Часы́, хронометрический прибор для отсчёта текущего времени и измерения продолжительности временны́х интервалов (в секундах, минутах, часах). Определение текущего времени в часах основано на измерении числа периодов постоянного периодического процесса: вращения Земли (солнечные часы), колебаний маятника (механические часы), пластинки кварца (кварцевые часы), колебаний, возбуждаемых электронным генератором (электронные часы), перехода атомов из одного энергетического состояния в другое (квантовые, или атомные, часы) и др. Устаревшие механизмы измерения времени основаны на использовании относительно постоянных физических процессов: течение жидкости (клепсидры) или сыпучего материала (песочные часы), горение горючей смеси (огневые часы) и др.

В зависимости от применения часы условно подразделяют на бытовые (карманные, наручные, настенные, настольные, напольные, башенные и т. п.) и специального назначения (автомобильные, шахматные и др.). К приборам измерения времени, помимо часов, также относятся секундомеры, хронографы, таймеры.

История создания часов

Первые часы (солнечные) появились в 3-м тыс. до н. э. Отсчёт времени в них осуществлялся по положению тени от стержня, укреплённого на горизонтальной площадке или вертикальной стене с нанесёнными на них лучами, исходившими от стержня и служившими циферблатом. Солнечные часы позволяют определять время только в светлое время суток.

Для определения времени ночью использовались знания законов движения звёзд, реализованные в специальных астрономических приборах, называвшихся в то время звёздными часами. Такими часами, в частности, выступал астрономический прибор астролябия.

Ныне под звёздными часами подразумевают иное понятие и называют любые высокопрецизионные часы, обычно кварцевые или атомные, воспроизводящие шкалу звёздного времени.

Водяные часы, или клепсидра (от греч. ϰλεψύδρα, буквально – крадущая воду), известные со 2-го тыс. до н. э. в Вавилоне, Египте, Греции и др., как правило, выполнялись в виде сосуда, который в течение суток равномерно наполнялся водой, поступающей капля за каплей из внешнего резервуара. Время в таких часах определяли по уровню воды в сосуде относительно шкалы, нанесённой на его стенку. В последующие столетия водяные часы постоянно совершенствовались. Около 150 г. до н. э. Ктесибий создал конструкцию, ставшую прототипом водяных часов, применявшихся во многих странах вплоть до 17 в.

Механические часы

Изобретение механических часов датируется разными историками от конца 6 до 12 вв. Известно, что в 1335 г. в Милане были созданы простые по устройству механические башенные часы. В 1348–1364 гг. итальянский учёный Джованни де Донди изобрёл механические часы, которые наряду с отсчётом времени воспроизводили движение Солнца, Луны и пяти планет. В 1354 г. на Страсбургском соборе были установлены часы с боем, календарём и движущимися фигурками.

Первые башенные часы в России, изготовленные сербским монахом Лазарем в 1404 г. для Московского Кремля, имели гиревый привод, механизм боя и, помимо времени, показывали движение планет. Механизм гиревых часов приводился в действие силой тяжести специальной гири, прикреплённой к шнурку или цепочке, намотанной на рабочий вал (барабан) часового механизма. Под тяжестью гири вал начинал вращаться и приводил в движение стрелки часов.

В начале 16 в. немецкий механик П. Хенлейн заменил гиревый механизм пружинным и создал первые малогабаритные часы, которые можно было носить в кармане. В пружинных часах механизм приводился в действие скрученной спиральной пружиной, одним концом прикреплённой к рабочему барабану. Раскручиваясь, пружина вращала барабан, движение которого через систему колёс передавалось стрелкам часов.

Все эти часы имели неровный ход и показывали неточное время из-за отсутствия реализации периодического процесса, задающего постоянные интервалы времени. Фактически описанные механические часы являлись потоковыми, где измеряемым потоком был поток перетекания потенциальной энергии гири или пружины в движение стрелок и других частей механизма часов.

Маятниковые часы

Изобретателем современных механических часов считается Х. Гюйгенс, установивший в 1657 г. маятник в качестве регулятора хода часов. Соединив маятник с источником энергии (пружина, гиря), Гюйгенс получил колебательную систему с достаточно стабильной частотой колебаний. В дальнейшем часовой механизм неоднократно усовершенствовался. К началу 19 в. были созданы часы башенные, простые и с боем (куранты), напольные, настольные, каминные и карманные, разнообразные по форме и размерам. Так, в 1760-х гг. И. П. Кулибин сконструировал ряд уникальных часов, в том числе хранящиеся в Эрмитаже часы в форме яйца с боем и фигурками, автоматически выполняющими сложные движения во время боя, а также карманные, т. н. планетарные часы с семью стрелками, показывающие время (часы, минуты, секунды), дни недели, месяцы, фазы Луны, восход и заход Солнца. Были разработаны часы, в которых маятник сменила система «баланс – спираль», представляющая собой колёсико с укреплённой на его оси тонкой спиральной пружиной, совершающее периодические вращательные колебания. Такая система применяется и поныне в малогабаритных механических настольных и настенных часах.

В конце 19 в. появились часы с электромагнитным приводом, в которых источник тока через контакты, замыкавшиеся и размыкавшиеся маятником или балансом, периодически подключался к катушке электромагнита, приводившего в движение колёса часового механизма. Были созданы также электрические часы, в которых периодические колебания электрического напряжения в сети преобразовывались во вращательное движение стрелок.

Современные типы часов

С конца 1950-х гг. широкое распространение получают часы, у которых мерилом времени служат периодические электрические сигналы, вырабатываемые электронным генератором. Для повышения стабильности работы генератор оснащается кварцевым резонатором. Впервые схема часов с кварцевым генератором была предложена канадским инженером У. Маррисоном в 1927 г., однако практическая реализация этой идеи стала возможной только с появлением миниатюрных полупроводниковых приборов и устройств. Такие часы условно подразделяют на электронно-механические и электронные.

Электронно-механические часы, помимо источника электрических сигналов, содержат шаговый электродвигатель и колёсную систему, посредством которых электрические сигналы преобразуются в непрерывное или скачкообразное перемещение стрелок, как в обычных механических часах.

Электронные часы выполняются полностью на электронных приборах. В их состав, кроме кварцевого генератора, входят делители частоты, формирователи, умножители, усилители электрических колебаний и другие устройства. Отсчёт времени ведётся по индикатору в виде табло, на котором высвечиваются цифры, показывающие текущее время. Многие электронные часы (в том числе наручные), помимо текущего времени, показывают число, день недели, месяц, год, а также выполняют функции секундомера, будильника и т. п.

Дальнейшим развитием точности и стабильности приборов времени является появление квантовых часов. Стабильность частоты в квантовых часах имеет относительную погрешность 10^–11–10^–14.