чином, наприклад, 16 вересня 2004 року в 00:00:00, через 12677 днів після початку відліку UNIX-часу, час буде представлено числом 12677 Ч 86400 = 1 095 292 800. Розрахунки можуть бути також зроблені в зворотному напрямку використовуючи негативні числа. Наприклад, дата 4 жовтня 1957 року 00:00:00, а це 4472 дня до початку відліку представлена в UNIX-часі числом -4472 Ч 86400 = -386 380 800.

Для дат, що передували початку відліку, число також зростає, тобто з плином часу наближається до нуля.

Використовувану целочисленную систему зручно використовувати для порівняння та зберігання дат (дата і час в цьому форматі займають всього 4 або 8 байт). При необхідності звернення до елементів дат (день, місяць, рік) секунди можна перетворити в будь-який відповідний формат (і навпаки).

У програмах для зберігання UNIX-часу використовується цілочисельний знаковий тип.

Тобто UNIX-час використовується у сучасних комп'ютерах і мобільних телефонах, це надає змогу користувачу не встановлювати поточний час, а лише обрати його часовий пояс і система сама встановить точний час і при необхідності переведе його (з зимового на літній часовий пояс)

Висновки до другого розділу

З приходом технічного прогресу виробництво годинників почало стрімко розвиватися. Перший механічний годинник був винайдений ще в 1470 році. Ця модель годинника працювала від енергії пружини і механізму для запуску пристрою. Пізніше, в середині ХІХ ст., новим кроком в розвитку годинників став розвиток хрономентрів, годинникових механізмів, які дозволяли проводити точне вимірювання проміжків часу.

Перший портативний годинник був винайдений в Німеччині. На ньому була лише одна стрілка і час, який він показував, був далеко не точним.

З плином часу люди хотіли мати такий винахід і у себе вдома. Перші кімнатні годинники з'явилися в ХV ст.і були досить громіздкими. Годинник приводив в рух тягар, який треба було підтягувати кожні 12 годин, а сам годинник не можна було пересувати.

В 1500 році для приведення в рух годинника почали використовувати ходову пружину.

У 1660-1720-х рр. в Англії було створено, а пізніше вдосконалено маятникові годинники, з пружинним ходовим механізмом.

Важливе значення в сучасних розробках годинників має дизайнерське оформлення. Зараз пропонуються колекції двох напрямків - класичного і сучасного.

Класичний дизайн - це повтор знаменитих зразків минулого і його різноманітна стилізація. При цьому використовують класичні матеріали: дерево, бронза або фарфор. Сучасний дизайн залежить від смаку художника, фірми. В такому випадку використовують сучасні матеріали: пластик, метал, MDF. Часу для створення годинників сучасного дизайну потрібно набагато менше, ніж на класичні.

Як бачимо, історія годинників багата своїми досягненнями. Останнім часом виробники годинників не перестають тішити нас більш сучасними моделями, не забуваючи при цьому про зручний та стильний дизайн.

Висновки

Ми не можемо побачити час, але саме з його допомогою ми вимірюємо наше життя. Виходить, що час існує, хоча його не можна помацати руками.

Вважається, що ми не можемо керувати часом, але завдяки ньому ми можемо запланувати все що треба наперед і встигнути зробити, що потрібно. Для цього у кожного з нас на руці, вдома на стіні, у мобільному телефоні є годинник. Зараз він став невід'ємною частиною нашого життя, хоча колись не грав особливої ролі у повсякденності, а використовувався для наукових вимірювань.

Все почалося з сонячного годинника, котра поява зв'язана з тим далеким часом, коли людство зрозуміло зв'язок між довжиною й положенням сонячної тіні від тих чи інших предметів та положенням сонця на небі. Такі годинники використовували дуже довго на ряду з водяними, але згодом їх замінили механічні.

Зараз же механічні годинники за точністю ходу поступаються електронним. З цієї причини сучасні механічні годинники є більше символом престижу або певного соціального становища, ніж необхідним засобом вимірювання часу, хоча вони й досі розповсюдженні.

У кожної сучасної людини є телефон або смартфон, на котрому є вбудований годинник. На телефонах -- це електронний годинник, який більш точний за механічний, а на смартфоннах -- Unix time, дозволяє вам не перейматися за встановлення, а лише обрати ваш часовий пояс і точний час встановиться автоматично.

Кожного ранку ми прокидаємося під звуки будильника і розбігаємось хто куди: хто на роботу, хто в інститут, хто в школу. Все своє життя людина звіряє за годинником, старається все робити точно і, найголовніше, вчасно.

Час - це невід'ємна частина нашого життя, тож знання про часові механізми мусять бути у кожної людини.

Список використаних джерел

1. Сокаль і Сокальщина [Електронний ресурс] / Історія виникнення годинника Режим доступу: публічний ресурс.

2. Вікіпедія -- вільна енциклопедія [Електронний ресурс] / Годинник.

Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2dSTjzu.

3. Вікіпедія -- вільна енциклопедія [Електронний ресурс] / Сонячний годинник Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/1VIC3c0.

4. Блог СвиссПан [Електронний ресурс] / Сонячний годинник

Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2eoftGe.

5. Вікіпедія -- вільна енциклопедія [Електронний ресурс] / Пісковий годинник Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2ebiagG.

6. Вікіпедія -- вільна енциклопедія [Електронний ресурс] / Водяний годинник. Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2f5ZHzD.

7. Вікіпедія -- вільна енциклопедія [Електронний ресурс] / Механічний годинник. Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2eJbEhE.

8. Википедия -- свободная энциклопедия [Електронний ресурс] / UNIX-время. Режим доступу: публічний ресурс. Посилання на джерело: http://bit.ly/2f2sZQL.

Размещено на Allbest.ru