Содержание

Вертикальные солнечные часы

Такие часы много веков украшают стены домов, церквей, общественных зданий. Во многих городах мира сохранились они, как прекрасные архитектурные украшения. Глядя на такие часы, не перестаешь удивляться умению древних мастеров, которые десятки столетий назад создавали шедевры, которые до сих пор восхищают всех своей красотой и точностью. А точность таких часов напрямую зависит от знания координат местности и азимута стены, на которой они размещены. Именно эти координаты играют решающую роль в создании каждых вертикальных солнечных часов. И если, в процессе эксплуатации таких часов, хотя бы незначительно изменить ориентацию циферблата по отношению к сторонам света или угол наклона гномона, то такие часы не смогут отражать точное время.

Так произошло с прекрасными часами, которые создал в 1658 году Кристофер Рен, архитектор Кафедрального собора святого Павла в Лондоне. Он установил часы на южной стене часовни в оксфордском университете. В 1870 году часы были перенесены на стену библиотеки, построенной в начале XVIII века одним из лучших мастеров английского барокко Никласом Хоксмором. В результате этого часы перестали показывать точное время.

Вертикальные солнечные часы Расчет циферблата вертикальных солнечных часов ничем не отличается от расчета горизонтальных часов, но только в том случае (!), если стена, на которую их устанавливают, сориентирована строго на юг. Если же стена хотя бы на несколько градусов повернута относительно южного направления, то в расчет циферблата необходимо вносить существенные поправки, которые мы не будем приводить здесь из-за их сложности.

Но, если Вам повезло, и стена Вашего дома смотрит прямо на юг, или Вы хотите разместить часы на специальной опоре, сориентировав их в южном направлении, то вам не составит труда рассчитать чертеж циферблата, воспользовавшись нашими рекомендациями из статьи про горизонтальные солнечные часы.

Как видно из рисунка, циферблат вертикальных часов является зеркальным отображением циферблата горизонтальных часов. А гномон будет сориентирован на юг и отклонен от вертикали на угол, равный 90° минус угловая величина широты местности. Так, для Харькова этот угол составит 40°, так как Харьков расположен на широте 50°.

Вертикальные солнечные часы Если Вы все-таки захотите украсить стену Вашего дома вертикальными солнечными часами, то Вы можете заказать их расчет в нашем интернет-магазине. Вам необходимо только точно определить угол отклонения стены от направления на юг. Сделать это можно следующим способом: на строго горизонтальной поверхности Вертикальные солнечные часы начертить линию АВ, параллельную стене и линию CD, перпендикулярную АВ. Из точки пересечения этих линий, провести прямую, совпадающую с направлением ЮГ — СЕВЕР. Угол между этой прямой и прямой CD и даст нам искомую величину отклонения нашей стены от направления на юг. На данном рисунке стена сориентирована на юг и развернута на восток на угол

a градусов. Часы, рассчитанные для Харькова и расположенные на стене, развернутой к востоку на угол 30°, будут выглядеть так.

Укреплять их на стене необходимо таким образом, чтобы полуденная линия была строго вертикальна.

Вообще, проектировать и создавать солнечные часы дело чрезвычайно сложное и увлекательное. Во всем мире постоянно растет число людей, обративших свой взор на это древнее искусство, создаются общества и клубы ценителей солнечных часов, проводятся международные встречи, на которых мастера делятся своим опытом и секретами. Мы попытаемся рассказать о некоторых, на наш взгляд, самых интересных и необычных часах.

Самыми большими в мире на сегодняшний день считаются часы, спроектированные и Вертикальные солнечные часы

построенные испанским архитектором Сантьяго Калатравой. Точнее, проектировал он не просто часы, а мост через реку в одном из живописных парков в Калифорнии. И пилон этого моста, высотой около 66 метров, и является гномоном солнечных часов. Циферблатом этих часов являются дорожки парка, а часовые разметки сделаны из искусственного камня. Это уже второй такой мост, созданный Калатравой. Первый — расположен в Испании, в Севилье и был построен в 1992 году к открытию выставки Экспо-92.

Идея сооружать большие солнечные часы не нова. Можно отыскать множество примеров таких часов по всему миру, сооруженных в самое разное время. В Индии в 18-м веке Махараджей Джай Сингхом II (1686-1743) было построено здание обсерватории в Джайпуре. Само здание, высотой около 30 метров, является гномоном. До недавнего времени это были самые большие солнечные часы в мире. И современные архитекторы иногда включают расчет солнечных часов в проекты своих зданий. А фирма MacDonalds включила их даже в свой рекламный щит.

Часто солнечные часы устанавливают в парках и на площадях. Обычно это интерактивные анналематические часы, в которых сам человек, став в центре циферблата, играет роль гномона, а его тень указывает на часовую отметку. Например, часы, Вертикальные солнечные часы разработанные доктором Паулем Лаппом и созданные ландшафтным дизайнером Королевских Ботанических Садов Канады — Энн Миловсорофф. Эти часы расположены в уголочке сада, посвященного времени и окружены цветами, которые очень чувствительны к движению солнца (подсолнечник, маргаритки и др.). Или, например, еще одни часы из Канады, Вертикальные солнечные часы

разработанные и созданные Брайеном Албинсоном из Северного Ванкувера. Он установил такие часы уже на территории четырех школ, обучает учеников разрабатывать такие часы и пользоваться ими. Его мечта — установить солнечные часы во всех школах Ванкувера, тем более что и дети, и учителя с большим энтузиазмом воспринимают его идеи и с удовольствием ему помогают.

А вот жители небольшого рыбацкого Вертикальные солнечные часы городка на северном побережье Англии, решили украсить скучную автостоянку в центре города таким необычным архитектурным элементом. Теперь эти часы являются достопримечательностью их города, тем более, что часовыми отметками на этих часах являются вмурованные в мостовую плиты с выгравированными на них датами важнейших событий в жизни города. Одновременно и часы — и исторический музей! Дети, гуляя с мамами в центре города по площади, могут изучать историю своего города.

Если у Вас есть хотя бы небольшой участок земли возле дома, то Вертикальные солнечные часы Вы можете создать настоящий шедевр. Это может быть и прекрасная клумба, и водоем, и фонтан, и просто какой-нибудь необычный декоративный элемент в саду. Ну, а если места совсем мало, то можно повесить их на стену дома или украсить ими дымовую трубу. Для изготовления часов можно использовать абсолютно любой материал, применяя и самые неожиданные варианты, как, например, старые CD диски.

Если у вас нет садового участка, то это вовсе не повод отказать себе в удовольствии понаблюдать за движением небесного светила. Очень оригинальные часы разработаны в Вертикальные солнечные часы

Германии Райнхольдом Криглером и установлены им в своем доме. Он давно мечтал украсить свою комнату солнечными часами и когда, с помощью своего друга, ему удалось спроектировать часы и разметить лазерными приборами комнату, то он решил изготовить сразу двое таких часов, в двух комнатах. Принцип работы его часов очень необычен: луч солнца, попадая на кристалл или зеркальце, расположенные вблизи окна, отражается на стену и скользит по ней, напоминая наблюдателю о беспрерывном течении времени. Фотографии сделаны Райнхольдом Криглером.

Современные дизайнеры тоже не обходят своим вниманием солнечные часы. Особенно популярны они в изготовлении сувенирной продукции. С разметкой солнечных часов изготавливают подвески, кольца, серьги, брелоки, сувенирные шкатулочки, в которые включают компас и украшают их различными астрономическими таблицами.

Ну и самыми необычными, конечно, являются солнечные часы, которые были разработаны группой ученых специально для работы на Марсе. В 2004 году часы были туда доставлены. Циферблат этих часов имеет необычный вид, отсутствуют часовые Вертикальные солнечные часы отметки, а вокруг гномона нанесены траектории движения Земли и Марса. Как и полагается, на циферблат нанесен девиз: «ДВА МИРА — ОДНО СОЛНЦЕ». По окружности кадрана слово «Марс» написано на 17 языках, включая древние языки шумеров и майя. На обратной стороне записаны послания и пожелания от людей Земли будущим исследователям Марса. На кадране по углам нанесены метки разных цветов, что даст возможность наблюдать не только за движением солнца на Марсе, но и определять, как изменяется цветовое восприятие в зависимости от времени суток под розовым марсианским небом.

Надеюсь, мы вдохновили Вас на создание Ваших неповторимых солнечных часов. Вы можете по нашим инструкциям рассчитать их самостоятельно или заказать их расчет в нашем интернет-магазине. Кроме того, у нас есть специалисты, которые могут изготовить часы по индивидуальному заказу. Так что, творите, изобретайте, удивляйте! И, возможно, скоро Вы на вопрос «Который час?» сможете дать ответ, сверяясь по наручным солнечным часам.

Создание вертикальных солнечных часов своими руками

В данной презентации представлено пошаговое описание создания вертикальных солнечных часов из подручных материалов.

Если у кого не вопроизводится презентация есть письменное описание:

Вам потребуется: Карандаш Транспортир Циркуль Компас Угольник Расположение часов

На рисунке линия ABопределяет поверхность стены, на которой мы хотим установить часы (вид сверху). Панель 1234 устанавливается перпендикулярно к стене и выравнивается горизонтально. Определите линию меридиана NS, начертите линию EWпараллельно AB. Из точки пересечения линий D нарисуйте линию DCперпендикулярно к WE. Угол CDSесть поворот стены.

Теперь для расчета вертикальных часов нам нужны
3 величины 1.Размер гномона по линии его ориентирования на север SD(проекция гномона на циферблат будущих часов); 2.Высота гномона SH(угол, составляющий гномоном с поверхностью циферблата); 3.Положение часовых линий на циферблате ●Шаг 1:

Нарисуем горизонтальный отрезок AB. Из точки Cнарисуем перпендикуляр CD так, что бы ADB образовало полуокружность с центром в точке C

●Шаг 3:

Из точки Cсо стороны противоположной CGнарисуем CJтак, чтобы угол DCJравнялся углу поворота стены. Точка Kлежит на отрезке CJна расстоянии равном GH (можно воспользоваться циркулем). Из точки Kпараллельно АВ чертится отрезок KLдо пересечения с CD

●Шаг 5:

Нарисуйте KPпараллельно линии CDдо пересечения с линией ABв точке P. Определите точку Rна полуокружности так, чтобы линия MRбыла равна отрезку KP (используйте циркуль). Соедините точки Cи R.

 

Последний шаг заключается в определении часовых линий. Для этого сделаем новый чертеж. От предыдущих построений нам потребуются отрезки AB, CD, CNи CR.

На продолжении линии CNвыберите точку Mи нарисуйте линию STперпендикулярно к CN. Размер CMбудет определять окончательный вид циферблата, поэтому выбирайте соответствующий размер бумаги.

Нарисуйте MEтак, чтобы CR был перпендикулярен. Определите точку Oна продолжении линии CNтак, чтобы MEи MOбыли равны.

Из центра Oнарисуйте окружность произвольного радиуса. Пересечение линии CDи STобозначено точкой d. Соедините точку Oс точкой d.

От линии Odразделите окружность на 15-градусные сектора. Продолжение радиусов до линии STопределяют часовые отметки.

 

Заключение

Все, что теперь остается сделать, это изготовить и закрепить гномон. Высота и размер гномона были определены на первых двух этапах. Его можно изготовить в виде треугольника, закрепить в точке C перпендикулярно плоскости циферблата, вдоль отрезка CN.

При монтировании часов на стене необходимо выровнять циферблат таким образом, чтобы полуденная линия 12:00 часов была вертикальной.

 

Как работают солнечные часы? — almukantarat — LiveJournal

Давно я ничего не писал о навигации, но вот случайно наткнулся на замечательные иллюстрации о суточном движении солнца на небесной сфере и о солнечных часах.

Итак, вы знаете, как работают солнечные часы?

Вчера, 12 июня среднее солнечное время совпало с истинным солнечным временем. Уравнение времени было равно нулю. Такое случается только четыре раза в год.


С незапамятных времен люди организуют свою жизнь по видимому движению Солнца. Мы говорим «видимое движение», поскольку конечно же вращение Земли вокруг своей оси приводит к движению теней, которое мы наблюдаем каждый день. Каждый час Земля поворачивается на 15°, это выглядит также, как будто Солнце передвинулось на 15° по своему ежедневному пути. Оба подхода используется при изготовлении солнечных часов, но обычно принято считать, что движется именно Солнце. Возможно легче всего понять, как работают солнечные часы, если представить себе земной шар со стороны Северного полюса.

На приведенном рисунке кажется, что это Солнце каждый час передвигается на 15°. Элемент солнечных часов, который отбрасывает тень называется «гномон».

Если смотреть строго сверху, со стороны воображаемой фотокамеры, то можно запечатлеть снимки тени, от воображаемого гномона в разное время:

Часы, которые мы представили себе расположенными на Северном полюсе, называются экваториальными солнечными часами. Это потому, что плоскость циферблата параллельна плоскости экватора.

Экваториальные солнечные часы можно назвать «базовыми», поскольку с их помощью можно построить много других типов солнечных часов. Это делается путем проецирования часовых линий экваториальных часов на любую другую подходящую поверхность. Полярные часы, изображенные ниже, — очевидный пример.

Середина зимы наступает в северном полушарии, когда ось вращения Земли наклонена в сторону от Солнца. С октября по март Солнце никогда не восходит на северном полюсе, а на южном — никогда не заходит.

Середина лета в северном полушарии наступает, когда ось вращения Земли наклонена в сторону Солнца. С апреля по сентябрь Солнце никогда не заходит на северном полюсе, а на южном — никогда не восходит.

Часы с толстым гномоном и их полуденная отметка

Солнцу требуется четыре минуты для перемещения на один градус долготы с востока на запад (в северном полушарии, а в южном — Солнце движется в противоположном направлении). Солнечные часы на одной и той же долготе (на одном меридиане) показывают одинаковое время. Солнечные часы на меридиане 4° западной долготы отстают на 16 минут от времени в Гринвиче (нулевой меридиан), а на меридиане 8° западной долготы отстают уже на 32 минуты.

Пример: Плимут располагается в 4° 08’ западнее Гринвича, поэтому солнечные часы в Плимуте всегда отстают на 16 минут и 32 секунды. Соответственно, часы, расположенные восточнее Гринвича, спешат на время, рассчитанное из соотношения 1 градус — 4 минуты.

В 1880 году, чтобы избежать хаоса на железных дорогах британский парламент установил среднее время в Гринвиче (GMT), как единое Британское время, и все часы соединенного королевства стали показывать такое же время, как часы Биг Бен в Лондоне.
Первые точные механические часы были сделаны в 1656 году датским ученым Кристианом Гюйгенсом. Точность его поздних моделей составляла одну секунду в сутки. Выставляя свои механические часы по солнечным, Гюйгенс мог бы предположить, что его часы в течение года идут неточно, однако именно его часы были точны, а солнечные часы то опаздывают, то спешат.

Показания всех известных часов не будут соответствовать показаниям солнечных часов, поскольку продолжительность солнечных суток увеличивается на несколько секунд в течение 3 месяцев, потом она соответственно уменьшается в течение 3 месяцев, а в оставшиеся полгода процесс повторяется.

Если в каком-то месте мы направим камеру на штативе на юг и будем фотографировать в режиме мультиэкспозиции каждый полдень через 10 дней, мы увидим фигуру, напоминающую восьмерку.

Эта фигура называется аналемма. Появление такой фигуры обусловлено неравномерным движением Солнца по небесной сфере.

Из-за эксцентриситета земной орбиты зимой в северном полушарии сутки длятся немного больше, чем летом, а в южном – наоборот. Поэтому было введено такое понятие как средние солнечные сутки, равные 24 часам на протяжении всего года. Для определения понятия средних солнечных суток вводится дополнительное понятие «среднее Солнце» – фиктивная точка, которая равномерно движется по небесному экватору (не по эклиптике!). Разница между средним и солнечным временем называется уравнением времени.

Уравнение времени позволяет переходить от истинного солнечного времени к среднему солнечному и наоборот.

Чтобы воспользоваться уравнением времени нам нужна или таблица со значениями коррекции в минутах и секундах на каждый день, или годовой график, по которому мы можем определить величину ежедневной коррекции.

Если бы Земля застыла на одном месте и только бы вращалась вокруг своей оси, то продолжительность всех дней была бы одинаковой. Однако, когда мы смотрим на Солнце, то наблюдаем его сами находясь в движении. Именно изменение скорости нашего движения по эллиптической орбите вокруг Солнца и наклон оси вращения Земли определяют значения уравнения времени.

Солнечные часы, ориентированные точно на юг, имеют вертикальную полуденную линию по центру циферблата и часовые отметки, симметричные относительно нее.

Солнечные часы на стенах, которые не ориентированы строго по сторонам света, называются повернутыми. Полуденная линия повернутых часов тоже будет вертикальной, однако сам гномон будет повернут так, чтобы совпадать с осью вращения Земли.

Изготовить солнечные часы не сложно. Основные правила просты: гномон должен быть ориентирован вдоль направления строго на север и быть параллельным оси мира, т.е. иметь наклон относительно горизонта на угол равный широте места установки часов.

При использовании солнечных часов нужно принять во внимание, что в повседневной жизни в Российской Федерации мы пользуемся средним декретным временем, т.е. временем для основного меридиана принятого часового пояса плюс один час. Например, Санкт-Петербург расположен на меридиане 30 градусов восточной долготы, что соответствует основному меридиану второго часового пояса. Значит, чтобы перейти к показаниям солнечных часов, помимо уравнения времени, необходимо прибавлять один час, или сместить шкалу солнечных часов на один час вперед. В Москве еще сложнее, т.к. она расположена восточнее основного меридиана второго часового пояса на 7 градусов. Не сложно вычислить, что 7 градусов долготы соответствует 28 минутам времени. Т.е. полдень наступает в Москве на 28 минут раньше, чем в Санкт-Петербурге. Поэтому постоянная поправка для показаний солнечных часов, расположенных на меридиане 37 градусов к московскому среднему времени составит +1 час 28 минут.

Также не следует забывать об уравнении времени. Среднее время совпадает с показаниями солнечных часов только четыре раза в году – 15 апреля, 12 июня, 1 сентября и 24 декабря. В остальные дни года солнечные часы либо спешат, либо отстают в пределах (+ 14) – (-16) минут.

Обычные часы помогают решать практические вопросы — не опоздать на работу, вовремя проснуться. Это очень полезная вещь — обычные часы. В мире, где расписание поездов и цена на бензин реальнее самих законов Кеплера, без обычных часов не прожить и дня. Тем не менее, результаты эволюции нельзя отменить и наши тела продолжают жить по истинному солнечному времени и продолжают помнить, как себя чувствовали наши далекие предки, не отделяющие еще время от пространства, а себя от природы и счастливые уже по одной этой причине.

Солнечные часы помогают нам более сдержанно оценивать свою роль в этом мире. Они помогают нам не забыть, что Земля — это очень маленькая планета с ограниченными ресурсами, что вращается она вокруг желтой звезды среднего размера, а сама эта звезда всего лишь одна из великого множества ей подобных составляющих нашу малую родину — Галактику Млечный путь.

Солнечные часы | Топ-Совет

Как сделать солнечные часы своими руками

Солнечные часы — древнейший механизм для определения времени. Солнечные часы — простейший прибор, но в нем заложены знания и наблюдения наших древних предков. В настоящее время солнечные часы используются как ландшафтное украшение. На примере солнечных часов родители учат своих детей строению солнечной системы, да и сама постройка солнечных часов своими руками — увлекательнейшее занятие для наших детей, например, будучи на пляже. При изготовлении солнечных часов надо знать некоторые моменты и особенности их конструкции, о которых мы и расскажем в этой статье.

Из чего состоят солнечные часы

 

Солнечные часы состоят из стрелки-указателя, отбрасывающей тень (эта стрелка называется гномон) и циферблата солнечных часов. Время по солнечным часам определяют по тени, отбрасываемой гномоном на циферблат. Все просто, однако есть некоторые особенности. Циферблат солнечных часов делится на 24 часа, а не на 12 часов, как в обычных механических часах. Циферблат или гномон должны быть наклонены над плоскостью. Солнечные часы не учитывают переход на летнее время. Солнечные часы работают только в ясную или малооблачную  погоду в светлое время суток. Вот и все ограничения солнечных часов.

Существует несколько видов солнечных часов. Давайте разберемся с ними по-порядку.

 

Горизонтальные солнечные часы.

Горизонтальные солнечные часыГоризонтальные солнечные часы можно делать прямо на песке на пляже. Для начала нам нужно знать две вещи: на какой широте мы находимся и где находится север. Если вторую часть можно установить методом подбора, то с первой придется быть подготовленным. Итак, у нас есть компас и мы знаем свою широту (Санкт-Петербург — 60, Москва — 55, Нижний Новгород — 56, Екатеринбург — 56, Сочи — 43, Ростов-на-Дону — 47, Новосибирск — 55, Владивосток — 43 градусов северной широты). Если мы делаем циферблат солнечных часов на переносимой поверхности — чертим круг и делим его на 24 части. Если делаем солнечные часы на земле, рисуем круг, в центр круга вставляем палку (гномон) и наклоняем ее на север так, чтобы угол между поверхостью земли и гномоном был равен нашей широте, от нижнего конца гномона ровно на север рисуем черту — это будет 12 часов дня по астрономическому времени. Остальные линии расчерчиваем, деля весь круг на 24 равных сектора. Каждый сектор солнечных часов равен 15 градусам.

Здесь нас ожидает засада. После грамотного разграфления циферблата и наклона гномона, время показывающее солнечными часами может отличаться от времени, которое показывает местное телевидение. Проблема кроется в декретном времени и часовых поясах, которые были для удобства созданы искусственно. Переносимый циферблат с легкостью решит эту проблему, просто вовернем его, пока время не будет правильным. С часами, нарисованными на песке чуть посложнее, этот момент надо учесть при начале разрисовывания циферблата. Например, можно отложить разметку циферблата до 12 часов, когда мы и север без компаса определим и точно главную ось циферблата наших солнечных часов нарисуем. Если ждать некогда, и творчество рвется из Вас, разграфите циферблат солнечных часов в черновом варианте и скорректируйте свой циферблат на ту погрешность, которая у Вас получилась.

В наших широтах солнечные часы работают в самый разгар лета часов с 8 утра и до 8 вечера, так что расовать числа между этими значениями практически бессмысленно. Из-за этого часто на круглом циферблате основание гномона сдвигают вниз.

Экваториальные солнечные часы

Экваториальные солнечные часы.

Экваториальные солнечные часы — те же самые горизонтальные часы, только гномон установлен четко вертикально, а сам циферблат наклонен к поверхности земли на угол широты места установки таких часов. 

 

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы обычно крепят на стенах домов. Тот же самый наклоненый гномон и расчерченный через 15 градусов циферблат.

 

Обычно в городах делают смешанный тип солнечных часов, т.е. на половину угла наклоняют циферблат, наполовину угла наклоняют гномон. Такое построение солнечных часов смотрите эффектнее, собственно, из-за чего их и делают.

 

Построение солнечных часов своими руками действительно увлечет Вашего ребенка и, кроме того, расширит его  кругозор.

 

История солнечных часов

 

Человек изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения.

По современной хронологии уже 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы (солнечные часы). Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона

Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных.

Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III — первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток — запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей — восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.

На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении «Архитектура» не менее 13 видов солнечных часов.

К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические солнечные часы — так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320 — 250 гг. до н.э который изготовил также солнечные часы с полукруглымишкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса, живший в 408 — 356 гг. до н.э. Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях. Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года.

 

При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15 градусов. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик

Региомонтан. Экваториальные солнечные часы с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Такие часы назывались гелиохронометрами.

Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время, а не местное солнечное время, как у обычных экваториальных часов. Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы — один из вариантов дорожных солнечных часов которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески.

Главной частью таких солнечных часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале. На подобном принципе строились и так называемые экваториальные кольца — аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с другом круга. Позднее возник новый вариант с поперечиной вместо третьего кольца. 

На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой — знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча. Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга. В заключение этого раздела хотелось бы коротко остановиться на одной из моделей дорожных солнечных часов, используемых индийскими путешественниками. Они представляли собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь-июль), в котором совершались путешествия. Солнечные часы никогда не утрачивали своего значения и продолжают конструироваться еще и в наши дни. Римляне усовершенствовали солнечные часы, с которыми мы знакомы в настоящее время, и даже сделали солнечные переносные часы, удобные для путешествий. Они просуществовали тысячелетия и еще долгое время оставались средством проверки и координации для очень ненадежных колесных часов, пока не были окончательно вытеснены благодаря изобретению спиральной пружины в качестве регулятора хода (1674г.), но об этом мы расскажем ниже.

Мы рассмотрели устройство и функционирование солнечных часов, которые с годами совершенствовались и изменялись. Солнечные часы с передвижным по высоте полюсом, компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы — между восходом и заходом Солнца. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания определенного количества вещества в хронометрическом устройстве.

 

Солнечные часы

Принцип работы солнечных часов

Фото 2 – схема простейших солнечных часов.

Фото 3 – солнечные часы в Древнем Египте

Тень от вертикально установленного колышка перемещалась вслед за солнцем ежедневно, удлиняясь и укорачиваясь на одинаковую величину.

Фото 4 —  тень обелиска и метки солнечных часов

Служители храмов, отмечая значимость этого открытия, перед входами воздвигали священные обелиски – гномоны.

Фото 5 — обелиск перед египетским храмом

Их тень перемещалась по размеченной окружности. Равномерно нанесенные риски отмеряли равные отрезки времени.

Фото 6 – модель солнечных часов в музее Каира, Египет.

Применяя законы движения Солнца на видимом небосводе, вращение земли вокруг своей оси, лунные циклы, мастера создавали солнечные часы из камня, ценных пород дерева, драгоценных металлов. Гномоны устанавливали в общественных местах: цирках, банях, на площадях.

Фото 7 – Башня Ветров с солнечными часами в Афинах.

Большие солнечные часы на башне Ветров в античных Афинах датируются 1 веком до н.э. Грандиозное сооружение диаметром 8 метров поднималась на двенадцати метровую высоту.

Фото 8 – артефакт часов для отсчета ночного времени.

Гениальное озарение египетских мастеров явило изобретение часов, указывающих время ночью. Два священных прямоугольных бруска с прикрепленными нитями размещали параллельно небесному меридиану, направляя на Полярную звезду. Количество звезд на небе, пересекающих эту ориентированную линию, отмеряло время.

Фото 9 – египетские солнечные часы 13 век.

Недостатками первых примитивных «приборов» времени являлась их существенная погрешность, зависящая от долготы места расположения, работа ограничивалась видимостью солнечного диска над линией горизонта.

Фото 10

Артефакты солнечных часов в эпохи древних цивилизаций Междуречья, Египта, Китая находят при целенаправленных археологических раскопках культурных слоев земли. Механик Ветрувий, живший в эпоху расцвета Римской Империи описал около тридцати различных типов солнечных часов.

Фото 11

Примечания

  1. Stanislav Michal. Hodiny : Od gnómonu k atomovým hodinám. — 2-е изд. — Прага: Státní nakladatelství technické literatury (SNTL), 1987. — 269 с. Первое издание книги было переведено на русский язык: Станислав Михаль. Часы. От гномона до атомных часов. — М.: Знание, 1983. — 256 с. — (Переводная научно-популярная литература).
  2. ↑ , с. 9.
  3. Духовная культура Китая / Редакторы тома М. Л. Титаренко, А. И. Кобзев, В. Е. Еремеев, А. Е. Лукьянов. — М.: Восточная литература, 2009. — Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование. — 1087 с. — ISBN 9785020363816.
  4. ↑ , с. 52.
  5. Текст указа:
  6. Радченко Б.Г. Тень измеряет время // Часы Ленинграда. — Л.: Лениздат, 1975. — С. 59—69.
  7. Моисеев А. Солнечные часы в вашем саду (рус.) // Наука и жизнь. — 1992. — № 9. — С. 65—66.
  8. Транковский С. Солнечные часы (рус.) // Наука и жизнь. — 1983. — № 8. — С. 133—135.
  9. Солнечные часы // Большая Советская Энциклопедия / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская Энциклопедия, 1976. — Т. 24, кн. I : Собаки — Струна. — С. 148. — 631 000 экз.
  10. Эта скорость приближённо равна длине параллели, делённой на 24 часа (высоту самолёта, если она несколько километров, как и несферичность Земли, в грубом приближении можно не учитывать), например, для широты 55 градусов это
    2π⋅6370⋅cos⁡55∘24≈960{\displaystyle {\tfrac {2\pi \cdot 6370\cdot \cos 55^{\circ }}{24}}\approx 960} км/ч

Солнечные батареи для часов

Нет-нет, рассказ пойдет не о тех солнечных часах, что применялись еще в глубокой древности. Наш рассказ о вполне современных часах – электронных, получающих энергию от миниатюрной солнечной батареи, встроенной в корпус.

Вечные часы

Особенность таких часов в том, что они очень долговечны, поскольку нет  в ходе их эксплуатации никаких механических действий по замене источника питания.

Как правило, электронные часы с обычной батарейкой внутри, выходят из строя при попытках применить более доступные источники питания

При этом владелец часов зачастую обращает внимание лишь на размеры самой батарейки, а не на ее емкость и напряжение

Но даже в случае, если батарейка «подошла» по размеру, есть  риск неправильной ее установки. Итог при этом плачевный – часы выходят из строя.

Сейчас выпуском наручных часов с солнечной батарейкой занимаются фирмы (называю в порядке популярности): Casio, Sanyo, Citizen, Seiko, Orient, Pulsar, Timex, Swatch.

В чем же преимущества электронных часов на солнечной батареи по сравнению с обычными? Прежде всего, в том, что не требуется механическое воздействие на них со стороны владельца – отвинчивание задней крышки для смены батарейки. Операция, вроде бы, очень простая.

При самостоятельной же смене батарейки довольно часто рвется уплотнительная резинка и часы перестают быть водонепроницаемыми. Последствия этого предсказуемы.

Принцип действия часов на солнечной батареи

Солнечная батарея в часах может быть разной по «оформлению».  Обычно это небольшая, слегка выпуклая линза на корпусе. Или же под стеклом находится маленькое еще окошко, стилизованное под какой-либо дизайнерский знак.

  1. Работают часы по следующему принципу: свет (не обязательно солнечный – любой) попадает на фотоэлемент-панельку, преобразуется в электричество, которое «отправляется» в миниатюрный аккумулятор.
  2. Хотя его называют «батарейкой», на самом деле это – непрерывно подзаряжаемый аккумулятор.
  3. Электронная «начинка» часов чрезвычайно экономно использует аккумулятор. Емкости полностью заряженного аккумулятора часам хватает на полгода работы в полной темноте.
  4. При этом владелец не только видит показываемое время, но и может регулярно подсвечивать табло при необходимости. Полная зарядка достигается, если положить часы на подоконник в солнечный день на три часа.

Разумеется, процесс может быть прерван в любой момент. Фантастика, но даже минутная зарядка обеспечивает часам нормальную работу на сутки!

Условия работы солнечной батареи в часах

Но вообще-то нет никакой необходимости в специальной подзарядке часов. Дело в том, что они заряжаются даже в ситуации, когда на корпус падает любой свет – например, от электрической лампочки, монитора компьютера или экрана телевизора.

Яркий солнечный свет часам не нужен. Хотя, конечно, при таком свете подзарядка аккумулятора станет идти быстрее. Но не будем забывать о том, что подзарядка идет автоматически при любом попадании света на фотоэлемент.

Даже от свечи или горящей спички!

К сожалению, стоимость солнечных часов пока довольно приличная. Речь, конечно, о оригинальных таких часах, а не о китайских подделках под них, в которых нет дорогого фотоэлемента, хотя он и имитируется на корпусе.

Но «лишнюю» точку или букву очень трудно бывает увидеть из-за крайне мелкого шрифта. Так что будьте внимательными при покупке.

Как сделать солнечные часы своими руками

Солнечные часы — древнейший механизм для определения времени. Солнечные часы — простейший прибор, но в нем заложены знания и наблюдения наших древних предков. В настоящее время солнечные часы используются как ландшафтное украшение. На примере солнечных часов родители учат своих детей строению солнечной системы, да и сама постройка солнечных часов своими руками — увлекательнейшее занятие для наших детей, например, будучи на пляже. При изготовлении солнечных часов надо знать некоторые моменты и особенности их конструкции, о которых мы и расскажем в этой статье.

Из чего состоят солнечные часы

Солнечные часы состоят из стрелки-указателя, отбрасывающей тень (эта стрелка называется гномон) и циферблата солнечных часов. Время по солнечным часам определяют по тени, отбрасываемой гномоном на циферблат. Все просто, однако есть некоторые особенности. Циферблат солнечных часов делится на 24 часа, а не на 12 часов, как в обычных механических часах. Циферблат или гномон должны быть наклонены над плоскостью. Солнечные часы не учитывают переход на летнее время. Солнечные часы работают только в ясную или малооблачную  погоду в светлое время суток. Вот и все ограничения солнечных часов.

Существует несколько видов солнечных часов. Давайте разберемся с ними по-порядку.

Горизонтальные солнечные часы.

Горизонтальные солнечные часы можно делать прямо на песке на пляже. Для начала нам нужно знать две вещи: на какой широте мы находимся и где находится север. Если вторую часть можно установить методом подбора, то с первой придется быть подготовленным. Итак, у нас есть компас и мы знаем свою широту (Санкт-Петербург — 60, Москва — 55, Нижний Новгород — 56, Екатеринбург — 56, Сочи — 43, Ростов-на-Дону — 47, Новосибирск — 55, Владивосток — 43 градусов северной широты). Если мы делаем циферблат солнечных часов на переносимой поверхности — чертим круг и делим его на 24 части. Если делаем солнечные часы на земле, рисуем круг, в центр круга вставляем палку (гномон) и наклоняем ее на север так, чтобы угол между поверхостью земли и гномоном был равен нашей широте, от нижнего конца гномона ровно на север рисуем черту — это будет 12 часов дня по астрономическому времени. Остальные линии расчерчиваем, деля весь круг на 24 равных сектора. Каждый сектор солнечных часов равен 15 градусам.

Здесь нас ожидает засада. После грамотного разграфления циферблата и наклона гномона, время показывающее солнечными часами может отличаться от времени, которое показывает местное телевидение. Проблема кроется в декретном времени и часовых поясах, которые были для удобства созданы искусственно. Переносимый циферблат с легкостью решит эту проблему, просто вовернем его, пока время не будет правильным. С часами, нарисованными на песке чуть посложнее, этот момент надо учесть при начале разрисовывания циферблата. Например, можно отложить разметку циферблата до 12 часов, когда мы и север без компаса определим и точно главную ось циферблата наших солнечных часов нарисуем. Если ждать некогда, и творчество рвется из Вас, разграфите циферблат солнечных часов в черновом варианте и скорректируйте свой циферблат на ту погрешность, которая у Вас получилась.

В наших широтах солнечные часы работают в самый разгар лета часов с 8 утра и до 8 вечера, так что расовать числа между этими значениями практически бессмысленно. Из-за этого часто на круглом циферблате основание гномона сдвигают вниз.

Экваториальные солнечные часы.

Экваториальные солнечные часы — те же самые горизонтальные часы, только гномон установлен четко вертикально, а сам циферблат наклонен к поверхности земли на угол широты места установки таких часов. 

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы обычно крепят на стенах домов. Тот же самый наклоненый гномон и расчерченный через 15 градусов циферблат.

Обычно в городах делают смешанный тип солнечных часов, т.е. на половину угла наклоняют циферблат, наполовину угла наклоняют гномон. Такое построение солнечных часов смотрите эффектнее, собственно, из-за чего их и делают.

Построение солнечных часов своими руками действительно увлечет Вашего ребенка и, кроме того, расширит его  кругозор.

Часы Tissot с солнечной батареей

Швейцарская компания Tissot собирается представить новые смарт-часы Smart-Touch с технологией T-Touch Solar.

Прочный водонепроницаемый хронометр отличается от остальных изделий производителя наличием солнечной батареи, которая значительно повышает срок автономной работы устройства.

Кроме того, данное изделие, по представлению разработчика, имеет ряд функций, присущих классическим SmartWatch, и даже превышающих их.

Модель будет продемонстрирована на мероприятии BaselWorld 2016 года. Ее разработкой занимается Группа Компаний Swatch Group, которой принадлежит бренд Tissot. Новые стильные часы Smart-Touch Solar характеризуют следующие элементы и возможности:

  1. • Синхронизация с данными GPS на смартфоне для указания направления движения. • Наличие функции «вернуться домой». • Наличие функции отслеживания движущегося объекта (носителя данных часов). • Автоматическое обновление времени и календаря (со смартфона).
  2. • Беспроводной модуль Bluetooth для синхронизации со смартфоном.

Если говорить о технологии T-Touch Solar, включающей фотоэлемент на главной панели, то она позволяет находиться в режиме автономной работы значительно дольше других моделей. Зарядка в таком случае потребуется примерно через год эксплуатации. Аналог данной технологии можно найти в современных часах Casio.

Так же одним из интересных аксессуаров для часов небольшая метеостанция, которая так же питается от солнечных батарей. Данный гаджет способен предоставлять такую информацию, как температура, влажность и качество воздуха с прогнозом погоды.

Стоит отметить, что компания выпускает свои часы свыше полутора десятков лет, что позволяет говорить о том, что они прошли проверку временем. Среди обычных функций моделей Tissot T-Touch (помимо указанных выше возможностей нового «умного гаджета») находятся:

• Барометр. • Высотомер. • Таймер. • Гоночный хронометр (показ времени прохождения круга и времени всей гонки). • Будильники (2 шт.).

• Магнитный компас с указанием азимута на 12 часов (минутная стрелка показывает на север).

Для сравнения: часы 2016 года Tissot T-Touch Expert Solar NBA

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

Солнечные часы

Содержание работы

I Введение

II  О солнечных часах

  1. Солнечные часы в Москве
  2. Устройство солнечных часов
  3. Виды солнечных часов

а) Горизонтальные солнечные часы

б) Вертикальные солнечные часы

в) Экваториальные солнечные часы

г) Аналемматические солнечные часы

  1. История солнечных часов

а) Солнечные часы в Древнем Китае

б) Солнечные часы в Древнем Риме и Древней Греции

в) Солнечные часы в Древней Руси

г) Солнечные часы в Великобритании

III Солнечные часы в школьном дворе

  1. Мои двушкальные солнечные часы
  2. Этапы изготовления солнечных часов

IV Заключение

V Источники информации

I. Введение

 В прошлом году я прочитала в газете «Москва. Центр.» от 6 ноября 2015 № 37 статью о солнечных часах Екатерины Шаминой. Оказалось,  что в Москве имеются 8 солнечных часов. Меня заинтересовала эта тема. Мне захотелось посмотреть на эти солнечные часы, изучить их историю создания, узнать где они находятся, как их используют. Солнечные часы очень удобный инструмент для определения времени в солнечную погоду. Если в школьном дворе сделать солнечные часы, их можно использовать в качестве учебного пособия и в начальной школе на уроках окружающего мира, и в средней школе на уроках географии и физики. Они позволяют по движению тени наглядно проследить суточное и годовое движение нашей планеты. Таким образом, целью моей работы является создание солнечных часов во дворе нашей школы.

Критерии, по которым можно оценить результат работы:

  • а) солнечные часы в солнечную погоду должны подсказывать нам время;
  • б) солнечные часы должны быть просты и удобны в использовании;
  • в) солнечные часы должны способствовать формированию научного мировоззрения школьников;
  • г) солнечные часы должны эстетично выглядеть и служить декоративным элементом нашего школьного двора.

Свою работу организую по следующему плану:

  1. Прогулка по Москве и поиск солнечных часов нашего города.
  2. Сбор и анализ информации по истории, устройству, видам, принципу работы солнечных часов.
  3. Изготовление солнечных часов во дворе нашей школы.
  4. Проверка результативности созданного инструмента.

II.О солнечных часах

  • Солнечные часы в Москве

В выходные я поездила по Москве и собственными глазами увидела все эти солнечные часы, о которых говорилось в газете. Мне хотелось посмотреть, как органично они вписываются в архитектурный облик нашего города.

1. Самые старые дошедшие до нас солнечные часы установлены на Лопухинских палатах Новодевичьего монастыря. Предположительно они относятся к XVII веку.

2. От часов на церкви Воскресения Христова в Кадашах, написанных на фасаде храма, строившегося в 1687-1713 годах, сохранились только некоторые символы.

3. Так же в Москве существуют «пропавшие» солнечные часы — на так называемом «доме Брюса» (сейчас д. 2 по Спартаковской улице). От них осталась лишь каменная доска — трапеция. Существует легенда, что перед войнами и революциями она краснеет.

4. Так же солнечные часы сохранились на здании главного корпуса старого Московского университета, находящегося по адресу ул. Моховая; д. 11.

5. Так же к началу ХIX века относятся часы на здании бывшей Синодальной типографии, на Никольской улице. Эти часы с объемной поверхностью и поэтому они позволяют узнать не только время, но и день зимнего и весеннего равноденствия.

6. В центре Москвы есть еще одни солнечные часы, они находятся на здании приюта у храма Святого Людовика, находящегося по адресу:ул. Лубянка, д. 12А

7. Еще одни солнечные часы находятся на пешеходной аллее Космонавтов, ведущей к мемориальному музею космонавтики.

8. Самые новые солнечные часы в Москве находятся на здании русско-литовской школы в Госпитальном переулке; д.3.

Конечно же оказалось, что в Москве солнечных часов намного больше. Ведь после ремонта в Московском Планетарии, открыли площадку для наблюдений «Парк неба», где представлены различные виды солнечных часов. Я решила съездить в Планетарий и посмотреть на эти солнечные часы. Там я узнала и увидела много нового и интересного:

Горизонтальные солнечные часы Московского Планетария.

Экваториальные солнечные часы Московского планетария.

Также в Московском планетарии есть макет солнечных часов «Самрат Янтра», находящихся в Индии.

Вертикальные солнечные часы Московского планетария.

  • Устройство солнечных часов.

Итак, давайте разберемся подробнее с каждой частью, образующей солнечные часы.

Шкалы.

 Главный элемент циферблата это шкала для регистрации времени. Точность шкалы зависит от точности изготовления солнечных часов и тщательности сборки их деталей. Кроме того, точность шкалы определяется размером солнечных часов (чем больше их размер, тем точнее может быть сделана шкала). Деления шкалы представляют собой отрезки так называемых часовых линий. То есть линий, образованных тенью гномона на циферблате солнечных часов.

На фотографии ниже часовые линии выделены цветом.

Иногда, кроме шкал, предназначенных для регистрации времени, на солнечных часах выполняются шкалы для измерения азимута солнца и высоты солнца над горизонтом а также шкала географической долготы. Азимут это угол между направлением на полюс и направлением на какой-либо удаленный предмет. В момент истинного полудня азимут солнца по определению равен 180º, а в тот момент, когда солнце находится точно на западе или точно на востоке, его азимут соответственно равен 90º и -90º. Большинство людей полагает, что солнце всегда восходит на востоке и заходит на западе.  С помощью шкалы азимутов легко убедиться, что это не так. Лишь два раза в году, в дни равноденствий, солнце восходит на востоке и заходит на западе.. Шкала географической долготы позволяет наблюдать перемещение солнца по планете. Когда солнце пересекает какой-либо местный меридиан, на этом меридиане наступает истинный солнечный полдень, солнце занимает высшую точку своего дневного пути а его азимут равен точно 180º.  То есть в этот момент солнце находится точно на юге. Если шкалу географической долготы дополнить списком городов таким образом, чтобы название города располагалось напротив соответствующей долготы, то по тени гномона можно, не прибегая к вычислениям, узнать, в каком городе сейчас истинный полдень.

Гномон.

Гномон это материальный объект, и у него есть толщина.  Ее следует учитывать при расчете циферблата.  В шкалах делаются разрывы, ширина которых равна толщине гномона. Строго говоря, у точных солнечных часов есть два гномона – восточный и западный. Западный представляет собой ребро, образованное западной и верхней гранями.  По его тени регистрируется время от восхода солнца до полудня. Восточный представляет собой ребро, образованное восточной и верхней гранями треугольника. По его тени регистрируется  время от полудня до захода солнца.

Чем солнечные часы отличаются от обычных.

Солнечные часы показывают истинное солнечное время. Наручные часы показывают среднее солнечное время. Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.

Истинные солнечные сутки — величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче. Стало быть, и части их, то есть часы, минуты и секунды не всегда равны между собой. Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шел точно по солнцу, то есть в один день быстрее, в другой медленнее. Поэтому наручные часы показывают не солнечное и некое другое время, называемое средним. Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем расчетов. Складывают продолжительность всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году. Гражданские сутки, а стало быть, гражданские часы, минуты и секунды, есть величина постоянная по определению.

 До изобретения атомных часов, самой стабильной единицей времени считались звездные сутки, определяемые по промежутку времени между двумя последовательными восходами какой-либо отдаленной звезды. Чтобы измерить продолжительность солнечных суток, а затем путем расчетов определить продолжительность средних суток, по традиции используют именно звездное время — звездные часы, минуты и секунды.

  •  Виды солнечных часов.

Солнечные часы — устройство для определения времени по изменению длины тени от гномона  и её движению по циферблату. 

Выделяют 4 вида солнечных часов: горизонтальные, вертикальные, экваториальные и аналемматические.

а) Горизонтальные солнечные часы.

 Эти часы можно видеть во многих парках и садах.

часы в г. Севастополь; наб. Корнилова

Горизонтальные солнечные часы состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона. Циферблат расположен горизонтально относительно земной поверхности. Гномон расположен перпендикулярно кадрану и представляет собой треугольник, угол которого равен широте места, в котором находятся солнечные часы (для Москвы это 55 градусов).

б) Вертикальные солнечные часы

часы на здании Соловецкого монастыря (Соловецкие острова

Вертикальные солнечные часы обычно располагаются на стенах зданий. Поэтому циферблат перпендикулярен относительно плоскости земной поверхности.  А гномон располагается под углом, равным широте места, в котором расположены часы.

в) Экваториальные солнечные часы.

Часы на берегу реки Темзы(Лондон; Англия.)

Эти солнечные часы состоят из тех же частей, что и 2 предыдущих типа. Гномон, устанавливается на циферблате перпендикулярно его поверхности. Циферблат устанавливают углом 90 градусов, минус широта той местности, в которой расположен циферблат.

г) Аналемматические солнечные часы

На таких  часах есть все те же части, что и на остальных, но гномоном здесь служит  человек.

Циферблат аналемматических солнечных часов имеет форму эллипса.  Чем ближе часы находятся к югу, тем больше эллипс становится похожим на круг.

часы на территории природного заказника «Долина реки Сетунь

В середине циферблата располагается разлинованная по месяцам площадка. Так как человек стоит вертикально по отношению к поверхности земли, а не под определенным углом, как гномон на горизонтальных часах, то его тень не будет показывать точное время на протяжении года, а будет постепенно смещаться. Что бы исправить этот недостаток, на площадке размечают место, куда должен встать человек, что бы его тень показывала точное время. Но и в этом случае точное время тень будет показывать только в середине месяца, а в начале и в конце будет небольшое расхождение.

Считается, что первые в мире часы были солнечными. Их история уже насчитывает не одно тысячелетие, но когда именно люди начали их применять достоверно неизвестно. Установлено, что в Древнем Египте, Вавилоне и Китае такими приборами пользовались ранее, чем за тысячу лет до нашей эры. Первые упоминания об определении времени по солнечным лучам с помощью гномона относятся к 1306-1290 гг. до н.э.

а) Солнечные часы в Китае.

Первое упоминание о солнечных часах в Китае, вероятно, задача о гномоне, приводимая в древнем китайском задачнике «Чжоу-Би» , составленном около 1100 г. до н. э.  В эпоху Чжоу в Китае применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпохуЦин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные — опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные — с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.

б) Солнечные часы в Древнем Риме и в Древней Греции.

По рассказуВитрувия, вавилонский астроном Берос , поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши — так называемым скафисом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия.

Из Греции солнечные часы достигли Рима В 293 году до н.з. Папирий Курсор велел соорудить солнечные часы на стене храма Квиринал, а в 263 году до н.э. другойконсул, Валерий Мессала, привёз солнечные часы из Сицилии.

в) Солнечные часы в Древней Руси.

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определённые инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове и на странный узор-меандр. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли ещё в XI веке.

г) Солнечные часы в Великобритании.

В Великобритании находятся одни из самых знаменитых и древних солнечных часов в мире-Стоунхендж. Это древняя обсерватория, которая была построена в первом тысячелетии до нашей эры. Древние люди использовали Стоунхендж, как солнечный и лунный календарь. Сейчас это очень ценная достопримечательность.

И в «Парке Неба» Московского планетария я видела модель этой древнейшей обсерватории.

III. Солнечные часы в школьном дворе

После того как я нашла солнечные часы в Москве, изучила устройство солнечных часов и их виды, я решила сделать свои солнечные часы во дворе школы. Одни солнечные часы в нашем школьном дворе я решила сделать горизонтальными. Как мы знаем, одной из частей таких часов служит гномон, который устанавливается в центре под углом, равным широте местности. Для Москвы этот угол составляет 560.  Но если посреди школьного двора установить штырь, маленькие дети могут забегаться и напороться на него. То есть установка такого оборудования была бы не безопасна для школьников. Поэтому я решила сделать съемный гномон. То есть укрепить его на доске, он постоянно будет храниться в кабинете учителя, а при необходимость под руководством учителя его можно установить и проверять время. Но тогда, просто гуляя во дворе дети без гномона не смогут определить время. То есть нужны еще одни солнечные часы, где в роли гномона выступает сам человек. Как мы знаем, это аналемматические часы.

  • Мои двушкальные часы.

Я придумала новый вид солнечных часов, которые еще нигде не встречала. Это двушкальные солнечные часы.

У нас в Москве с октября по апрель в основном стоит пасмурная погода, солнце выглядывает редко. А с ноября по март школьный двор покрыт снегом. Таким образом в эти месяцы использование солнечных часов неактуально. С другой стороны летом все дети разъезжаются на каникулы, в школьном дворе никто не гуляет. То есть и в летние месяцы солнечные часы не особенно нужны. А вот в теплые солнечные майские или сентябрьские дни школьники любят выбегать во двор на переменах, гулять там после уроков. Много времени на улице проводят и дети из группы продленного дня. В эти дни уроки физкультуры проходят на улице; некоторые учителя проводят практические работы на открытом воздухе. Именно в это время солнечные часы во дворе нашли бы свое применение. А так как у нас всего два месяца использования часов, то можно не менять площадку для размещения  человека, решившего воспользоваться часами, а сделать две шкалы разного цвета: одну майскую и одну сентябрьскую со своими разметками. Эту идею мы  и стали воплощать на нашем школьном дворе.

  • Этапы изготовления солнечных часов
  1. Итак, сначала мы долго присматривались к нашему школьному двору, выбирали место, хорошо освещенное солнцем в течение всего дня. Такое место нашлось возле здания начальной школы.
  2. В солнечный день, в середине мая, в субботу мы вышли на школьный двор. Мы начертили основу наших солнечных часов. Для этого мы взяли толстую нить, с одной стороны привязали к ней карандаш, с другой мел. После этого мы воткнули карандаш в землю и с помощью мела начертили 2 окружности.

3. После того как у нас получилось 2 окружности, мы закрасили пространство между ними белой краской. Это была майская шкала.

4. После того, как 2 окружности были закрашены, мы с помощью компаса отметили все стороны горизонта.

5. Затем мы установили гномон, так, чтобы его острие указывало на юг и в том месте поставили точку, чтобы было понятно, как ставить гномон. На двушкальных солнечных часах гномоном, как мы уже знаем, является человек, поэтому там мы нарисовали 2 ступни, на которые человеку надо встать, чтобы узнать время. И через каждые полчаса мы делали отметки.

6. После того, как Цифры были отмечены, мы решили украсить часы пиктограммами в соответствии с распорядком дня. Пиктограммы мы рисовали по трафаретам собственного изготовления, а за тем заливали их краской и баллончиков для граффити.

7. Таким образом, горизонтальные солнечные часы были готовы. А на двушкальных солнечных часах была готова 1-ая майская шкала. Доделать до конца двушкальные солнечные часы мы могли только в сентябре.

8. В середине сентября, в солнечный день мы доделали наши солнечные часы. Таким образом на наших двушкальных солнечных часах появилась сентябрьская шкала.

9. Что бы школьники понимали, как пользоваться моими солнечными часами, я сделала табличку с подробной инструкцией.

И нам было очень приятно видеть, что школьники подходят к часам, интересуются ими и определяют по ним время.

IV. Заключение

Вывод: считаю, что  моя работа отвечает всем критериям результативности:

а)  мои солнечные часы показывают точное время в солнечные майские и сентябрьские дни; 

б) я считаю, что мои солнечные часы просты и удобны в использовании, кроме того, они снабжены табличкой с подробной инструкцией ;

в) я считаю, что мои солнечные часы будут полезны для школьников в солнечные майские и сентябрьские дни, когда ученики выходят из школы, они могут примерно узнать время, встав в центр двушкальных солнечных часов. А с помощью горизонтальных солнечных часов учителя начальной школы, а также учителя физики и географии могут проводить открытые уроки на улице;

г) считаю, что мои солнечные часы эстетично выглядят и служат декоративным элементом нашего школьного двора.

Работа над проектом мне очень понравилась, поэтому я хочу сделать переносной макет экваториальных солнечных часов, который учителя смогут использовать на своих уроках.

Горизонтальные солнечные часы

Эти часы рассчитать, конечно, сложнее, чем экваториальные, но зато время они могут показывать круглый год. В этих часах кадран лежит строго горизонтально, а гномон направлен на север и расположен к поверхности кадрана под углом, равным географической широте местности. Вся сложность построения — в разметке часовых линий, которые в данном случае будут располагаться на циферблате не равномерно. Эту разметку можно провести тремя способами.

Первый способ — самый легкий, но не очень точный — способ визуальных наблюдений. Для начала, надо изготовить плоский кадран и укрепить на нем гномон. Например, Харьков расположен на широте 50°, поэтому гномон будет располагаться под углом 50° к горизонтальной поверхности кадрана. Чертеж гномона в данном случае будет выглядеть так.

установка гномона горизонтальных часов

После этого закрепляем гномон на кадране таким образом, чтобы стороны треугольника ВС и ВА были направлены строго на север (как это сделать описывалось в статье про экваториальные часы). Теперь наблюдаем за движением тени от гномона и каждый час делаем отметки на циферблате. Таким образом, за сутки можно разметить весь циферблат. Чтобы разметка была более точной, надо выбрать дни, когда значение уравнения времени приближается к нулю. После разметки наш циферблат будет сверху выглядеть так.

установка гномона горизонтальных часов На этой разметке не учтена поправка на долготу местности и летнее время. Как внести эту поправку описывалось в статье про экваториальные часы.

Второй способ — способ геометрических построений. Нам потребуется карандаш, транспортир и циркуль.

В начале, опустим в точку В перпендикуляр на горизонтальную прямую. Выберем на этой прямой точку А (Рис.1).

установка гномона горизонтальных часов

Из точки А проведем линию к перпендикулярной прямой так, чтобы угол САВ равнялся широте вашей местности (Рис.2).

установка гномона горизонтальных часов

Из точки В проведем перпендикуляр к отрезку АС (Рис.3) и отметим на нем точку D. Из точки В, радиусом BD, проведем окружность и, на пересечении ее с горизонтальной прямой, отметим точку О (Рис.4).

установка гномона горизонтальных часов

Теперь чертим окружность с центром в точке О и радиусом ОВ и эту окружность делим на равные сектора по 15°, как при разметке экваториальных часов. Каждый луч продлеваем до пересечения с вертикальной прямой ВС. Эти точки и будут определять часовую разметку наших горизонтальных часов (Рис.5).

установка гномона горизонтальных часов

установка гномона горизонтальных часов

Соединяем эти точки с точкой А (линии красного цвета). Осталось только пронумеровать — и половинка циферблата готова. Повернем полученный чертеж на 90° (Рис.6) и симметрично дорисуем правую половинку циферблата.

установка гномона горизонтальных часов

Часы готовы.  Гномон изготавливается так же, как описано в первом способе и устанавливается на циферблат вдоль 12-часовой линии (линия АВ) так, чтобы угол, равный широте местности совпадал с точкой А.

установка гномона горизонтальных часов

Остается правильно сориентировать часы на местности — и все..

Третий способ — тригонометрический. В начале заготовим основу будущего циферблата — пересекающиеся под прямым углом линии и нанесем основные часовые отметки.

установка гномона горизонтальных часов

Все углы для разметки часовых делений можно рассчитать по формуле:

tg(a)=sin(f) * tg(t),

где а — искомый угол
f — широта местности
t — временной отрезок, выраженный в градусной мере (из расчёта 1ч = 15°).

Например, рассчитаем, где будет находиться отметка 11 часов на часах, расположенных в Харькове. Значение f = 50°, а t = 15° (1час от отметки 12).Подставим эти значения в формулу:

tg(a)=sin(50°)*tg(15°)=0,7660*0,2679=0,2052

отсюда определяем, что угол a=12°.

Таким образом, на циферблате угол между 12 и 11 часами будет для Харькова равняться 12°. Симметрично ему можно отложить сразу и угол между 12 и 13 часами. По этой же формуле рассчитываем и остальную разметку, принимая угол t равный соответственно двум, трем и т. д. часам (30°, 45° и т.д.).

установка гномона горизонтальных часов

Наши часы будут выглядеть так, как на этом рисунке (вид сверху). Красной линией ВС отмечено место крепления гномона, в данном случае без учета поправки на долготу местности. Если учесть эту поправку, то гномон будет направлен не ровно на 12 часов, а на точку времени 12час 35мин — истинный полдень для Харькова.

установка гномона горизонтальных часов

Теперь устанавливаем эти часы на местности, сориентировав гномон строго по линии север-юг, как описывалось ранее.

Циферблат горизонтальных часов не обязательно должен быть круглым. Если учесть реальную тень от гномона, то можно создать часы, которые будут показывать не только точное время, но и дату, не давая Вам забыть о таких важных событиях в жизни, как юбилеи, дни рождения, памятные даты. Например, солнечные часы у входа в яхт-клуб города Четхэма (Англия), показывают дату и час гибели адмирала Нельсона (21 октября в 17 часов). О построении таких часов можно прочитать в нашей специальной статье, посвещенной горизонтальным солнечным часам с циферблатом, ограниченным линиями солнцестояния.

установка гномона горизонтальных часов

Если Вы заинтересовались построением таких часов у себя на участке или дома, но у Вас нет времени сделать расчеты, вы можете заказать чертеж таких часов, рассчитанный именно для Вашей местности и для Ваших дат, в нашем интернет-магазине в разделе экзотических товаров.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о