Елена Белега
Солнечные часы — самые надежные, ведь они никогда не убегают вперед и не опаздывают. Поэтому, наверное, их строили египтяне, китайцы, вавилоняне, греки, индусы, перуанские инки. Хотите попробовать? Изготовление таких часов может стать к тому же замечательным уроком по математике и астрономии для ваших детей. Простейшие экваториальные солнечные часы можно сделать из подручных материалов и расположить их в саду или на балконе. Экваториальными эти часы называются потому, что плоскость их циферблата параллельна плоскости земного экватора.
1. Определим направление на север самым древним и точным способом. Для этого закрепим вертикальный штырь (гномон) на горизонтальной поверхности. За пару часов до солнечного полдня отметим точкой положение тени от гномона и проведем окружность с центром в месте закрепления гномона и радиусом, равным длине тени от него в начальный момент наблюдения.
2. Последим за тенью: она будет уменьшаться, отходить от нарисованной нами окружности, но в какой-то момент начнет расти и вновь пересечет ее. Зафиксируем это касание тени второй точкой и соединим ее с первой. Полученный отрезок разделим пополам. Прямая, проходящая через центр окружности и середину отрезка, даст нам полуденную линию. Эта линия — точное направление север-юг.
3. Теперь разметим циферблат. Для экваториальных часов это сделать проще простого: делим круг на 24 равные части по 15° (24h х 15° = 360°) и наносим обозначение часов.
4. Пришло время изготовить корпус. Для этого подойдет плотный картон, кусок фанеры, тонкая дощечка (мы воспользовались пенопластом). Перпендикулярно поверхности необходимо закрепить гномон и насадить на него циферблат.
5. Осталось только правильно сориентировать полученную конструкцию. Для этого нужно соблюсти следующие условия: а) линия циферблата «6-18» должна располагаться строго горизонтально; б) линия «12-24» должна совпадать с направлением север-юг, которое мы уже нашли (см. 1); в) плоскость циферблата часов следует наклонить на север так, чтобы угол между гномоном часов и плоскостью горизонта составил величину равную географической широте вашей местности (для Москвы это примерно 55,5°). Часы готовы!
Они отображают истинное солнечное время, и их показания совпадут с вашими наручными часами, если вы учтете действующее у нас в стране летнее и декретное время. Зимой часы такой конструкции, к сожалению, работать не будут: солнце в наших широтах находится слишком низко над горизонтом, и гномон не даст тени.
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.
В современном мире солнечные часы выглядят, по меньшей мере, экзотически, и в большинстве случаев являются банальным декором – украшением дачи или участка жилого дома. Но не следует забывать, что в древности это была весьма полезная и функциональная вещь, точности которой вполне могут позавидовать даже некоторые современные изделия этого типа. Если солнечные часы изготовить правильно, то они вполне могут составить конкуренцию вашим наручным часам. Сделать их можно тремя различными способами, о чем и пойдет разговор в данной статье. Вместе с сайтом сайт мы ознакомимся с вопросом, как сделать солнечные часы своими руками – мы расскажем о трех разновидностях этих предметов и их правильном изготовлении.
Экваториальные солнечные часы: самостоятельное изготовление
Это весьма простые в изготовлении солнечные часы – обусловлено это тем, что деления их циферблата являются одинаковыми и составляют 15 градусов, что соответствует одному часу. В принципе, на этом все простое в этих часах заканчивается и начинаются сложности – часы данного типа необходимо правильно установить, что само по себе трудно. Установить такие часы нужно одновременно в двух плоскостях.
А что касается непосредственного изготовления экваториальных солнечных часов, то здесь все весьма просто. Для них лучше использовать жесткий материал вроде пластика. Сначала делаете циферблат с гномоном, потом продумываете, как можно его установить наклонно, но и ориентируете на север, после чего часы будут работать. Кстати, угол наклона гномона легко можно регулировать транспортиром с линейками – чертежный инструмент имеет специальный фиксатор, который позволяет установить между парой линеек нужный угол. Кстати, для нашего полушария часы нужно направлять на истинный северный полюс, а вот если вы будете делать часы, находясь в южном полушарии, то гномон и циферблат должны смотреть в сторону истинного южного полюса. Немного другим в таком случае будет и циферблат – он будет являть собой зеркальное отображение солнечных часов для северного полушария Земли.
О том, какими могут быть солнечные часы, можно посмотреть в этом видеоролике.
Горизонтальные солнечные часы своими руками
Отличительной особенностью часов данного типа является горизонтальное расположение циферблата – на истинный полюс Земли ориентируется исключительно гномон. С одной стороны это хорошо (проще технология изготовления), а с другой стороны не очень, так как настройка часов выглядит весьма проблематично. В таких часах тень от гномона в течение часа сдвигается не на одинаковое расстояние, так что нужно запастись терпением и ручными часами. Деления придется наносить в соответствии с механическим или электронным хронометром. Изготавливаются такие часы следующим образом.
В ровные часы просто ставим метки там, куда указывает тень гномона.
После того, как разметка циферблата будет закончена, часами можно пользоваться полноценно. В принципе, ими можно пользоваться и сразу после установки, только без делений время вы сможете определять исключительно интуитивно.
Как сделать полярные солнечные часы для сада
Прелесть этого солнечного хронометра заключается в его циферблате – он не круглый, как у большинства алогичных приборов, а линейный. Тень от гномона по нему перемещается по прямой линии, что в значительной мере упрощает технологию изготовления солнечных часов. По большому счету, это все те же экваториальные солнечные часы, только гномон у них представляет собой не штырек, а палочку, расположенную поперек так называемого циферблата. Деления в таких часах тоже наносятся неравномерно, что дает возможность утверждать, что солнечные часы данного типа являются некоторым гибридом между двумя первыми вариантами. Изготавливаются полярные солнечные часы своими руками следующим образом.
В принципе, имеется и четвертый вариант солнечных часов, которые являются весьма сложными в изготовлении и настройке – это вертикальные, или, как их еще называют, настенные солнечные часы. Они более удобны в использовании, но вот для их сборки нужны очень точные расчеты и весьма ювелирное (не менее точное) изготовление.
Солнечные часы своими руками фото
В заключение темы о том, как сделать солнечные часы своими руками, скажу несколько слов о материалах. Их выбор целиком и полностью зависит от целей изготовления. Если это баловство или просто методическое пособие для детей, то хронометр можно сделать из картона. Если же вы хотите изготовить действительно рабочую модель и пользоваться ею для определения времени, то выбирать нужно более надежные материалы. В этом случае циферблат можно сделать из бетона (как вариант, срезать поверхность природного камня большого размера), а гномон из стали – такие часы смело можно оставлять на свежем воздухе, и при этом прослужат они очень долго.
Здравствуйте, дорогие читатели КАРТОНКИНО.ru! Весна... Где-то она уже в самом разгаре, где-то её прихода пока только ждут, через месяцок-другой, но солнце везде светит ярче и дольше. И у нас есть прекрасная возможность пустить солнечный свет в дело, смастерив солнечные часы своими руками . Разумеется, они не заменят традиционные — механические и электронные — часы, но самоделка эта — очень занимательная, а для представителей подрастающего поколения — ещё и познавательная, ведь модель солнечных часов, которую мы будем делать, — самая что ни на есть действующая, а её изготовление потребует определённых знаний в области астрономии и тригонометрии.
Существует немало разновидностей этого древнейшего прибора для измерения времени. Но среди всего многообразия солнечных часов, когда-либо использовавшихся, в качестве основных или классических выделяют следующие типы:
— экваториальные (у таких солнечных часов плоскость кадрана (циферблата) параллельна экватору, а гномон (та часть, которая отбрасывает тень), обычно представляющий собой металлический стержень, параллелен земной оси);
Экваториальные солнечные часы на берегу Темзы (Лондон, Англия)
— горизонтальные (плоскость кадрана параллельна плоскости горизонта, а гномон имеет форму треугольника, одна из сторон которого наклонена к плоскости кадрана на угол, равный географической широте места установки часов);
Горизонтальные солнечные часы (Лимассол, Кипр)
— вертикальные (как следует из названия, циферблат таких часов размещается в вертикальной плоскости, обычно на стенах зданий).
Настенные солнечные часы (Собор Или, Англия)
Мы с вами будем делать солнечные часы экваториального типа, как самые простые в изготовлении. Благодаря тому, что циферблат устанавливается параллельно экватору, а солнце движется по небесной сфере практически равномерно, тень от гномона за каждый час будет смещаться на угол, равный 15°. Поэтому часовые деления на циферблат наносятся также, как и в обычных часах, только отметок нужно не 12, а 24. Понятно, что верхняя часть циферблата вряд ли пригодится, разве только жителям заполярья, когда наступит полярный день, и солнце будет светить круглосуточно.
Чертить циферблат самостоятельно необходимости нет, можете воспользоваться готовыми шаблонами — круглым или квадратным (какой больше по душе):
Наша задача сводится к тому, чтобы правильно сориентировать в пространстве солнечные часы. Угол наклона циферблата относительно горизонтальной плоскости определяется так:
α=90°-φ ,
где φ — географическая широта. Узнать широту своего места жительства можно по карте или в Википедии.
А зная необходимые углы, очень просто сделать для наших солнечных часов наклонную подставку из картона или бумаги и потом наклеить на неё распечатанный на принтере циферблат либо подготовить в графическом редакторе развертку корпуса часов с нанесённым изображением циферблата.
Размеры шаблона циферблата нам известны. Боковая сторона корпуса представляет собой прямоугольный треугольник. Таким образом, нам известны длина гипотенузы С и углы треугольника, а длины катетов A и B рассчитываются по тригонометрическим формулам:
A=C×sinα
B=C×cosα
Остаётся только начертить развёртку по полученным размерам, можно даже без боковых стенок.
Я сделала корпус с открывающейся задней крышкой (ниже объясню, для чего):
Что ни делай, всё равно коробочка получается
Ну вот, теперь в центре циферблата нужно установить гномон. Для этого можно использовать любой подходящий по размеру стержень (например, пластиковую трубочку от пакетика с соком). А можно также сделать его из картона или бумаги:
— вырезаем прямоугольную полоску шириной 60 мм (длину определяем эмпирически, на глаз, так, чтобы при сворачивании получилась плотная трубочка диаметром около 5-6 мм с небольшим отверстием);
— наклеиваем на 1 край двусторонний скотч и сворачиваем трубочку;
— вырезаем ещё одну прямоугольную полоску шириной 15-20 мм и также сворачиваем ее в трубочку диаметром, совпадающим с диаметром отверстия первой трубочки;
— отрезаем часть первой трубочки на расстоянии 10 мм от края (это будет что-то вроде гайки)
и соединяем детали;
— закрепляем гномон на циферблате, фиксируя его с обратной стороны «гайкой» (тут-то и пригодилась открывающаяся крышка).
Солнечные часы готовы. Теперь, чтобы они работали правильно, нужно поставить их на освещённом солнцем месте (на подоконнике, на балконе и т.д.) так, чтобы гномон «смотрел» на север (направление определяем по компасу).
Конечно, ждать точного совпадения показаний таких солнечных часов с показаниями обычных часов не стоит. Во-первых, солнечные часы, показывающие истинное солнечное время, не учитывают поясное время в конкретной местности. Во вторых, не стоит забывать, что магнитный и географический полюса Земли имеют расхождение, и то, что часы мы ориентировали по магнитному полюсу, также внесёт некоторую погрешность.
И наконец, главный момент, с которым также придётся считаться, — экваториальные часы работают только в период между днями весеннего и осеннего равноденствия. Всё остальное время время верхняя поверхность кадрана будет находиться в тени. Но день весеннего равноденствия в северном полушарии уже скоро, так что ждать остаётся недолго. Времени как раз хватит, чтобы сделать солнечные часы своими руками и настроить их на работу.
Успешных вам экспериментов!
Понравилась статья? Впереди ещё много интересного — подписывайтесь на обновления и получайте анонсы прямо себе на почту!
Кстати, уже готов новый мастер-класс по изготовлению солнечных часов. На этот раз речь идёт о модели карманных часов горизонтального типа.
До новых встреч в КАРТОНКИНО!