Сообщение о солнечных часах. Полярные с вертикальным циферблатом. Горизонтальные 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.

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.

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. 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 - прибор для измерения времени по Солнцу, относится к простейшему хронометрическому прибору, который разработан на суточном движении Солнца, в редких случаях - годовом. Представляет собой древнейший научный измерительный инструмент, который не претерпел существенных изменений, пройдя сквозь века до наших дней. Солнечные часы - это прибор, в который было вложено все доступное познание человека древности относительно движения небесных тел.
Самые древние солнечные часы, о которых известно, были созданы примерно в 1500 г. до н. э. Они представляли собой каменные часы в виде бруска, длина которого составляла приблизительно 30 см, оснащенного Т-образным навершием, установленным на одном конце бруска. На брусок были нанесены засечки, представлявшие собой неодинаковые промежутки. Время определялось по этим насечкам. Устанавливались по отвесу горизонтально, каждое утро Т-образный конец устанавливался на восток, после обеда поворачивался на запад, полученная от верхней кромки тень и принималась за время. Многие древние солнечные часы относились к «неравным часам», которые разрабатывались на основе деления времени от восхода до заката Солнца на заданное количество составляющих. Протяженность светового дня за период полного года подвергается изменениям, вследствие этого зимой световой день короче, а летом длиннее. Солнечные часы создавались с часовыми линиями относительно определенных дней года, которые разделялись приблизительно одним месяцем, относительно дней равноденствий и солнцестояний.
Письменное описание солнечных часов относится к 73 г. до н. э., в Библии, двадцатой главе Книги Царств рассказывается о солнечных часах Ахаза, которые представляли собой обелисковые часы.

Начало христианской эры стало моментом открытия принципа наклонного гномона, это привело к созданию «равных часов», что позволяло определять более точное время. При установлении стержня гномона на полюс мира стержень представлял собой ось, параллельную экватору окружности, являющейся окружностью обращения Солнца. Эта окружность делилась на 4 равные части, что позволяло создать часы равной продолжительности. Солнечные часы точного и равномерного порядка стали представлять собой исключительно геометрическую и тригонометрическую деятельность. Развитие математики и астрономии способствовало усовершенствованию и солнечных часов. Очень долгое время созданием таких часов занимались мастера, которые владели гномоникой. В XIV-XVIII вв. достаточно широко изготавливались карманные солнечные часы высокой точности, которые считаются жемчужиной мирового часового искусства. Практически до XVIII в. применялись солнечные чат сы для хранения времени. Затем вместе с разработками, механических часов развивались и солнечные часы, которые создавались для установления среднего времени. С введением поясного времени солнечные часы также были ориентированы на поясное время. В XIX- XX вв. разработаны точные солнечные часы для измерения поясного времени, среднего солнечного времени на фиксированном меридиане, такие часы были названы гелиохронометрами.

Для установки солнечных часов находится специальное место, для которого определяются его широта, положение относительно горизонта и меридиана, где будут расположены часовые линии.
Главными частями солнечных часов являются циферблат, представляющий собой поверхность с нанесенными часовыми линиями, и гномон, предназначенный для отбрасывания тени. Край гномона, указывающий на время, в обязательном порядке устанавливаемый на полюс мира, получил название «указатель».

Высота указателя соответствует углу наклона указателя к циферблату. Центр циферблата представляет собой точку радиального расхождения часовых линий и является точкой пересечения указателя с плоскостью циферблата.

На указателе находится специальная точка, называемая узлом, тень от узла предназначена для отсчета высоты, склонения, азимута, времени.

По солнцу определяют время тремя способами:

1) измерение времени основано на часовом угле от меридиана, применяется в обычных садовых солнечных часах;

2) состоит на измерении высоты над горизонтом;

3) измерение высоты по азимуту, т. е. по углу, расположенному между направлением на точку юга и вертикальным кругом, движущимся через Солнце, измеряется в плоскости горизонта, также для измерения по азимуту необходим вертикальный указатель у гномона.

Во многих стационарных солнечных часах определение времени основано на способе измерения часового угла. Остальные способы используются для портативных солнечных часов.

Время подвергается трем методам индикации: тенью, световой точкой, магнитной стрелкой. Для основной части солнечных часов свойственна индикация тенью, в редких случаях в стационарных часах используется индикация света, три метода употребляются только в портативных солнечных часах. Магнитная стрелка применяется в солнечных часах двух видов. К первому относятся часы с часовыми отметками, расположенными на корпусе компаса квадратной формы, при этом корпус поворачивается с исчезновением тени на его боковых гранях, затем по ориентациям стрелки определяют время. Второй тип солнечных часов с магнитной стрелкой представляет собой часы с часовыми отметками, расположенными на эллиптическом поясе, перемещающемся относительно дня года. Такой подход характерен для большого количества азимутальных часов, при этом корпус разворачивается до момента исчезновения тени на боковых гранях. Далее, ориентируясь по указаниям стрелки, определяют время. Отмечено достаточно точное измерение времени при помощи солнечных часов такого типа. Их недостаток состоит в отклонении магнитной стрелки от истинного направления на север.

Солнечные часы горизонтального типа стали самыми распространенными, они часто устанавливаются в городских садах и парках.

Вертикальный циферблат используется на часах, установленных на стенах, которые ориентированы по сторонам света. В случае неориентирования стен по сторонам света применяется повернутый циферблат.
Склоненные и отклоненные типы предназначены для многосторонних часов, включающих в себя 3 и даже больше циферблатов, таким часам свойственна форма куба. Циферблаты при этом наклоняются к наблюдателю или отклоняются от наблюдателя. Солнечные часы такого типа располагают на гребнях стен, которые ориентированы по сторонам света, или на крышах. Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты предназначены для установления на строениях, которые не ориентированы по сторонам света.

Экваториальные и полярные солнечные часы оснащаются плоскостями циферблатов, которые параллельны плоскости экватора и полярной оси соответственно.

Аналемматические экваториальные часы оснащались стрелкой, направленной перпендикулярно плоскости часовой шкалы, расположенной не в плоскости, параллельной экватору, а в горизонтальной плоскости, даже прямо на земле. Для измерения при помощи аналемматических часов времени необходимо вынести часовую шкалу на эллиптическую кривую и вместе с этим перемещать стрелку в меридиональной плоскости относительно времени года. Солнечные часы такого типа были описаны в астрономических трудах XVI в., однако применение для определения времени было детально разработано в середине XVIII в. астрономом Джозефом Джаромом Лаландом, являвшимся директором Парижской обсерватории.
Армиллярные солнечные часы обеспечиваются экваториальным циферблатом, оснащаются несколькими кольцами, отождествляющими большие круги земной и небесной сферы, количество которых может исчисляться десятками. В этих часах часовые деления расположены во внутренней части экваториального круга. В часах установлен стержень, показывающий полярную ось.

Рефракционные солнечные часы оснащались чашей с часовой шкалой и теневой стрелкой. В основе действия лежит принцип преломления светового луча, проходящего наклонно на плоскость раздела двух разнообразных сред.

Чаша наполняется водой на заранее установленную высоту, преломление происходит на разделе воздуха и воды. Полученный при этом преломленный луч направлен на установленную в воду временную шкалу, определяя время.

Изготавливались рефракционные часы в виде кубков или сосудов.

Зеркальные солнечные часы созданы на основе отражения солнечного луча при помощи зеркала на циферблат, который устанавливался на стену дома. Впервые такие часы упоминаются Бене-диктусом в научных трудах, которые были изданы в 1754 г. в Турине. На замке в Ольштыне сохранился циферблат для зеркальных солнечных часов, создание которых приписывается Николаю Копернику. Довольно широкое распространение солнечные часы такого типа получили в начале XVII в.

Существуют солнечные часы, созданные на основе человеческой руки, где теневым указателем служил большой палец. Простейшим измерением времени, называемым сельскими часами, было движение левой руки ладонью вверх, при этом большой палец направлялся вверх, играя роль теневой стрелки. Время определялось по продолжительности тени большого пальца относительно длины тени остальных пальцев. В сельских районах таким способом измерения времени пользовались до XX в. Также для этого метода использовали как теневой указатель короткую веточку, не более мизинца, которую устанавливали перпендикулярно между мизинцем и безымянным пальцем.

Вероятно, это древнейший научный инструмент, дошедший до нас без изменений и представляющий первое применение человеком его знаний о движении небесных тел.

Хотя известны самые разнообразные солнечные часы, все их можно разделить на несколько основных типов. Наиболее распространены часы горизонтального типа; их можно увидеть во многих парках и садах. Часы с вертикальным циферблатом обычно встречаются на стенах, ориентированных по сторонам света. Повернутый циферблат делают у вертикальных часов, размещенных на стенах, которые не ориентированы по сторонам света. А отклоненный и склоненный циферблаты наклонены соответственно от наблюдателя и к нему. Обычно они встречаются на многосторонних часах, объединяющих в себе три или более циферблатов и часто имеющих форму куба; их размещают на крышах и гребнях стен, ориентированных по сторонам света. Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты размещают на неориентированных по сторонам света зданиях. У экваториальных и полярных часов плоскости циферблатов параллельны соответственно плоскости экватора и полярной оси. Армиллярные часы имеют экваториальный циферблат; их часто используют для декоративных целей. Они содержат от двух до десяти колец, представляющих большие круги земной и небесной сфер. Часовые деления нанесены внутри экваториального круга, а отбрасывающим тень гномоном служит стержень, представляющий полярную ось.

Древнейшие из известных ныне солнечных часов были изготовлены около 1500 до н.э. Они сделаны из камня в форме бруска длиной около 30 см с вертикальным Т-образным навершием на одном конце. Время отсчитывалось по засечкам, нанесенным на бруске через неравные интервалы. Часы выставлялись горизонтально по отвесу. Т-образный конец утром поворачивали к востоку, а после обеда – к западу. Тень от верхней кромки «Т» указывала время. Эти и другие древние солнечные приборы показывали «неравные часы», образующиеся в результате деления времени от восхода до заката Солнца на фиксированное число частей. Поскольку длительность светового дня в течение года меняется, менялась и длина часа: летом он был длиннее, а зимой – короче.

Сделать такие часы было несложно. Многие из них имели часовые линии для определенных дней года, разделенных примерно месяцем, а также для дат равноденствий и солнцестояний. Часовые отметки на каждый день получали, соединяя точки, на которые ложилась в данный час тень, отброшенная гномоном в дни равноденствий и солнцестояний.

Примерно в начале христианской эры был открыт принцип наклонного гномона, позволившего ввести «равные часы», обеспечившие более точное хранение времени. Было обнаружено, что если стержень гномона направить на полюс мира, то он как бы станет осью той параллельной экватору окружности, по которой обращается Солнце. Разделив ее на 24 равные части, получили часы одинаковой длительности. После этого изготовление точных и равномерно идущих солнечных часов стало простым геометрическим и тригонометрическим занятием.

Эволюция солнечных часов шла бок о бок с развитием математики и астрономии. Однако многие века искусством создания солнечных часов владели только мастера, знакомые с гномоникой. С 14-го по 18-е столетие многие ремесленники проявили изобретательность и мастерство в изготовлении карманных солнечных часов высокой точности, ставших жемчужинами часового искусства.

Появление механических часов не упразднило вплоть до 18 в. использование солнечных часов для хранения времени. Изготовители солнечных часов шли в ногу с конструкторами механических часов, изобретая солнечные приборы для определения «среднего времени». Когда было введено «поясное время», солнечные часы приспособили и для этого. (Поясное время – это среднее солнечное время на определенном меридиане.) В конце 19-го и начале 20-го столетий было сделано много очень точных солнечных часов для определения поясного времени, названных гелиохронометрами .

Постройка часов.

Чтобы от солнечных часов была польза, их нужно сооружать в подходящем месте. Должна быть известна широта места, а также положение относительно горизонта и меридиана той площадки или поверхности, на которой будут нанесены часовые линии.

Важнейшие части солнечных часов – это циферблат , т.е. поверхность, на которой нанесены часовые линии, и гномон для отбрасывания тени. Указатель , т.е. тот край гномона, тень которого указывает время, всегда направляют на полюс мира. Высота указателя – это угол, под которым указатель наклонен к циферблату, а центр циферблата (точка, из которой радиально расходятся часовые линии) – это точка пересечения указателя с плоскостью циферблата. Узел – это особая точка на указателе, тень от которой используют для отсчета высоты, склонения и азимута, а также времени.

Методы определения времени по солнцу.

Существуют три метода определения времени по солнцу: путем измерения его часового угла от меридиана, как в обычных садовых солнечных часах; по измерению его высоты над горизонтом и по его азимуту (угол, измеряемый в плоскости горизонта, между направлением на точку юга и вертикальным кругом, проходящим через солнце), для чего требуется вертикальный указатель у гномона. В большинстве стационарных солнечных часов измеряется часовой угол. Два других метода часто используют в портативных часах.

Существуют также три способа индикации времени: тенью, световой точкой и магнитной стрелкой. В большинстве часов используется тень. Свет редко используют в стационарных часах. А в портативных применяют все три способа. Часы с магнитной стрелкой бывают двух типов. В первом часовые отметки наносят на корпусе компаса, которому обычно придают квадратную форму. Повернув корпус так, чтобы тени на его боковых гранях исчезли, по направлению стрелки считывают время. В приборах второго типа часовые метки наносят на эллиптический пояс, который передвигается в соответствии с днем года, как во многих азимутальных часах. В этом случае также корпус поворачивают до исчезновения тени на боковых гранях и по направлению стрелки считывают время. Часы этого типа более точны; их ошибка определяется лишь тем, что магнитная стрелка отклоняется от истинного направления на север.

Наконец нашел время написать статейку о создании солнечных часов своими руками. На написание данного материала меня натолкнули ценные комментарии и правки пользователя Александра. На первый взгляд, создание солнечных часов не совсем относится к теме выживания . Но поняв принцип работы солнечных часов и сконструировав несколько образцов, вы лучше поймете принципы ориентирования, определения географических координат и и.т.д. Да и в целом, создание солнечных часов своими руками - очень увлекательное занятие. Надеюсь эта тема будет интересна широкому кругу читателей нашего сайта.

Как вы знаете, солнечные часы - это один из самых древних научных инструментов, используемых нашими предками дя определения времени. Нас же, по мимо непосредственного определения времени, интересует понимание принципов работы часов, которые строятся на принципах ориентирования. Существует великое множество видов солнечных часов. Попробуем рассмотреть некоторые из них.

В простейшем виде, солнечные часы состоят из гномона, откидывающего тень от Солнца на циферблат. Тень работает по аналогии со стрелкой в обычных часах. По тому же принципу импровизированный гномон используется для определения географической широты и долготы , где требуется определение солнечного времени и местного полудня.

Солнечные часы показывают не местное среднее время, а истинное солнечное. Если же вы хотите видеть местное время, то необходимо корректировать и сдвигать значения циферблата. Поскольку истинный полдень может на час другой отличаться от местного. Залог правильного определения времени - это правильно сориентированные в пространстве часы.

Если гномон будет перпендикулярен плоскости циферблата и направлен на мировой полюс, т.е параллельно оси мира, то отбрасываемая от него тень ляжет в плоскость часового круга. Иными словами плоскость циферблата будет паралельна плоскости экватора. Полученный угол между плоскостью часового круга и меридианом и будет являться истинным солнечным временем, выраженным в градусах.

Часовые деления равномерно наносятся на циферблат через каждые 15°, исходя из того, что 1 ч в угловом измерении равен 15°. Именно такой отрезок проходит Земля за 1 ч своего вращения. В горизонтальной плоскости экваториальные часы должны устанавливаться точно на истинный Север для Северного полушария, и наоборот для Южного полушария. Причем циферблат для Южного полушария будет иметь зеркальную копию Северного. Для России все же актуальней первый вариант.

Компас для нахождения линии Север-Юг использовать не совсем правильно, поскольку компасное направление на Север отличается от истинного на величину магнитного склонения, которое может достигать 7-8°, что составит погрешность до получаса. Хотя можно по топографическим картам местности узнать магнитное склонение и ежегодное магнитное склонение и вычислить эту величину на данный момент. Необходимо определить истинный полдень местности, тогда тень от гномона и будет указывать на истинный Север.

Достоинством экваториальных часов является простота изготовления и равномерность градуировки циферблата. Главным недостатком экваториальных солнечных часов, в отличии от других типов, является ограниченность применения - они будут работать только в период между весенним и осенним равноденствием. Для Северного полушария весеннее равноденствие - в марте, осеннее - в сентябре.

Приведенный ниже макет усовершенствованных экваториальных солнечных часов позволяет использовать их практически без ограничения, благодаря циферблату на обратной стороне.

Северное полушарие - июнь 1:00 PM Северное полушарие - декабрь 11:00 AM

Макет экваториальных солнечных часов для самостоятельного изготовления можно скачать здесь

Все, что нужно, это распечатать на принтере макет в оригинальном масштабе на плотной бумаге, либо наклеить на картон, или на тонкий пластик. Проверить масштаб распечатанного макета солнечных часов можно линейкой по дюймовой шкале, приведенной на одном из листов. В архиве экваториальные часы 3 размеров для Северного и Южного полушарий. Выбирайте тот, который вам нравиться, но больший размер более нагляден и точен. Также необходимо найти стержень для изготовления гномона.

После склейки макета, часы нужно расположить по линии истинного полудня и выставить широту на задней части. И даже не надо высчитывать угол наклона циферблата по формуле 90° -φ, где φ - широта . Просто соедините обратную часть гномона со значением широты вашей местности. И можно наслаждаться древним способом измерения времени))

В отличии от экваториальных солнечных часов, у горизонтальных циферблат распологается параллельно плоскости горизонта. Поэтому циферблат проградуирован неравномерно. После полудня тень каждый следующий час поворачивается на больший угол. Как правило, у горизонтальных часов гномон выполнен в виде трегольника со стороной, направленной на полюс мира, т.е угол между ней и плоскостью циферблата будет равен географической широте.

Простого, но интересного макета горизонтальных солнечных часов я пока не нашел.

Еще один тип простых солнечных часов. Особенностью является расположение линии циферблата по направлению Запад - Восток. Все, что вам нужно, это распечатать макет, наклеить на картон, и выставить угол наклона циферблата с гномоном по широте вашей местности при помощи шкалы нанесенной на обратную сторону часов.

Луговой Максим, Разилова Анна, Пантюшин Василий

Разилова Анна

Пантюшин Василий

Руководитель проекта: Правдина Елена Анатольевна

(учитель математики)

Цель работы:

Развитие познавательного интереса, творческой активности учащихся.

Приобщение детей к истории развития солнечных часов.

Задачи:

· Развитие навыков самостоятельной работы, работы по алгоритму, под руководством учителя, работы в парах, адекватной самооценки, умения планировать свою деятельность.

· Развитие гармоничного восприятия окружающего мира, исполнительности, ответственности, активности.

Тезисы проекта

«Солнечные часы»

1. Древнейшие способы измерения времени.
2. Солнечные часы́ - прибор для определения времени.
3. Простейшие солнечные часы.
4. Дата возникновения солнечных часов.
5. Клепсидра.

6. Мюнстер - «отец гномоники».

7. Простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в XIX веке.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Солнечные часы

Древнейшие способы измерения времени были известны за 2000 лет до нашей эры, и их развитие продолжалось до первых столетий нового времени. Хронометрические приборы того периода иногда называют простейшими, их эра заканчивается первыми важными совершенствованиями механических часов с колесной передачей. Сюда относятся многие типы солнечных, водяных, огневых, песочных и прочих часов, которые как важные элементы развития сыграли немалую роль и в истории хронометрии.

Со́лнечные часы́ - прибор для определения по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату . Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе.

Простейшие солнечные часы показывают , а не местное, то есть, не учитывают деление Земли на . Кроме того, простейшие солнечные часы не учитывают . Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии Солнца. В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются и уступили место различным видам других часов .

Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон . Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии . По рассказам греческих писателей, настоящие солнечные часы, т. е. специальные инструменты, указывавшие дневные часы, заимствованы были греками у вавилонян .

Точная дата возникновения солнечных часов, которые в своем первоначальном виде имели форму обелиска, неизвестна. Некоторые исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э. .). В своей рукописи он на родном языке сообщил, что с их помощью китайцы легко установили летнюю и зимнюю высоту Солнца. Самым старым из сохранившихся письменных документов о солнечных часах, датируемых 732 г. до н.э., мы находим в Библии, в двадцатой главе Книги Царств. Под солнечными часами Аха-за здесь понимаются обелисковые солнечные часы царя Ахаза, жившего около 732 г. до н.э. Обнаружение древнеегипетских солнечных часов XIII и XV вв. до н.э. свидетельствует о том, что действительный период возникновения солнечных часов был значительно раньше, чем это вытекает из известных до сих пор письменных памятников.

Обычно приводят дату 3500 лет до нашей эры. Именно тогда вавилоняне первыми придумали солнечные часы: небольшой стержень стали укреплять на плоской доске (или полушарии), разграфленной линиями,- это и был циферблат солнечных часов, а тень от стержня служила часовой стрелкой. Просто? Конечно. Относительно точно для того времени? Да. Только всем понятен один недостаток- все это хорошо только днем и в более-менее солнечную погоду...

Ну а ночью солнечные часы заменяла клепсидра ("воровка воды") - так в Греции называли водяные часы, заимствованные из Вавилона или Египта. А в Китае они были еще раньше. Это был сначала простой металлический или глиняный, а затем стеклянный сосуд, который наполняли водой. Медленно, капля за каплей вытекала вода, уровень ее понижался и деления на сосуде указывали, который час.

А кстати, никогда не задумывались, почему на обычных часах стрелки идут, что называется "по часовой стрелке" (каламбур;))? А потому что солнечная тень от гномона на солнечных часах также идет в том же направлении. Поэтому современные часы и переняли это движение от своих предков. Но вот если бы солнечные часы были бы изобретены в южном полушарии, все было бы наоборот. Здорово!

Арабские астрономы (, , ) оставили обширные трактаты по гномонике , или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии

В средние века гномоникой занимались многие. Живший в начале XVI в. Мюнстер был признан «отцом гномоники».

Гномон, вертикальный обелиск со шкалой, нанесенной на земле, был первыми солнечными часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. О том, что египтянам эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца, говорят записи древних писателей. Эти священные обелиски стояли, как правило, перед входами в храмы.. Первые обелиски, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.

Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.

Однако учтем, что при господстве аграрного строя и ремесленной техники (будь то в Древнем мире или в Средние века) не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди определяли время по естественному освещению Солнца, длинные летние дни и короткие зимние, одинаково делили на 12 часов, а потому летние и зимние часы были разными.

Среди простого народа распространился обычай измерять время длиной тени от собственного тела. Знание времени имело для грека весьма важное значение, так как, помимо срока его трудовых обязанностей, время указывало на приближение желанного момента для подкрепления пищей и для отдыха.

Но люди изыскивали, и примитивные способы измерения времени с помощью Солнца; иногда единственным «инструментом» для этого была человеческая рука. Первые сообщения о таких «часах» относятся к началу XVI века. Левую руку поворачивали ладонью вверх, и ее направленный вверх большой палец выполнял функцию теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени во Франции, Южной Германии и некоторых других местах был хорошо известен даже в XIX веке.

Пусть Вам не кажется, что солнечные часы - архаичное знание. Пусть удобнее пользоваться маленьким блестящим циферблатиком на Вашей руке, но солнечные часы, построенные на Вашей даче (вилле, коттедже, etc:)) будут смотреться очень здорово и наверняка вызовут удивление и восхищение у Ваших друзей-соседей- ведь уж такого-то у них наверняка нет.