Вслед за солнечными часами были изобретены водяные. В этих часах вода вытекала из сосуда небольшой струйкой через маленькое отверстие. Размер сосуда и диаметр отверстия, через которое вытекала вода, были подобраны так, чтобы сосуд опустошался за определенное время. Допустим, за сутки. Оставалось только нанести на стенки сосуда метки, по которым можно было бы измерять время. Такие водяные часы назывались греческим словом «клепсидра» и применялись уже в Древнем Египте, в Междуречье и, конечно, у древних греков.
Какой повторяющийся процесс был задействован в водяных часах? После того, как вся вода из сосуда вытекала, ее надо было заливать повторно. Если часы были рассчитаны на сутки, то заливать воду в водяные часы приходилось раз в сутки, если на час – то раз в час. О том, что такое клепсидра, можно прочитать в статье «Kто такие клепсидры?», опубликованной 06.07.2014.
Мелкий песок такой же текучий, как вода. Поэтому ничто не помешало бы, казалось, поменяв воду на песок, создать песочные часы. Но технически для античных мастеров эта задача оказалась невыполнимой. Хотя на некоторых древнегреческих рельефах, говорят, бога времени Кроноса изображают со склянкой, похожей на песочные часы.
Классические песочные часы – это стеклянная трубка, имеющая сужение посередине и закрепленная на устойчивом основании. В верхнюю часть засыпается определенное количество очень мелкого песка, состоящего из однородных гранул. Что, спрашивается, здесь сложного? В первую очередь – стеклянные детали. Мало того, что сосуды из стекла требуемой формы было не просто изготовить. Хуже было то, что древние мастера не могли изготавливать прозрачное стекло. В крайнем случае его прозрачность напоминала прозрачность бутылочного стекла. То есть, что-то просвечивает, но что – не разглядишь.
Так что песочные часы в Европе появились достаточно поздно, и скорее всего, были они скопированы с восточных оригиналов. Вот уж где песка было видимо-невидимо! По одной из версий песочные часы в Европе появились примерно в VIII веке. Естественно, что первыми пользователями песочных часов были монахи и священники. С помощью песочных часов контролировали продолжительность службы.
Почти одновременно песочные часы поступили на флотскую службу. Без правильного счета времени заблудиться в открытом море вдали от берегов – пара пустяков. Песочные часы подвешивали на веревку и приставляли к ним дежурного матроса. Раз в полчаса, когда «завод» песочных часов кончался, этот матрос переворачивал склянку и звонил в колокол. Это называлось «отбивать склянки»
Основных параметров, определяющих функционирование песочных часов, несколько. Объем широких частей определяет продолжительность одного цикла, сколько времени песок будет пересыпаться из верхней половины часов в нижнюю. Потом часы придется перевернуть (вот он, циклический процесс). Нижняя половина станет верхней, и процесс пересыпания песка возобновится.
Кстати, на продолжительность одного цикла влияет и диаметр «горлышка». Очевидно, что он не может быть меньше диаметра песчинки. Собственно, этот диаметр должен быть значительно больше. Ведь горлышко должно не только пропускать песчинки, падающие вниз. Вверх из нижней части должен подниматься вытесняемый воздух. Но слишком широкий диаметр – тоже нехорошо. «Завод» песочных часов уменьшится, а равномерность «хода» – ухудшится. На равномерность хода, особенно, в конце цикла будет влиять и форма сужения песчаной склянки в горлышко. Если склянка не будет достаточно пологой, песочные часы могут остановиться раньше. Остатки песка не захотят скользить вниз. В общем, расчет правильной формы песочных часов – хорошая задачка для математиков. Не знаю, решали ли они ее.
Скорее всего, формы и размеры частей песочных часов были выработаны практическими экспериментами. Оказалось, что диаметр сужения не должен быть больше, чем половина диаметра склянки и меньше, чем 1/12 часть этого диаметра.
Естественно, что сам песок, заключенный в песочные часы, должен быть очень высокого качества, мелкий и без каких-либо посторонних включений. Чтобы достигнуть этого, мастера-часовщики обжигали песок, затем просеивали его через мелкое сито, после чего тщательно высушивали. Кстати, до 18-го века склянки песочных часов делали из двух половин, которые соединяли между собой веревкой и заливали сургучом или воском для того, чтобы предотвратить попадание вовнутрь влаги. Ясно, что отсыревший песок терял свою текучесть. Поэтому зимой или осенью песочные часы могли остановиться и требовали «ремонта», то есть просушки песка.
Песочные часы начали уходить с рынка, когда появились часы механические, не требовавшие постоянного пригляда. Впрочем, песочные часы не сдались без боя. Немецкие часовые мастера начали изготавливать конструкции, состоящие из четырех склянок, закрепленных вместе, что увеличило длительность «завода» песочных часов. Тогда же появились, вероятно, самые точные песочные часы, которые позволяли отмерять интервалы в 1 секунду. Это, вероятно, максимально достигнутая «точность хода» песочных часов. Сохранившиеся доныне песочные часы отмеряют интервалы времени в 1 или в 3 минуты с точностью до 1 секунды. Их применяют на кухне, в медицинских лабораториях и иногда в судах, когда судья желает показать стоящему перед ним человеку: «Говори по делу, не рассусоливай. Вот тебе три минуты, и не секундой больше»
Датский астроном Тихо Браге (1546 — 1601) (имя которого упоминалось в статье «Кто такой астрофизик и чем он занимается?» от 08.12.2014 ) попытался внести последнее усовершенствование в устройство песочных часов, заполнив их сосуд ртутью. Это изобретение не прижилось, но в магазинах сувениров сейчас можно встретить склянки, напоминающие по форме песочные часы, в которых, однако находится какая-нибудь красивая жидкость. Вряд ли, конечно, такие часы стоит называть песочными, хотя по привычке их так называют. Это показатель того, что форма песочных часов «прочитывается» нами, как символ времени. В прошлых версиях операционной системы Windows иконка «sandglass», то есть «песочные часы» возникала, когда система была занята и не могла отвечать на запросы пользователя.
Форма песочных часов без всякой связи с измерением времени используется еще и для описания одного из типов женской фигуры: развитые плечи, широкие бедра, видимое сужение в талии. Если погуглить словосочетание «песочные часы», в обнаруженных по этому запросу изображениях, наверняка окажутся красивые женские фигуры. Почему? Да потому!
