Некоторые водяные часы вызывали движение фигурок на причудливых дисплеях, в то время как другие звонили в колокола. Первый водяной будильник был построен Платоном в 427 году до нашей эры. В часах Платона вода отводилась в дополнительное судно, когда достигала определенного уровня, а дополнительное судно содержало трубку с узкой щелью. Когда вода проходила через трубку, она свистела, как вода в чайнике. Одни из самых сложных водных часов были спроектированы и построены мусульманским инженером Аль-Джазари в 1206 году – это были часы с водяным весом в форме большого азиатского слона.
Другие методы учета времени, основанные на устойчивом изменении в какой-либо естественной среде, включали часы ладана, песочные часы и часы с масляной лампой. Однако, как и у водяных, их точность все еще была ограничена.
По мере развития технологий выдувания стекла, с определенного времени в XIV веке стало возможным делать песочные часы. Первоначально их использовали в качестве меры в течение периодов времени, таких как лампы или свечи, но по мере того как часы становились более точными, их стали использовать для измерения разных периодов времени и определений продолжительности университетских лекций и даже периодов пыток.
Пожалуй, песочные часы – простейший прибор для отсчёта промежутков времени, состоящий из двух прозрачных сосудов, соединенных узким горлышком, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горлышко часов пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд. Недостатком песочных часов является короткий интервал времени, который можно измерить с их помощью. Часы, получившие распространение в Европе, обычно были рассчитаны на работу в течение получаса или часа. Встречались устройства, работающие в течение трех часов, очень редко – двенадцать часов. Для увеличения интервала измерения составляли наборы песочных часов в одном футляре.
Точность песочных часов зависит от равномерной зернистости и сыпучести песка, формы колбы, качества ее поверхности. Колбы заполнялись отожженным и просеянным через мелкое сито и высушенным мелкозернистым песком. В качестве исходного материала также использовали молотую яичную скорлупу. При длительном использовании точность песочных часов ухудшается из-за повреждения песком внутренней поверхности колбы, увеличения диаметра отверстия в диафрагме между колбами и дробления песчаных зерен на более мелкие.
Памятник под названием «Колесо времени» – огромные песочные часы, самые большие в мире, были созданы в 2004 году в честь вступления Венгрии в состав Евросоюза – для страны началась новая эра. Высота часов 8 метров, вес – 60 тонн. Каждый год 31 декабря часы переворачивают с помощью тросов, и начинается новый отсчет времени. Это уникальное сооружение изготовлено из красного гранита, ударопрочного стекла и нержавеющей стали – предполагается, что эти материалы помогут полуавтоматическому механизму работать долго и без сбоев.
«Колесо времени» символизирует сплав традиций и инновационных технологий, а еще напоминает о тех временах, когда единственной силой, способной сдвинуть тяжелый предмет, была физическая.
Важным достижением стало изобретение механических часов, которые обеспечивали точность времени от минут до нескольких секунд. Механические часы, вместо использования постепенного изменения в чем-то вроде воды или песка, включают механизм спуска, способ выпускать энергию в небольших контролируемых количествах через регулярные промежутки времени. Было разработано множество механизмов, предназначенных для выполнения такой цели, в том числе цилиндровые, дуплексные, рычажные и хронометрические спуски, все с различной степенью точности. Возможно, самый ранний пример спуска, используемого в механизированных водяных часах, был придуман китайским ученым и государственным деятелем Су Сунгом, построившим гидромеханическую 30-футовую астрономическую башню с часами, которая не только показывала время суток, но и месяц и год.
Спицы большого колеса на часах медленно заполняются водой с постоянной скоростью, но механизм механического спуска только освобождает колесо, когда вода в каждой спице достигает определенного уровня. Часы работали с 1092-го до 1126 года, когда были демонтированы политическими противниками.
Хотя Галилею приписывают изобретение маятниковых часов, первым, кто их построил, был голландский ученый Кристиан Гюйгенс в 1656 году. Его устройство достигло беспрецедентной точности – менее чем до одной минуты в день (позже было улучшено – менее чем до 10 секунд в день), используя взвешенный маятник, который качается с постоянной скоростью, чтобы регулировать скорость вращения зубчатых колес, которые гасят по времени через регулярные промежутки времени. В конечном итоге маятники будут преодолены с помощью сопротивления воздуха и трения, поэтому они обычно включают пружины, которые требуют регулярной намотки, чтобы сохранить потенциальную энергию для удержания их качающимися.