Как изготовить солнечные часы в домашних условиях. Горизонтальные солнечные часы. Видео: изготовление экваториальных солнечных часов

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

Если у кого не вопроизводится презентация есть письменное описание:

Н а рисунке линия AB определяет 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 EW параллельно AB . Из точки пересечения линий D нарисуйте линию DC перпендикулярно к WE . Угол CDS есть поворот стены .

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

Из точки C со стороны противоположной CG нарисуем CJ так, чтобы угол DCJ равнялся углу поворота стены. Точка K лежит на отрезке CJ на расстоянии равном GH (можно воспользоваться циркулем). Из точки K параллельно АВ чертится отрезок KL до пересечения с CD

Нарисуйте KP параллельно линии CD до пересечения с линией AB в точке P . Определите точку R на полуокружности так, чтобы линия MR была равна отрезку KP (используйте циркуль). Соедините точки C и R .

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

На продолжении линии CN выберите точку M и нарисуйте линию ST перпендикулярно к CN . Размер CM будет определять окончательный вид циферблата, поэтому выбирайте соответствующий размер бумаги .

Нарисуйте ME так, чтобы CR был перпендикулярен. Определите точку O на продолжении линии CN так, чтобы ME и MO были равны .

Из центра O нарисуйте окружность произвольного радиуса. Пересечение линии CD и ST обозначено точкой d . Соедините точку O с точкой d .

От линии Od разделите окружность на 15-градусные сектора. Продолжение радиусов до линии ST определяют часовые отметки.

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.

Весьма полезный инструмент. И чрезвычайно занимательный для детей. Кроме того, если к делу подойти масштабно и творчески, можно смастерить не только картонную модельку, но и целую композицию, которая будет украшать ваш садовый или дачный участок. Так давайте разберем, как сделать солнечные часы своими руками. И первым делом рассмотрим модели устройств.

Какими могут быть солнечные часы?

За все время своей истории человечество изобрело четыре вида таких часов:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• полярные;
• экваториальные.

Что можно сделать самостоятельно?

Из перечисленных солнечных часов своими руками проще всего соорудить следующие:

Мы уже приблизительно знаем, как сделать солнечные часы своими руками. Но давайте обратимся к подробным инструкциям?

Самодельные экваториальные часы

Макет солнечных часов своими руками мы будем делать по такой схеме:

1. Вырезаем подходящий круг из фанеры, пластика или плотного картона.
2. Берем старый добрый транспортир и через каждые 15 градусов делаем разметку. В середине у нас 12. В правую сторону от цифры отходит 11, 10, 9, 8, 7. В левую сторону от двенадцати идет 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Таким образом, перед нами будет некий полукруг, который будет "лежать" на наиболее выпуклой точке.
3. Можно просто нанести фломастером или ручкой эти цифры, а можно подойти к делу с энтузиазмом и все это красиво оформить.
4. В середину полукруга, прямо над отметкой "12", мы вставляем ровную палочку, стержень, штырь или что-то подобное.
5. Как делать солнечные часы своими руками дальше? Теперь самое важное - расположить конструкцию под правильным углом. Как мы говорили, он должен соотноситься с широтой того пункта, где вы находитесь. Это можно выяснить как по географической карте, так и обратившись к поисковикам, интернет-энциклопедиям.
6. Как мы определяем правильный градус наклона? От 90 отнимаем широту вашего местоположения. К примеру, вы в Москве. Это 55° северной широты. Значит, 90 - 55 = 35°. На 35 градусов мы и наклоним наш циферблат.
7. С этим разобрались. Теперь определяем, где север. Именно туда должна смотреть стрелка и "лицо" наших часов.

Экваториальные солнечные часы своими руками можно сделать так. Минус их в том, что зимой устройство верно показывать время не будет.

Картонные экваториальные часы

Возможно сделать солнечные часы своими руками из картона. Действуем по инструкции:

Горизонтальные солнечные часы

Проще всего сделать своими руками для детей солнечные часы такого вот типа. Начинаем:

1. Вырезаем из плотного материала гномом - стрелку для нашего устройства. Здесь нужен тоже транспортир - один угол делаем прямым, а тот, что будет ложиться на циферблат, надо определять - он будет равен широте вашего города. Возьмем Москву - для этого населенного пункта данный угол гномона будет равен 55°.
2. Стрелка устанавливается на высчитанный угол на крепкую основу - пластик, фанеру и проч. Наносить деления пока не нужно.
3. Устанавливаем солнечные часы на местности так, что острие высчитанного угла будет смотреть на юг, а исходящие из него стороны треугольника должны устремляться на север.
4. Важно, чтобы наша конструкция была статичной.
5. А теперь дело за наблюдениями в солнечный день. Каждый час наносим соответствующее деление по тени от гномона.

Солнечные часы на даче

Неплохо сделать своими руками солнечные часы на даче - горизонтальные или экваториальные. Это не только полезная поделка, но и любопытная штука для детей, элемент, украшающий ландшафт. Так как часы будут находиться на открытом пространстве, не защищенные от стихий, эти факты надо продумать при их изготовлении:

1. Первым делом выберите самую солнечную площадку, которую не затеняют постройки и деревья, разровняйте ее.
2. В качестве циферблата можно использовать керамическую плитку, камень с ровной поверхностью, спил бревна, большую декоративную тарелку, металлическую крышку от бака. Превосходно смотрятся на фото солнечные часы, своими руками обустроенные на цветочной клумбе.
3. Можно и просто разровнять площадку, засыпать ее песком, после чего выложить деления и цифры камушками. Можно использовать акриловую, эмалевую или другую устойчивую краску.
4. Гномон делается также из прочных материалов - пластик, дерево. В случае с экваториальными часами можно использовать металлический стержень, штырек.

Об иных видах солнечных часов

Мы с вами разобрали, как сделать солнечные часы своими руками, - горизонтальные и экваториальные. Если вам этого показалось мало, то можете попробовать создать экспериментальные модели других разновидностей.

Полярные солнечные часы характерны тем, что линия циферблата у них горизонтальная, вытянутая в направлении "восток-запад". Гномон - это прямоугольник, лежащий в середине циферблата на своей широкой стороне. В правую сторону наносятся цифровые деления (от гномона) с 1 до 6, в левую сторону (от гномона) с 12 до 7. Разметка кладется каждый час по тени, ложащейся от прямоугольника. Здесь также важно, как и в случае с экваториальными часами, наклонить циферблат согласно широте вашего местоположения.

Вертикальные солнечные часы сложны тем, что мастерить их надо уже на перпендикулярной земли поверхности, обязательно на южной стороне (для северного полушария). Если это стена, то следует позаботиться о том, как вы будете монтировать на ней стрелку. Циферблат параллелен горизонту. После того, как вы установили стрелку (чуть выше основания циферблата), от нее вниз спускается отвес - он устанавливает время полудня. Другие цифровые обозначения наносятся по тени от гномона.

Мастеру на заметку

Вот мы и разобрали все практические инструкции. Также хотим вам в заключение представить практические рекомендации:

• Солнечные часы "работают", пока на небе видно наше главное светило. Поэтому не стоит наносить на циферблат время после захода солнца или до рассвета - это лишняя работа.
• К нашему изобретению не совсем относится выражение "работает как часы". Из-за особенностей колеблющегося светового дня время на них будет спешить весной и отставать осенью. Поэтому не нужно делать конструкцию монументальной, чтобы иметь возможность корректировать деления часов в соответствии с сезоном.

Сделать собственные солнечные часы - интересно, несложно и познавательно. Это не только развивающая игрушка для детей, но и отличное украшение дачного участка!

В последнее время владельцы загородных участков все больше стремятся украсить свои приусадебные территории как-то необычно и оригинально, используя те конструктивные элементы, благодаря которым участок станет поистине изысканным и неповторимым. Если речь идет о европейском саде, то здесь это солнечные часы, которые наполнят территорию особенной философией. Сегодня мы выясним, , но вначале разберемся с некоторыми важными моментами.

Интересный факт! Вы знали, что садовый лабиринт вполне можно сделать своими руками? Если желаете узнать больше, прочитайте .

Краткий исторический экскурс

Особую популярность солнечные часы обрели в XVII-XVIII столетии и использовались преимущественно в садах классического стиля – вначале в , а вскоре и в . Впервые они обрели популярность в составе дворцовых ансамблей, но массовое распространение связано с превращением часов в самостоятельный элемент декоративных садов, которые, к слову, выполнялись в самых разнообразных стилях.

Нередко говорят, что Европа не является подходящим местом для создания солнечных часов на участке, мол, это лишь очередная попытка выделиться среди других дачников, причем безрезультативная. И говорят так потому, что наш климат для этого не подходит, так как в нем много облачных дней. Вы удивитесь, но все это – очередное заблуждение! К примеру, в Англии с ее частыми туманами редкие классические сады обходятся без этого декоративного элемента.

Видео – Делаем солнечные часы

О роли элемента в ландшафте

Обычно солнечные часы располагаются по центру цветочной клумбы и являются доминирующим элементом, поскольку находятся на пьедестале или другой возвышенности. Также отметим, что пьедестал – это важный элемент данной композиции, который иногда выполняется в виде колонны.

Солнечные часы предназначены для того, чтобы привлекать к себе внимание, по этой причине их размеры непосредственно связаны с величиной конкретного участка. Если площадь незначительная, то часы желательно установить на тропинке, рядом с газоном или небольшим, но ярким цветником. А вот в пейзажном или лесном саду их лучше окружить цветами, чтобы они, незаметные издалека, внезапно появлялись перед глазами при приближении. Кроме того, в маленьких садах солнечные часы нередко устанавливаются в виде декоративных статуэток.

Благодаря огромному разнообразию материалов и форм, используемых при создании часов, можно получить конструкцию с учетом особенностей того сада, где она создана. Так, если сад в авангардном стиле, но при выполнении солнечных часов должны учитываться самые незначительные детали. Здесь часы могут стать составляющей зоны отдыха, детской площадки или даже беседки. Более того, они могут эффектно украсить садовый водоем или фонтан.

Существует понятие «живых часов». Это еще один вариант того, как сделать солнечные часы своими руками , но уже с использованием цветущих живых растений, которые и послужат материалом для формирования циферблата и стрелок.

Конструкция солнечных часов

В основе любых солнечных часов лежат два элемента:

• кадрана – это плоская поверхность, на которую нанесена соответствующая разметка (циферблат);
• гномона – это стержень, который прикреплен к этой поверхности.

Для изготовления часов может быть использован любой материал, который устойчив к атмосферным факторам. Это может быть камень, цемент, железо, древесина, пластик или даже гравийная отсыпка. Желательно, чтобы циферблат был светлым (это может быть белый мрамор, известняк и проч.): так тень от гномона будет более заметной. А сам гномон, кстати, можете сделать из длинных гвоздей, пластиковых штырей или же спиц для вязания.

Обратите внимание! Длина указателя должна несколько превышать показатель окружности циферблата.

Такие часы способны украсить и оживить любой ландшафт. Особенно, если для него использовались живые растения, не превышающие 50 сантиметров в высоту. К примеру, цветки календулы расцветают примерно в шесть часов утра, а закрываются в четыре вечера (даже если день выдался облачным).

Основные виды часов

Так уж исторически сложилось, что солнечные часы могут быть трех типов. Ознакомимся с каждым из них.

1. Вертикальные элементы устанавливаются преимущественно на стенах зданий, столбах или заборах. Кадран в них «смотрит» исключительно на юг, под острым углом (или под углом в 90 градусов) относительно полуденной линии. Также важно, чтобы гномон располагался немного выше сердцевины циферблата – его следует отклонить на юг, приблизительно на 90 градусов от линии вертикали (географическая широта региона отнимается).
2. Отличительной чертой горизонтальных часов является то, что они способны показывать время круглогодично, пусть их показатели в зимнее и осеннее время являются не совсем достоверными. В подобных конструкциях гномон находится под углом относительно горизонтали, равняющимся географической широте конкретного региона. Часы горизонтального типа можно устанавливать посреди газона, цветочной клумбы или же садового водоема. Помимо того, для цифровых делений вполне можно применять камни или пни.
3. У экваториальных часов имеется один значительный недостаток: они точно показывают время исключительно в определенный период года. К примеру, для северных регионов «точный» период составляет промежуток времени между 22-м марта и 22-м сентября. Но если учесть, что дачный сезон длится с конца весны до начала осени, этого будет вполне достаточно.

Теперь поговорим об особенностях самого процесса установки. В принципе, он уже приведен на изображении ниже, но циферблат в данном случае был выполнен на самом деле для солнечного времени, то есть для тех регионов, где полдень наступает ровно в двенадцать ноль-ноль, собственно, как ему и полагается.

Но, к сожалению, в разных местах полдень наступает в разное время – далеко не в 12 часов. Следовательно, если в ваши планы входит видеть на циферблате местное время, то его (циферблат) придется слегка модернизировать. Для этого цифры на нем необходимо сместить вокруг оси так, чтобы наиболее короткая тень (а именно она будет наблюдаться в полдень) двигалась как раз по полуденной линии (север/юг).

А вот процедура поиска полуденной линии является уже отдельной историей, но вам нужно узнать о ней до того, как сделать солнечные часы своими руками . Итак, компас в данном случае вряд ли поможет, поскольку магнитный и географический полюса планеты не совпадают: для Санкт-Петербурга это, к примеру, порядка 8-ми градусов – то есть «зазор» составляет в среднем 30 минут, что не так уж мало. Самым примитивным способом является следующий: возьмите фанерный лист, воткните в него какой-либо шуруп или гвоздь под углом в 90 градусов, после чего положите фанеру на горизонтальную поверхность и отмечайте передвижение тени от штыря через каждые пятнадцать минут. После этого, соединив все точки линией часа за 3, определите самую маленькую тень – она и будет той самой полуденной линией.

Обратите внимание! Еще один практический совет, который поможет вам при изготовлении по инструкции, представленной ниже: до того как приступать к применению камня или металла, желательно попрактиковаться с фанерой. Если испортите ее, то ничего страшного не произойдет, зато у вас появится практический опыт.

И последний важный момент. Если речь идет о действительно хороших экваториальных солнечных часах, имеющих плоский кадран, то в них должно быть сразу два циферблата – на нижней и на верхней плоскостях. Первый будет работать с осеннего по весенний период, второй – с весеннего по осенний. Хотя, как уже отмечалось выше, для дачного участка это особой роли не играет, поскольку на нем проживают преимущественно в летнее время, следовательно, одного циферблата хватит с головой.

До того как начинать работу, следует определиться с местом расположения. Желательно установить их на цветочной клумбе либо же газоне, где солнечный свет будет доступным на протяжении всего светового дня. Что характерно, часы вполне можно поставить как на плоскую, так и на наклонную поверхность (хотя во втором варианте следует помнить, что для получения тени одной длины в течение всего дня следует грамотно определить требуемый угол наклона). Для его расчета используется специальная формула: берется 90 градусов и от них отнимается широта региона, где расположен ваш дачный участок. А вот в случае с плоской поверхностью длина тени, падающей от гномона, будет на протяжении дня меняться.

Безусловно, тень постоянной длины будет смотреться более эффектно, хотя это и не принципиально по той простой причине, что длину тени от гномона вполне можно увеличить мысленно.

Видео – Солнечные часы в ландшафте

После выбора места можно начинать создавать циферблат. Его форма, сразу оговоримся, может быть разной, но в большинстве случаев предпочтение отдается старой-доброй классике – кругу или квадрату, – поскольку именно эти фигуры проще всего воссоздать. А если вы не знаете, как сделать солнечные часы своими руками и из чего, отвечаем: для этого могут использоваться самые разные материалы. Среди них выделим:

• камень;
• коряги необычных форм;
• хвойные растения-многолетники;
• яркие цветущие растения и т. д.

Все это может быть использовано для формирования делений по часам на кадране. Но как разбить площадь на эти деления? Возьмите часы (электронные или механические – без разницы) и, основываясь на их показаниях, каждый час отмечайте положение тени, отбрасываемой гномоном в течение дня.

Желательно делать этот в тот день, который характеризуется наибольшей продолжительностью. Отметьте каждую цифру колышком – так между отметками вы получите разные угловые показатели.

Обратите внимание! Если говорить о самом гномоне, то он – главный элемент конструкции, поскольку тень, отбрасываемая им, является своего рода часовой стрелкой, указывающей точное время.

Финальным этапом будет оформление часов. Вначале продумайте то, как вы расположите часовые отметки, дабы культуры, высаженные рядом с каждой цифрой, были обеспечены всем необходимым для нормального развития и роста. Для этого, к примеру, можете четные цифры указать на внешнем круге кадрана, а нечетные – на внутреннем. Диаметр этих кругов должен составлять примерно 4 метра и 1,5 метра, соответственно. Также важно, чтобы растения, используемые для композиции, не росли выше 50 сантиметров, в противном случае тень гномона будет их закрывать.

Теперь – непосредственно к работе!

Инструкция по изготовлению солнечных часов

Самой простой конструкцией часов является именно горизонтальная, поэтому ее можно сделать даже на пару со своим ребенком.

По сути, их можно создать даже на земле. Для этого нарисуйте ровный круг, в центр которого воткните палку – она послужит вам гномоном. Проведите от центра круга ровную линию на север – это будет полдень по астрономическому времени. После этого разделите круг на двадцать четыре равных сектора. Наклоните палку в направлении севера под углом, соответствующем широте конкретно вашей местности. Как результат – каждый из секторов будет соответствовать 15-ти градусам.

Обратите внимание! Такие солнечные часы будут демонстрировать не то время, которое демонстрируют обычные часы. Ведь солнечное время, как известно, не такое, как время земных часовых поясов.

А теперь рассмотрим, как сделать солнечные часы своими руками , но уже переносного типа. Для этого потребуется небольшая картонная коробка (обязательно плоская), которую для эффектности можете поклеить бумагой под цвет древесины.

Если речь идет о загородном участке, то там можете применить ровный круглый срез дерева либо же плоский валун, и установить его на перекрестке садовых дорожек. На поверхности нарисуйте циферблат прямоугольной формы (если поверхность круглая, то рисуйте круг). Проведите по центру линию, прорежьте ее для фиксации гномона. Основная часть конструкции готова!

Теперь сделайте и сам гномон, для чего вам потребуется определить широту местности, где вы обитаете. Для его изготовления можете использовать как пластик, так и плотный картон. Чтобы правильно установить часы, возьмите компас. Направьте острую часть гномона на юг, при этом северное направление будет соответствовать полудню. Вставьте гномон в щель, проклейте стыки клеем.

Для создания делений каждый час делайте отметку местонахождения падающей тени. Если поделить поверхность на двадцать четыре части, то часы будут демонстрировать солнечное время. На этом все, удачи в работе!

Типичный гномон в оригинальном виде

Также гномоном принято называть часть солнечных часов, отбрасывающую тень на циферблат.

Гномоника - наука, изучающая солнечные часы. На сегодняшний день гномоника является не более, чем научным хобби, поскольку для определения истинного меридиана и времени созданы более точные и удобные в обращении приборы.

Теоретические сведения

Перечислим некоторые факты, основанные на знаниях астрономии, которые помогут разобраться в принципе работы гномона.

Факт №1. Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень от гномона движется в противоположном направлении, то есть с запада на восток.

Факт №2. Во время восхода и захода Солнца, когда оно находится непосредственно над горизонтом, тень от гномона имеет самую большую длину, а в солнечный полдень - самую короткую.

Факт №3. Самая короткая тень от гномона получается, когда Солнце находится в зените, то есть наивысшей точке траектории своего движения по небосводу. В этот момент Солнце пересекает истинный меридиан, то есть линию, соединяющую север с югом.

Факт №4. Самое быстрое изменение длины тени наблюдается в часы восхода и захода Солнца за горизонт. В середине же дня скорость изменения длины тени минимальна.

Факт №5. Из-за наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости земной орбиты на угол примерно равный 23,5 градуса, а также из-за вращения Земли вокруг Солнца наблюдаемое движение Солнца по небосводу происходит то ниже небесного экватора (в северном полушарии с сентября по март), то выше него (в северном полушарии с марта по сентябрь). И только в дни весеннего и осеннего равноденствий движение Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора. При этом дальше всего от небесного экватора траектория движения Солнца лежит в дни зимнего и летнего солнцестояний.

К слову, небесный экватор - это большой круг небесной сферы, расположенный перпендикулярно оси вращения Земли, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора.

Факт №6. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.

Факт №7. Усредненное «земное» время не всегда совпадает с астрономическим временем по ряду причин.

Факт №8. Видимый с Земли диаметр Солнца равен приблизительно тридцати угловым минутам. Это делает тени от предметов размытыми.

Факт №9. Если стать таким образом, чтобы перед лицом оказался север, то позади окажется юг, справа - восток, а слева - запад.

Понимание процессов, лежащих в основе работы гномона и солнечных часов, необходимо не только для того, чтобы самостоятельно сделать эти приборы, но и для того, чтобы корректно ими пользоваться. Один раз довелось наблюдать забавную картину: человек, имея купленные солнечные часы, так и не смог понять, почему время на них и на часах в телефоне отличается. В видео показан этот пример:

Как с помощью гномона определить истинный меридиан

Гномон в этом случае представляет собой столб, колонну или другой прямой вертикальный объект, расположенный на ровной горизонтальной открытой для Солнца площадке. Считается, что увеличение длины гномона будет способствовать увеличению точности измерений, поскольку в этом случае становятся более заметны изменения длины тени. Тем не менее, не стоит забывать, что с увеличением длины будет снижаться четкость отбрасываемой тени, что может негативно сказаться на точности измерений. Также на точность результатов влияет толщина верхней части гномона, именно поэтому ее зачастую делают заостренной.

В ясный солнечный день самая короткая тень от гномона свидетельствует о наступлении астрономического полдня и указывает на север (в средних и высоких широтах северного полушария) и на юг (в средних и высоких широтах южного полушария). В тропиках и на экваторе ситуация может меняться в течение года, о чем мы подробно рассказывали здесь.

Таким образом, по самой короткой тени удается определить, как истинный полдень, так и направление истинного меридиана. Кроме прочего зная высоту гномона (В) и длину тени (L), нетяжело рассчитать угловую высоту (Н) Солнца над горизонтом. Для этого пользуются формулой tgH=B/L.

Однако из-за слабовыраженного изменения в длине тени от гномона в обеденные часы определить самую короткую тень не всегда получается точно. При необходимости получения более точных результатов можно воспользоваться другим способом. Для этого определяют биссектрису между двумя одинаковыми тенями гномона, отмеренными в утреннее и вечернее время, когда скорость изменения длины тени более существенна. Именно этот метод лежит в основе одного из способов ориентирования по тени от Солнца.

Зная истинный меридиан, можно легко сориентироваться на местности, определив направление на север или юг, а затем - и все остальные стороны света.

Как с помощью гномона определить широту местности

Кроме определения истинного меридиана, с помощью гномона можно приблизительно рассчитать широту местности, в которой проводятся измерения. Далее рассмотрим несколько способов, которые вытекают из знаний по астрономии.

Способ №1. В день осеннего или весеннего равноденствия в истинный полдень по рассмотренной ранее формуле определяется угловая высота Солнца. От 90 градусов отнимается полученное значение. Результатом вычислений станет широта местности.

Способ №2. В день зимнего солнцестояния в истинный полдень определяется угловая высота Солнца. Поскольку в этот момент Солнце находится ниже небесного экватора на угол, равный углу наклона земной оси, то есть на 23,5 градуса, то прибавляя этот угол к полученной из формулы угловой высоте Солнца, мы можем получить угловую высоту небесного экватора. При вычитании из 90 градусов высоты небесного экватора получается величина, соответствующая широте местности.

Движение Солнца по небосводу в летнее время в высоких широтах.

Этот способ может быть применен и в день летнего солнцестояния. Для этого из угловой высоты Солнца нужно отнять 23,5 градусов, чтобы получить угол наклона небесного экватора, а зная угол наклона, - и значения широты местности.

Движение Солнца в высоких широтах летом, когда оно не заходит за горизонт.

Способ №3. В истинный полдень ежедневно проводятся измерения длины тени. В результате этих измерений нужно получить самую длинную или самую короткую тень, что будет соответствовать зимнему или летнему солнцестоянию соответственно, а затем действовать по второму способу. Либо же, определив самую длинную и короткую тень, найти среднее значение длины, рассчитать по формуле угловую высоту Солнца, ориентируясь на полученное среднее значение, и действовать в соответствии с алгоритмом первого способа.

При получении результатов одним из приведенных методов следует помнить, что на видимую высоту Солнца над горизонтом в некоторой степени влияет эффект преломления света - рефракция, о которой мы рассказывали здесь. Из-за этого эффекта все небесные светила могут казаться выше того места, где они расположены в действительности. И тем больше будет выражен этот эффект, чем ближе к горизонту будет расположен наблюдаемый объект.

Из этого следует, что вблизи полюсов в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда Солнце проходит низко над горизонтом, результаты измерений могут несколько отличаться от реальных в сторону понижения широты.

А теперь рассмотрим, как с помощью гномона определять время и дату.

Гномон и солнечные часы

Солнечные часы - древний инструмент, позволяющий определять время по тени от Солнца в светлое время суток.

Одни из самых первых солнечных часов появились в Египте. Они представляли собой каменный брусок длиной примерно 30 см. Брусок этот располагался вдоль направления восток-запад. С одной стороны этих часов находился «Т»-образный брусок, тень от которого, уменьшаясь, «ползла» по бруску с утра до полдня, после чего солнечные часы поворачивали на 180 градусов и тень «ползла» в обратном направлении. По насечкам, сделанным на бруске определялось время.

Эскиз «египетских» солнечных часов.

Самые первые заметки о солнечных часах встречаются в египетских рукописях и датируются 1306-1290 годами до нашей эры. Найденные египетские солнечные часы, по мнению ученых, были сделаны задолго до найденных рукописей, их описывающих, - еще в 1479-1425 годах до нашей эры.

Одни из первых солнечных часов.

В Египте также были обнаружены и другие модели древних солнечных часов, отличающихся от описанной модели, но их возраст, если верить показаниям ученых, более молодой, поэтому рассматривать их, как самые древние солнечные часы, не приходится.

Реконструкция древних солнечных часов в Египте, экспонат каирского музея.

Независимо от Египта, солнечные часы появлялись и в других уголках мира, например, древнем Китае и в Древней Греции, откуда их идея перекочевала в Древний Рим.

На Руси в качестве солнечных часов стали использовать башни соборов, отбрасывающих тень. Но это все практиковалось уже аж в XI веке нашей эры.

Однако такие часы не могли показывать точное время, поскольку насечки делались путем равномерного деления шкалы на фиксированное число частей.

И только много веков спустя человечество придумало солнечные часы, которые показывали более точное время. Они были больше похожи на современные аналоговые часы за тем только исключением, что шкала у них была рассчитана лишь на промежуток времени с утра до вечера и выглядела более сжато.

Такие солнечные часы можно встретить и сегодня: ими стало модно украшать площади в скверах. Иногда солнечные часы можно встретить и на садовых и дачных участках, где они могут неплохо смотреться на пересечении дорожек.

Солнечные часы, как декоративный элемент.

Гномон является неотъемлемой частью солнечных часов. Именно он отбрасывает на циферблат тень, образующую «стрелку».

Нужно понимать, что солнечные часы могут показывать, как астрономическое, так и усредненное «земное» время: тут все зависит от разметки при их конструировании. Поэтому при создании самодельных часов нужно заранее определиться с тем, какое именно время мы хотим видеть на таких часах.

Кроме времени солнечные часы также могут показывать дату и месяц. Для этого на них наносятся дополнительные разметки.

Важно понимать, что корректно указывать дату и месяц такие часы могут только в случае, если они «откалиброваны» строго для конкретного места установки.

Но не нужно возлагать большие надежды на самодельные солнечные часы: из-за ряда неточностей, связанных с конструированием часов, неровностью поверхности для установки, ориентированием часов в пространстве, угловым диаметром Солнца, уравнением времени и другими факторами особо точных показаний от таких часов ждать не приходится.

Рассмотрим несколько основных моделей солнечных часов, которые можно сконструировать своими руками из дерева, пластика или картона.

Экваториальные солнечные часы

Свое название такие солнечные часы получили из-за того, что плоскость их циферблата параллельна плоскости небесного экватора.

Наклон шкалы у этих часов требуется для того, чтобы даже стоящее в полном зените Солнце отбрасывало тень.

Такие часы желательно сделать в виде плоского круга, в центр которого воткнут гномон, причем таким образом, чтобы одна его часть возвышалась с одной стороны циферблата, а другая - торчала с другой. Если этого не сделать, то в период с сентября по март (в средних и высоких широтах северномго полушария) такими часами пользоваться не получится, ведь Солнце опустится ниже небесного экватора, а значит верхняя часть часов перестанет освещаться его лучами.

Экваториальные часы устанавливают так, чтобы гномон по отношению к горизонту оказался приподнят на угол, соответствующий широте местности, и указывал на географический север. В этом случае плоскость циферблата окажется параллельной плоскости небесного экватора.

Часто встречается рекомендация устанавливать солнечные часы, используя компас. Однако, зачастую это создает дополнительную погрешность, поскольку географический север далеко не всегда совпадает с магнитным, на который указывает стрелка магнитного компаса, о чем было подробно рассказано в . Кроме того, дополнительная ошибка в этом случае может возникать из-за различных магнитных девиаций.

От точки крепления гномона к циферблату в северном направлении (для средних и высоких широт северного полушария) по циферблату проводится ровная линия. Эту линию тень от гномона будет пересекать в истинный (астрономический) полдень.

С помощью транспортира или любым другим доступным способом на циферблат наносятся и другие деления в виде лучей с центром в месте крепления гномона. Угол между соседними «лучами» должен соответствовать 15 градусам - именно это угловое расстояние, как помним, Солнце, а соответственно и тень, проходят за один час.

Над центральной разметкой, соответствующей полдню, ставится цифра «12». Лучи, расположенные западнее нумеруются в обратном порядке, то есть «11», «10», «9» и так далее, а лучи, расположенные восточнее, нумеруются по возрастанию, то есть «13», «14, «15»» и так далее. В результате получается циферблат.

Аналогичная шкала делается и на нижней части часов.

Такие часы можно быстро изготовить из транспортира, однако в этом случае вместо цифр, соответствующих часам, нужно будет пользоваться отметками углов. Так, отметка в 90 градусов будет соответствовать 12 часам дня, а за каждый час тень гномона будет смещаться либо в одну, либо в другую сторону на 15 градусов, из чего делается вывод, сколько времени прошло либо должно пройти, чтобы «стрелка» оказалась на 90 градусах, то есть дала понять, что наступил полдень. Это не очень удобно, однако же и времени на сооружение таких солнечных часов уйдет минимум.

Кстати, в районе экватора такие часы будут стоять вертикально, подобно колесу. А на полюсах - горизонтально, подобно волчку во время его вращения.

В видео показано, как такие часы изготавливаются своими руками:

Несмотря на простоту конструкции, такие часы обладают недостатком: ими сложно пользоваться в дни близкие к моменту весеннего и осеннего равноденствий, поскольку плоскость движения Солнца по небосводу в этом случае располагается параллельно плоскости циферблата экваториальных солнечных часов.

При обращении к многочисленным Интернет-источникам, мне доводилось встречать информацию о том, что экваториальные солнечные часы не могут работать в указанные дни, и ни разу не попадалась информация, как определять время в этих случаях. Поэтому поделюсь своими соображениями. На самом деле все просто: нужно на стороне циферблата, противоположной направлению Солнца, сделать небольшой бортик, выступающий над поверхностью. На этом бортике тень от гномона будет видна даже в дни равноденствия.

Экваториальные солнечные часы удобны своей универсальностью, поскольку будут работать в любой точке Земли в ясный солнечный день. Однако определить с их помощью дату и месяц будет сложно из-за слишком длинной тени и ограниченных размеров циферблата. Зато с функцией календаря с легкостью справляются горизонтальные солнечные часы, о которых и поговорим далее.

Горизонтальные солнечные часы

В горизонтальных солнечных часах циферблат располагается горизонтально. Гномон в этом случае по аналогии с экваториальными часами расположен в северном (для средних и высоких широт северного полушария) направлении под углом к горизонту, равном широте местности.

Старинные солнечные часы из меди на стене крепости в крепости на горе Святого Михаила, Корнуолл, Великобритания.

Такие солнечные часы также располагаются строго по географическим сторонам света.

Пометка на циферблате, соответствующая 12 часам дня, делается по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов. В момент пересечения тени гномона этой отметки фиксируется время на обычных часах. После этого ровно через час делается следующая пометка. И так до тех пор, пока Солнце не скроется за горизонт. Все пометки соединяются прямыми с местом установки гномона - получаются своего рода лучи.

Лучи, соответствующие утренним часам, рисуются на циферблате зеркально вечерним. Далее каждый луч нумеруется по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов.

На таком циферблате также можно сделать пометки для определения даты. Для этого:

1. В день летнего солнцестояния в течение дня через каждый час на циферблат наносятся пометки, соответствующие концу тени гномона.
2. Отметки соединяются плавной кривой.
3. Возле полученной кривой подписывается дата и месяц, в день которой были сделаны пометки.
4. Аналогичные действия повторяются ровно через месяц и так до тех пор, пока не настанет день зимнего солнцестояния.
5. С противоположной стороны кривых наносятся даты и месяца, соответствующие периоду с декабря по июнь. Так, июль будет соответствовать маю, август - апрелю, сентябрь - марту, октябрь - февралю, а ноябрь - январю.

Для того, чтобы приблизительно определить дату по таким часам, нужно посмотреть, на какой кривой находится конец тени гномона или между какими кривыми, а затем методом интерполяции определить приблизительную дату и месяц. Для этого конечно необходимо знать хотя бы, в какой период проводится измерение, ведь, например, 21 ноября тень будет примерно той же длины, что и 21 января.

Вертикальные солнечные часы

Вертикальные солнечные часы, как уже понятно из названия, имеют вертикально расположенный циферблат. Такой циферблат зачастую крепят к столбу или стене здания. Однако следует заметить, что для удобства такой циферблат нужно располагать строго на юг (для средних и высоких широт северного полушария) или строго на север (для средних и высоких широт южного полушария).

Подмосковье, фасад храма Серафима Саровского, вертикальные солнечные часы, выполненные из инкерманского известняка. Размер плиты — 100х50 см.

Гномон в этом случае, как и в предыдущем, должен быть наклонен под углом по отношению к горизонту равным широте местности, где устанавливаются солнечные часы.

Разметка циферблата и календаря в этих часах осуществляется аналогично горизонтальным солнечным часам.

Главный недостаток вертикальных солнечных часов - невозможность использования их в тропической и экваториальной зоне, когда расположение Солнца в полдень смещается с севера на юг или наоборот. В этом случае можно поступить по аналогии с экваториальными солнечными часами, сделав их циферблат двусторонним. Тем не менее, пользоваться календарем в таких часах не получится из-за слишком длинной тени от гномона.

По сути, на экваторе вертикальные солнечные часы являются частным случаем экваториальных солнечных часов, поскольку здесь плоскость их циферблата параллельна небесному экватору, а гномон расположен перпендикулярно этой плоскости.

Перевод астрономического времени в местное время

Для того, чтобы узнать «земное» время, зная астрономическое, определенное по солнечным часам, нужно учесть два основных момента: долготу местности, где проводится измерение времени, и уравнение времени. О том, почему это важно, и как это влияет на разницу в показаниях времени на обычных и солнечных часах, мы рассказывали здесь.

Для того, чтобы сделать поправку на первый момент, связанный с долготой, нужно вспомнить, что Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью приблизительно равной 15 градусам в час. Таким образом, можно определить разницу между астрономическим временем в этой местности и астрономическим временем в нулевом меридиане, то есть в Гринвиче.

Чтобы учесть поправку, связанную с уравнением времени, нужно иметь таблицу либо график уравнения времени. Его удобно нанести прямо на солнечные часы в том месте, где он не будет мешать другим измерениям.

Этот график показывает, насколько раньше или позже 12-ти «земных» часов в заданный день Солнце окажется в зените, то есть показывает разницу в астрономическом и «земном» времени в заданный день на «средней» долготе, по которой определяется часовой пояс.

Сделав поправку на долготу и уравнение времени, можно получить гринвичское «земное» время. А зная гринвичское время и свой часовой пояс - легко посчитать местное «земное» время.

Конечно, можно пойти и другим путем, не пытаясь вычислять время по Гринвичу, но тогда придется ориентироваться на часовые пояса, которые не всегда четко соответствуют астрономическим показаниям ввиду политической составляющей, а значит и объяснение получится более путанным.

В связи с этим рассмотрим на примере указанный ранее алгоритм.

Измерения проводятся на местности с долготой 32 градусов 30 минут восточной долготы. Дата на календаре - 20 февраля. Показания на солнечных часах - 16 часов. Нужно определить усредненное «земное» время.

Решение выглядит так:

1. Рассчитывается разница с временем по Гринвичу: 32°30′ / 15 = 2 часа 9 минут. Поскольку долгота восточная, это означает, что в нулевом меридиане часы по сравнению с часами в данной местности будут отставать на 2 часа 9 минут.
2. Делается поправка на уравнение времени. По таблице уравнения времени для 20 февраля находится показатель - он соответствует +13,9. То есть астрономическое время в этот день отстает от «земного» на 13,9 минут, что соответствует 13 минутам 54 секунды. Значит «земное» время (но не усредненное по часовому поясу) в данный момент будет соответствовать 16 часов + 13 минут 54 секунды = 16 часов 13 минут 54 секунды. Округляем до минут - получается 16 часов 14 минут.
3. Зная «земное» (не усредненное) время в данной местности и разницу в часах с нулевым меридианом, определяется время по Гринвичу: 16 часов 14 минут – 2 часа 9 минут = 14 часов 5 минут.
4. Зная часовой пояс местности (+2), в которой проводятся измерения, определяется усредненное «земное» время в этой местности: 14 часов 5 минут + 2 часа = 16 часов 5 минут.

Если солнечные часы не планируется переносить в местность с другой долготой, поправку на долготу можно написать на самих часах, чтобы всякий раз ее не пересчитывать.

Также важно при переводе астрономического времени в «земное» не забывать, что в некоторых регионах часы переводят на летнее время. Если этого не сделать, ошибка может составить 1 час.

Можно ли купить солнечные часы?

На сегодняшний день в продаже можно увидеть множество различных моделей солнечных часов. К сожалению, многие из них выполняют чисто декоративную функцию и для точных измерений времени не пригодны. Лично мне посчастливилось лишь раз лицезреть такую модель, с помощью которой действительно можно определять время.

При покупке «рабочих» солнечных часов в первую очередь следует обратить внимание на то, к какому типу они относятся. Экваториальный тип солнечных часов, как было сказано ранее, универсален, а значит есть вероятность того, что они смогут быть нормально установлены в любой местности и обеспечат корректную работу.

Такие часы должны быть оснащены механизмом, позволяющим регулировать наклон циферблата, и по возможности - вращающейся шкалой, позволяющими использовать в любой местности.

Существуют также фирмы, занимающиеся изготовлением солнечных часов под заказ, но их услуги, насколько мне известно, весьма дорогостоящие.

Исходя из этого, как мне кажется, проще самому изготовить солнечные часы из картона или фанеры. В этом случае человек не только обзаведется реально работающим инструментом, но и лучше усвоит принципы, на которых эти часы работают. А принципы эти - основополагающая вещь всех методов ориентирования по Солнцу, звездам и Луне, так необходимых путешественникам, рассматривающих риски чрезвычайных ситуаций и изучающие способы выхода из них.

Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить несколько моментов.

Для человека, оказавшегося в дикой природе, солнечные часы и гномон в частности позволят сориентироваться на местности. Переносные солнечные часы в этом плане - более универсальный инструмент, так как дают возможность найти приблизительное расположение сторон света в любой момент дня, если известно время, координаты местности, а Солнце не скрыто облаками. Со стационарными солнечными часами все еще проще: они дают возможность сориентироваться в пасмурную погоду и даже ночью, поскольку, как правило, ориентированы строго по сторонам света.

Такие функции солнечных часов, как время и дата, не столь необходимы в условиях туризма и аварийного выживания. По крайней мере, мне ни разу не доводилось слышать про то, что кто-то сильно пострадал, не узнав день календаря или местное время. Если же все-таки необходимость сориентироваться во времени по Солнцу, как по мне, проще это сделать, зная стороны света и направление на Солнце в данный момент. Да, результат будет не очень точным, и в низких широтах такой метод мало чем сможет помочь, однако и носить с собой громоздкие солнечные часы либо тратить время на сооружение их на местности из подручных материалов тоже не придется.

Если все-таки появится острая необходимость в солнечных часах, то ориентировать их стоит не по компасу, а по Полярной звезде либо по сторонам света, определенным с помощью гномона. Как было сказано ранее, магнитные полюса не совпадают с географическими, а местность, где устанавливаются солнечные часы, может находиться в зоне магнитной аномалии. Все это не даст возможности корректно установить солнечные часы, используя магнитный компас.

Как точно замечено: часовые стрелки представляются двумя руками, которые отнимают у людей их время. Чтобы определить на своем дачном участке - который сейчас час, нужно прекратить работу, помыть руки, найти мобильник. А что если смастерить на даче действующие солнечные часы? Они не только украсят какой - то уголок сада, но и будут показывать время.

И детворе ноу - хау понравится: дети будут казаться себе сказочными волшебниками, которые обладают секретами времени.

Варианты горизонтальных солнечных часов: