Годи́нник, розм. дзиґарі́ — пристрій для вимірювання часу.
Більшість сучасних годинників використовують періодичні процеси на зразок автоколивань. Історичні годинники, як-от піскові або водяні, використовували для вимірювання проміжків часу тривалість певного процесу, наприклад повного пересипання піску з однієї половини в іншу через вузьку щілину. Велика кількість годинників є художніми та ювелірними виробами. Завдяки унікальному дизайну вони можуть мати неабияку цінність.
Історія
Годинники, як інструменти для вимірювання проміжків часу, менших за добу, та часу дня, використовувалися здавна. Першими серед них були сонячні годинники, що визначали час за напрямком тіні. Недоліком сонячних годинників було те, що вони працювали тільки за ясної погоди й зовсім не працювали вночі.
Водяні годинники були відомі ще в Стародавньому Єгипті та Межиріччі.
Механічні годинники почали з'являтися в Європі в 14 столітті. Перші з них не мали ані стрілок, ані циферблата, про час доби сповіщав дзвін. Існують і раніші згадки про годинники, наприклад, про годинник, одержаний Карлом Великим у подарунок від Гарун ар-Рашида, однак про будову цих годинників свідчень не збереглося. У 15 — 16 століттях величезні годинники почали встановлювати на площах великих міст Європи. Точність цих годинників була невисокою, до чверті години. Як джерело енергії в них спочатку використовувалася вода, потім, у сучасніших конструкціях — гирі. Дорогу до цих годинників відкрив винахід штирового спускового механізму.
Крім утилітарної функції визначення часу доби, годинники епохи Відродження мали важливе значення для астрономії та астрології, завдяки чому вони часто показували не тільки час, а й дату, день тижня, фази Місяця, і, навіть, гороскоп.
Важливою подією в розвитку годинників було відкриття Галілео Галілеєм ізохронності коливань маятника, тобто того факту, що період малих коливань маятника не залежить від амплітуди. Після цього виникла ідея маятникового годинника.
Механічний годинник із годинниковою і хвилинною стрілками винайдено лише в 17 столітті. Перший годинник з маятником винайшов у 17 ст. голландський механік Хрістиян Гюйгенс. Це був найточніший годинник серед усіх інших годинників. Незалежно від Гюйгенса маятниковий годинник побудував Роберт Гук. Анкерний механізм винайшов 1670 року англійський механік Вільям Клемент. У 1675 році Томас Томпіон сконструював ще точніший годинник, у якому маятник він замінив пружиною.
Розвиток годинників стимулювався практичними потребами навігації. Для точного визначення координат корабля на морі були потрібні годинники, що визначали б час не тільки точно, а й в умовах корабельної хитавиці. Такий годинник, що отримав назву хронометра, створив Джон Гаррісон. За цей винахід Гаррісон у 1772 р. одержав премію у 20 тис. фунтів від британського короля.
У 19 ст. з'явився перший електричний годинник. У 1840 році Філіпп-Самуель Мейлан вперше розташував механізм безпосередньо під циферблатом, що дозволило значно зменшили товщину годинника і відкрила еру ультратонких годинників. У 1918 році електрогодинник вже міг працювати на струмі з мережі.
З розвитком електроніки у другій половині 20 ст. електронні годинники почали заміщати механічні. Електронні годинники, які відлічують час із великою точністю, використовують кристали кварцу. Такий принцип ґрунтується на природній вібрації (100 000 коливань за секунду) у кристалах кварцу, а джерелом живлення є батарейка. Сучасні годинники нагадують крихітний комп'ютер. Вони мають будильник і секундомір, а час відображають на електронному дисплеї. Електронні годинники стали складовою частиною комп'ютерів, мобільних телефонів та інших побутових приладів — таймерами оснащені мікрохвильові печі й пральні машини тощо.
Наукові експерименти потребують вимірювання часу ще з більшою точністю, завдяки чому виникли атомні годинники, які використовують коливання електромагнітного поля, створеного випромінюванням атомів при переходах між електронними рівнями. За дуже низьких температур цезієві атомні годинники можуть забезпечити точність вимірювання часу до 10−11 секунди.
Годинникові механізми
Сучасні годинники, механічні, електронні або атомні, використовують для вимірювання часу періодичні процеси — автоколивання. Принципова будова всіх типів годинників однакова: вони мають у своєму складі коливну систему, контрольний механізм, джерело енергії та індикатор. Контрольний механізм забезпечує надходження енергії від джерела до коливної системи порціями, що компенсують дисипацію енергії в ній. Індикатор служить для того, щоб відображати інформацію про час на циферблаті зі стрілками або електронному дисплеї.
Механічні годинники використовують гармонічні коливання маятника або пружини, компенсуючи втрату енергії на тертя контрольованим поступанням енергії від джерела. Контроль за отриманням енергії здійснюється завдяки анкерному механізму.
Маятниковий годинник має довгий стрижень із вантажем на кінці, який вільно гойдається в обидва боки. Маятник завжди гойдається з постійною швидкістю, завдяки чому маятниковий годинник відлічує час із великою точністю. Джерелом енергії у маятниковому годиннику є гиря, піднята на певну висоту. Вона повільно опускається з кожним поворотом анкера, віддаючи свою енергію маятнику.
У наручних механічних годинниках замість маятника використовуються обертальні коливання балансира, а джерелом енергії служить скручена пружина.
У електронних годинниках використовуються коливання п'єзоелектричного кристалу кварцу, роль контрольного механізму відіграє електронна схема, а джерелом енергії є батарейка.
Найточнішими є атомні годинники, принцип дії яких полягає у вимірюванні частоти випромінювання окремих атомів. Сучасний еталон секунди визначається, як 9 192 631 770 періодів випромінювання атома цезію-133 при переході між двома надтонкими рівнями основного стану, розщепленими у магнітному полі ядра, при сталій довжині хвилі, нульовій температурі й відсутності зовнішнього магнітного поля.
Класифікація
За розмірами і портативністю: кишеньковий годинник; наручний годинник; Ударостійкі та водонепроникні годинники LED годинники каретний годинник; настільний годинник; настінний годинник; підлоговий годинник; баштовий годинник. За механізмом вимірювання: сонячний годинник; вогняний годинник; пісковий годинник; водяний годинник; механічний годинник; камертонний годинник; кварцовий годинник; Електричний годинник електронний годинник; астрономічний годинник; атомний годинник.
Сонячний годинник
Цей годинник заснований на тому, що сонце відкидає тінь від предметів, і його шлях по небу однаковий в однакові дні різних років. Використовуючи розкреслене коло й виправлення на широту місцевості можна дізнатись, котра зараз година.
Водяний годинник Водяний годинник, який також називається клепсидрою, має принцип дії схожий з пісковим годинникомВодяний, пісковий та вогняний годинник не є годинниками у звичайному розумінні, тому що вони не показують поточний час і не призначені для точного вимірювання довільно взятих інтервалів часу, хоча насправді, вони є таймерами, тобто відтворюють задані тимчасові відрізки''.
Поряд із сонячними годинниками, можливо, є найстаршими приладами для виміру часу, якщо не брати до уваги вертикальний ціпок-гномон по довжині спадної тіні, якого орієнтувалися в часі стародавні скотарі. 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 давні ознаки існування водяних годинників, але найраніші дати їх появи є менш певними. Деякі автори, однак, пишуть, що водяний годинник був відомий у цих областях уже на початку 4000 р. до н. е.
За давньогрецькою та давньоримською цивілізаціями визнається пріоритет в удосконаленні форми водяних годинників, які одержали складний комплекс зубчастих передач, розрахований на цілодобову роботу The History of Clocks і складався з замислуватого механізму. Поліпшення також сприяли підвищенню точності. Ці досягнення були передані через Візантію в ісламський світ, і, в остаточному підсумку, проробили свій шлях назад у Західну Європу. Незалежно від греко-римського світу, китайці розробили свої власні ускладнені водяні годинники (水鐘) в 725 р., передавши свої ідеї Кореї й Японії.
Деякі проєкти 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 стародавніх суспільствах використалися в основному для астрологічних вимірювань. 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 точніші маятникові годинники.
Ісламській цивілізації приписують подальше поліпшення точності водяних годинників, ретельно продуманих інженерно. В 797 (або, можливо, 801 року), багдадський халіф з династії абасидів, Харун ар-рашид, подарував Карлу Великому індійського слона по кличці Абул-Абас разом з «особливо складним зразком» водяного годинника
В XIII столітті, Аль-Джазари (1136—1206 р.), курдський інженер з Месопотамії, що працював на правителя з династії Артукідів Діяр-Бакра Насір аль-Діна, зробив численні годинники всіх форм і розмірів. У книзі описано 50 механічних пристроїв у шести категоріях, у тому числі водяні годинники. Найвідоміші годинники, включали пристрої «Слон», «Переписувач» й «Замок», які були успішно відновлені.
Пісковий годинник
Цей годинник побудовано на тому, що точно відкалібрований річковий пісок проходить через вузький отвір, в 1 піщину, в однакові проміжки часу. При цьому люди швидко здогадалися використати 2 порожнини, з'єднані вузьким перешийком з отвором для пересипання піску. 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.
На флоті пісковий годинник називався склянками.
Вогняні годинники Вогняний годинник уперше з'явилися 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.
Механічні годинники
У всіх механічних годинниках потрібно розрізняти чотири істотних частини: двигун (пружина або гиря) передавальний механізм зубчастих коліс регулятор, що зумовлює рівномірність руху розподільник або спуск, з одного боку, що передає від двигуна імпульси регулятору, необхідні для підтримки коливання останнього, і, з іншого боку, що підпорядковує рух передавального механізму, а отже, і дія двигуна закономірності коливання регулятора.
Вимірником часу в прямому розумінні слова служить регулятор. Зубчасті колеса, скріплені з ними стрілки циферблата — лічильники відміряних регулятором одиниць часу. Визнаючи добове обертання землі навколо її осі строго рівномірним, ми в ньому маємо єдиний масштаб для порівняння проміжків або одиниць часу. Звичайно за одиницю часу приймається секунда, 1/86400 частина середньої сонячної доби (див. також сонячний час, зоряна доба, зоряний час).