Возможность измерения небольших временных отрезков при помощи часов, изготовленных в домашних условиях

Мои ровесники и я привыкли пользоваться готовыми достижениями технической мысли, и редко кто из нас задумывается, откуда берутся и как работают различные механизмы.

Различные книги и журналы о технике после исторической справке о часах предлагают варианты изготовления часов в домашних условиях. Изучая подобную литературу, мы наткнулись на описание моделей водяных часов и решили экспериментальным путём проверить: будут ли работать часы, сделанные из подручного материала.

Задачи:

1. Изучить литературу по теме.

2. Изготовить часы по предложенным схемам.

3. Определить, какие временные отрезки можно измерить часами изготовленными своими руками.

Гипотеза статьи:

Если изготовить часы по предложенным схемам, то можно измерить небольшие временные отрезки.

Объект:

Часы, изготовленные из подручного материала.

Предмет:

Измерение временных отрезков.

Нами была определена цель: изготовить модели часов из подручных материалов и проверить возможность с их помощью коротких временных отрезков.

Для выполнения этой цели я ставил перед собой следующие задачи:

✓ изучить литературу по вопросу: «Какие часы были во времени моих прадедов и прабабушек;

✓ узнать, виды старинных часов;

✓ узнать, виды современных часов;

✓ изготовить часы по предложенным схемам;

✓ определить, какие временные отрезки можно измерить часами изготовленными своими руками.

История часов

Работу я начал с изучения литературы, посвящённой истории часов. История часов насчитывает множество тысячелетий. Давно люди умели только считать дни и ночи, отмеряя, таким образом, течение времени. Позднее они изобрели простые часы, в которых время отмеряется с помощью песка или воды, а вот первым устройством для счёта времени были солнечные часы. Сделать их было очень просто: посреди ровной площадки вбивали колышек. В солнечный день колышек отбрасывал тень на площадку, расчерченную, как циферблат современных часов. В течение дня тень двигалась, и по её положению люди определяли время дня. Но в пасмурный день и ночью солнечные часы не работали. Тогда придумали часы водяные. Из одного сосуда в другой равномерно, по каплям переливалась вода. Поплавок со стрелкой опускался или поднимался. Такие часы показывали время и днём и ночью – не забывай только воду подливать. А песочные часы, где из одной колбочки в другую тонкой струйкой пересыпается песок, дожили и до наших дней (учитель по песочным часам в классе проверяет технику чтения). Но все эти часы были неудобны, поскольку требовалось периодически заполнять сосуды водой и не забывать переворачивать колбу с песком.

Первое упоминание механических часов учёные нашли в древних византийских рукописях. Оно относится к 578 году. Первые механические часы имели одну стрелку – часовую.

В 1404 году в Московском Кремле соорудили первые в России башенные часы. Вскоре башенные часы появились и во многих других городах.

Ещё примерно через 100 лет в Европе были сделаны первые карманные часы.

Голландский учённый Х. Гюйгенс в 1657 году снабдил часы маятником, который стал регулировать ход часов. Маятник (длинный стержень с грузом на конце) качается равномерно. С помощью шестерёнок его колебания превращаются в равномерное движение стрелок на циферблате. Но со временем размах колебаний маятника уменьшается. Чтобы часы не остановились, надо маятник периодически подталкивать, как качели. Для этого часы имеют источник энергии – тяжёлую гирю, пружину, электрическую батарейку. Часы без маятника за день убегали или отставали минут на 15. Сейчас точные часы с маятником уходят вперёд или отстают за сутки не более чем на пять секунд.

До недавнего времени важной частью всех часов были стрелки – часовая, минутная, секундная. Но теперь всё чаще появляются часы без стрелок и циферблата. Вместо них на лицевой поверхности часов имеется окошечко, в котором, сменяя друг друга, появляются цифры, показывающие часы, минуты, секунды. А некоторые часы показывают также месяц, число и день недели.

Современные наука и техника требуют от часов всё большей и большей точности, которую механические часы не могут обеспечить. Изобрели кварцевые часы. В них маятником служит кварцевая пластинка, которая колеблется под воздействием электрического тока. Часы с кварцевым «маятником» убегают или отстают лишь на 2 секунды за сутки. В поисках ещё более точных «маятников» обратили внимание на молекулы и атомы, совершающие сложные колебательные движения. Атомные и молекулярные часы в наше время самые точные.

Виды часов

Сегодня часы – это не только точный механизм для определения времени, но и украшение интерьера. Для того, чтобы показать разнообразие предлагаемых вариантов отделки часов, мы посетили один из отделов магазина «Перекрёсток».

Настольные часы

Современные песочные часы

Соединение часов с другими механизмами: термометром и барометром

Часы с барометром – подставка для книг

Подарочные варианты часов

Настенные часы

Ручные часы

Часы - будильники

Будильники

Изготовление водяных часов по предложенным схемам

Практическая часть работы направлена на изготовление и апробирование моделей водяных часов. Схема первого варианта часов была обнаружена в книге «Занимательные опыты и эксперименты». и предлагала семь этапов работы.

Изучив схему, я решил изготовить предложенную модель.

1. Выполнение 3-го этапа: соединение клейкой лентой двух опор

2. Расчёты по ходу конструирования модели

3. Фиксация циферблата

4. Установка груза

5. Первое испытание выполненной модели

Мы наполнили бутылку водой и перевернули её, как требовала того инструкция. Предполагалось, что вода, вытекая, заставит кусок полистирола подниматься. Стрелка начнёт поворачиваться и показывать время.

В ходе испытания обнаружено, что изготовленные часы не работали. В итоге после нескольких попыток запустить часы мы обратились к учителю физики. Им было предложено:

1. Увеличить груз с целью усиление натяжения нити.

2. Переустановить стрелку часов для правильной регулировки хода часов.

3. Сделать дырку в бутылке, чтобы струя воды была сильней, чтобы получить равномерный ход часов, но тем самым мы не учли закон знаменитого французского физика, Блеза Паскаля.

После внесения исправлений предложенных учителем физики мы повторили попытку измерения времени данной моделью часов. В ходе эксперимента выяснилось, что стрелка проходит весь круг примерно за 9 мин, на циферблате 12 делений, 9 мин разделим на 12 получим размер одного деления, 45 сек. Такие данные мы получили, проводя опыт с открытой крышкой бутылки.

С закрытой крышкой стрелка проходит одно деление за 1 мин. Погрешность составила 15 сек. На каждое деление, 3 мин за весь круг. В среднем стрелка проходит весь круг за 9 – 12 мин.

Учитывая столь большую погрешность о точности данных часов говорить, не приходится, но измерить короткий промежуток времени (если не требуется абсолютная точность) данной моделью часов можно.

Я могу воспользоваться этой моделью часов, чтобы засечь себе время для игры в компьютер, а также изготовить их, чтобы получить определённые технические навыки.

Второй вариант водяных часов мы обнаружили на сайте «Страна развлечений».

Была предложенна модель из двух жестянных банок. Выполнив все действия по указанной схеме, мы получили ещё одну модель водяных часов.

В итоге эксперимента мы определили, что изготовленные часы отмеряют отрезок времени равный 15 минутам.

Таким образом мы доказали возможность измерения небольших отрезков времени при помощи часов, изготовленных в домашних условиях.

Простые водяные часы сделайте из двух жестяных банок, лучше всего емкостью 1 кг. Крышки должны быть полностью отрезаны. В верхней банке высверлите три отверстия (рис. а): два на расстоянии 5 см от верхнего края, одно строго против другого, а третье, диаметром не больше 1 мм, посередине дна. Верхние отверстия должны быть диаметром 8—9 мм, чтобы в них свободно вращался карандаш. Из палочки толщиной с карандаш сделайте ось часов. Затем из картона вырежьте круг и начертите на нем циферблат (рис. б). В центре круга сделайте отверстие диаметром 8—9 мм. Под центральным отверстием в циферблате сделайте еще одно отверстие для заклепки, которой прикрепите циферблат к верхней банке. В банке под одним из верхних отверстий нужно также сделать отверстие для заклепки. Расстояние между отверстиями 1 и 2 в циферблате и в банке должно быть абсолютно одинаковым (рис. в). Затем вырежьте из пробки круг диаметром 5 см. Диаметр этого круга должен быть меньше диаметра банки (рис. г, д). Часовую стрелку сделайте из картона. Приготовив еще крепкую бечевку с гирькой, можете приступить к сборке часов.

В отверстия верхней банки и циферблата вставьте палочку и на конце ее укрепите стрелку (рис. е). К центру пробкового круга прикрепите один из концов бечевки, бечевку намотайте на палочку. На другой конец бечевки подвесьте груз (камешек или кусочек свинца). В верхнюю банку налейте воду и на ее поверхность положите пробковый круг. Затем верхнюю банку поставьте на нижнюю, пустую. Вода будет просачиваться в неё через отверстие в две верхней банки. По мере снижения уровня воды будет спускаться и пробковый круг, а пришедшая тем самым в движение бечёвка станет вращать палочку. Движение палочки передастся на стрелку, и она будет показывать на циферблате время.