Иностранные самоделки солнечных часов. Как сделать солнечные часы своими руками? Солнечные часы своими руками – фото

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.

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.

Солнечные часы – одно из самых древних устройств, созданных человеком. Спустя несколько сотен лет это изобретение не потеряло своего функционала.

Его можно сделать вместе с детьми дома, на улице, в школьном дворе. Солнечные часы станут прекрасным . Кроме того, знание технологии их изготовления окажется полезным для любителей путешествовать.

Читайте также:

Историческая справка

Первые упоминания о солнечных часах были найдены на территории Древнего Египта. Еще 1300 лет до нашей эры люди пользовались такими часами. Применялись они и в Китае и Греции. Оттуда технология создания солнечных часов распространилась по всему миру.

Большую популярность они получили в XVIII веке – в то время использовались как декоративный элемент в пейзажных садах и дворцовых ансамблях.

Принцип работы

Работа часов основана на взаимосвязи элементов: основы (кадрана), циферблата и гномона.

Основа может устанавливаться под разным углом, в связи с этим выделяют различные виды часов.

Гномон представляет собой элемент, который отбрасывает тень на циферблат, это своеобразное подобие стрелки обыкновенных часов.

Виды солнечных часов

Выделяют три основных вида солнечных часов:

1. Экваториальные часы . Их основа расположена параллельно экватору. Гномон представляет собой стержень, расположенный параллельно земной оси. Для их правильной установки необходимо знать географическую широту местоположения.

2. Вертикальные часы . Плоскость кадрана расположена вертикально, обычно – на стене здания.

3. Горизонтальные часы . Основа расположена параллельно линии горизонта. Гномон создается в виде треугольника, с углом, соответствующим широте местоположения.

Создание экваториальных солнечных часов

Основа часов расположена параллельно экватору. Солнце равномерно движется, поэтому за час тень будет смещаться на 15. Отметим, что на данном циферблате должно быть не 12 делений, а 24. Таким образом, чтобы сделать циферблат, достаточно разделить основу на 24 сектора по 15.

Если часы предполагается расположить в саду или любой другой открытой местности, то для изготовления желательно брать прочные материалы.

В качестве основы подойдет камень, железо, древесина, пластик.

Гомон можно изготовить из длинного гвоздя или спиц для вязания.

Следующий шаг – правильно определить угол наклона циферблата . Он определяется как разница 90 и географической широты местоположения.

Необходимо установить кадран с циферблатом на освещенном месте, прикрепить гномон – и часы готовы.

Как правильно разместить циферблат

Обычные солнечные часы правильно работают, если полдень, как и задумано, наступает в 12:00.

В разной местности полдень наступает в различное время, поэтому важно учесть этот фактор. Для того чтобы часы показывали местное время, необходимо сместить цифры на циферблате вокруг своей оси , чтобы полуденная, самая короткая, тень двигалась по направлению север-юг.

Как узнать это направление? Необходимо взять лист фанеры, прикрепить к нему гвоздь под прямым углом и расположить лист на солнце. Далее необходимо каждые 15 минут в течение 3 часов отмечать передвижение тени гвоздя. Затем определить самую маленькую тень. Она будет полуденной линией.

Полярные часы

Необычная разновидность солнечных часов. Циферблат в данном случае напоминает шкалу, деления расположены по направлению запад-восток. Сам макет циферблата можно найти в Интернете.

Самое важное – правильно разместить кадран. Он должен быть расположен под углом, соответствующим географической широте местоположения, в направлении полярной звезды.

Отметим, что самые простые солнечные часы показывают солнечное время, которое может отличаться от реального времени.

Сначала немного теории

Много тысячелетий люди определяют время по солнцу. Простейшие солнечные часы (гномон), состоящие из вертикального стержня (собственно гномона), расположенного на горизонтальной площадке, были известны еще в 3-м тысячелетии до нашей эры. Время по таким, да и всем другим, солнечным часам определяют по тени, которую отбрасывает гномон на площадку (кадран), устроенную вокруг гномона (или рядом с последним). В зависимости от ориентации плоскости кадрана различают обычно горизонтальные и вертикальные солнечные часы. Мы же здесь рассмотрим наклонные солнечные часы, которые представляют из себя гномон, установленный на наклонной плоскости (рис. 1).

Поверхность кадрана нанесенными на нее часовыми делениями разбита на угловые секторы, то есть является циферблатом часов: Для определения времени в центре кадрана, перпендикулярно к его плоскости, установлен стержень - все тот же гномон. Тень, падающая от гномона на поверхность кадрана, выполняет роль часовой стрелки, показывающей время.

Угол наклона плоскости кадрана к северу равен 90° минус угол φ, где угол φ равен географической широте местности. Широту местности легко узнать по обычной географической карте. В Подмосковье, например, наклон кадрана должен составлять 90°–34°, так как 56° - географическая широта Москвы.

Счастливчику, проживающему в доме, где северный скат крыши ориентирован строго в направлении «юг-север» с углом наклона, близким к 35°, обзавестись солнечными часами ничего не стоит. Отклонение угла наклона крыши на 2...3° в ту или иную сторону не потребует ее переделки, так на точности хода часов это заметно не скажется.

Простейшие солнечные часы на крыше дома

Градуировка кадрана

Как уже говорилось, в качестве кадрана мы будем использовать плоскость северного ската крыши. (Если крыша ориентирована по-другому, солнечные часы придется делать на какой-нибудь другой площадке.) Циферблат астрономических солнечных часов представляет собой круг, поделенный радиусами, исходящими из его центра, на 24 часовых сектора, с центральными углами по 15° (рис. 2).

Разбивку плоскости на секторы начинают от полуденной линии, проходящей через центр кадрана в направлении с севера на юг и совпадающей с направлением тени от гномона в 13 ч по декретному времени. Секторную разметку дополняют цифрами.

Напомним, что в России декретное время - поясное время, переведенное на 1 ч вперед. А поясное время - система счета времени, основанная на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса. Таким образом во всех пунктах в пределах одного пояса в каждый момент поясное время одинаково, в соседних же поясах оно отличается на 1 ч. Часовые пояса образованы соседними меридианами, отстоящими по долготе на 15° друг от друга. Как известно, началом отсчета географических долгот Земли является нулевой (Гринвичский) меридиан. Так вот, этот нулевой меридиан является средним меридианом нулевого часового пояса. Возвращаясь к декретному времени отметим, что во 2-м часовом поясе, в котором расположена Москва, оно на 3 ч опережает всемирное время, то есть местное время нулевого меридиана.

Разметку кадрана (кровли) проще всего произвести с помощью веревочного равностороннего треугольника. Для этого на прочном шнуре или веревке наносят отметки, например, завязывают узелки-петли, делящие шнур на три равные части, после чего концы шнура соединяют, образуя кольцо. В месте соединения концов шнура к этому кольцу привязывают груз, который в последующем будет выполнять роль отвеса (рис. 3).

Одну из сторон треугольника, смежную с углом, к вершине которого привязан груз, делят метками, например, проволочными хомутиками, на четыре части так, чтобы длины полученных отрезков находились в соотношении 27:23:23:27. При таком соотношении отрезков лучи, соединяющие концы отрезков стороны треугольника с противолежащей вершиной, делят угол при этой вершине (а он равен 60°) на четыре угла по 15° каждый.

Далее в центре циферблата, то есть в месте установки гномона, закрепляем на крыше реперный стержень (забиваем длинный гвоздь). Надев на стержень одну из двух петель при вершине веревочного треугольника (см. рис. 3), груз-отвес отпускают, в результате чего сторона треугольника, один конец которой укреплен на гвозде, а к другому привязан груз, совпадет с полуденной линией. Конечно, это произойдет лишь в том случае, когда крыша наклонена строго на север (рис. 4). Вторую петлю отводят в сторону, например, вправо, так, чтобы на плоскости крыши образовался веревочный равносторонний треугольник. Понятно, что сторона треугольника с грузом не должна сместиться с полуденной линии. Теперь на кадране (скате крыши) отметим положения концов отрезков, на которые мы разделили одну из сторон треугольника, например, делая отметки маркером.

После разметки правого нижнего сектора циферблата свободную петлю треугольника перебрасываем на другую половину крыши (слева от полуденной линии) и вновь формируем треугольник, обеспечив вертикальное положение стороны треугольника с грузом-отвесом, и размечаем крышу так же, как в первом случае. В результате этих операций вся нижняя «дневная» часть циферблата окажется поделенной на 8 секторов.

Для разметки боковых секторов циферблата, на которые тень от гномона заходит утром и вечером, за свободную петлю треугольник поднимаем вверх, к коньку, и формируем треугольник так, чтобы его сторона с грузом, проходила через крайнюю точку (левую, правую) разметки нижней части циферблата. Понятно, разметку боковых секторов циферблата ведут так же, как и разметку нижних секторов (см. рис. 4).

Дизайн циферблата

Проще оформить циферблат в виде прямоугольника (рис. 5). При разметке по веревочному треугольнику боковые секторы («утро/вечер») изначально образованы прямыми линиями. Ломаную же линию, ограничивающую нижний сектор («день») спрямляют, соединяя прямой боковые крайние точки сектора. Деления (радиусы часовых секторов) обозначают на циферблате точками или отрезками-штрихами, направленными к центру кадрана.

Цифры наносят водостойкой краской, предварительно разметив их маркером или цветным карандашом (оцифровку лучше начинать от полуденной линии). Для цифр рекомендуется использовать геометрически простой и легко читаемый шрифт типа индексации на почтовых конвертах или знаков на калькуляторе.

Установка гномона

В центре кадрана перпендикулярно плоскости ската монтируют фланец с отверстием для стальной трубы (гномона), тень от которой и является стрелкой, показывающей время. Во фланце трубу фиксируют болтом. Перпендикулярность установки гномона проверяют прямоугольным треугольником. Длина гномона должна быть соразмерна размерам плоскости кадрана, чтобы тень от него находилась в пределах циферблата.

Внимание! Обязательно надежно заземлите гномон, соединив его стальным проводником диаметром 6...7 мм с листом металла, закопанным в грунт на глубине 1,5...2 м, обеспечив тем самым молниезащиту дома (см. рис. 5).

Техника безопасности

Заметим, работы, связанные с высотой, всегда лучше выполнять вдвоем. Поскольку заспинного моторчика с пропеллером, как у Карлсона, ученые еще не придумали, монтажнику-высотнику необходим монтажный пояс, к которому привязывают веревку, как в цирке страховочную лонжу. Разметчик работает на крыше, а его напарник, находящийся на земле, подстраховывает товарища и корректирует его действия. Обязательно понадобится надежная и легкая лестница, которую придется перемещать по поверхности крыши. Рекомендуем для работы на крыше соорудить специальную облегченную лестницу из брусков сечением 30x60 мм (годятся и бруски сечением 25x50 мм). Расстояние между стойками выбирают с учетом особенностей кровельного покрытия. Дело в том, что на кровле из шифера стойки должны располагаться во впадинах листов.

Соединяют детали лестницы на гвоздях размером 4x80 мм, причем в деталях для гвоздей обязательно сверлят отверстия. При сверлении стенки отверстия уплотняются, поэтому гвозди в таких отверстиях держатся более плотно, а бруски не раскалываются. Выступающие концы гвоздей загибают. К верхней части лестницы крепят бобышки-зацепы, с помощью которых она цепляется за конек.

Наклонные солнечные часы работают только в солнечные дни и только с 21 марта по 21 сентября, когда солнце расположено в северном полушарии, поэтому на «зимнее время» стрелки переводить не нужно. На зиму гномон с крыши лучше убрать, чтобы это не сделал за вас снег при сходе с крыши.

Экваториальные. Поверхность циферблата наклонена относительно уровня земли на угол равному 90 градусов - широта местности и повернута к полярной звезде (на север). Стрелка относительно циферблата находится перпендикулярна и может представлять собой обычный штырь. Разметка часов на циферблате - каждые 15 градусов.

Горизонтальные. Циферблат находится на земле или подставке строго горизонтально. Стрелка представляет собой треугольник с углом равным широте местности. Направление стрелки на север. Деление циферблата на часы-сектора производится по формуле.

Как сделать солнечные часы

Экваториальные.

• На куске фанеры или пластика расчерчиваем циферблат с делением по часовым секторам каждые 15 градусов.

• В центр циферблата перпендикулярно вставляем штырь или палку любой длины.

Теперь нужно правильно часы установить.

• Готовому циферблату придаем угол наклона, при помощи подставки. Высота подставки (угол наклона) определяется для каждой местности отдельно. Например, для Москвы угол будет равен 90 градусов минус 55 градусов (северная широта) = 35 градусов. Соответственно, если вы живете в Волгограде, то от 90 градусов нужно отнимать широту Волгограда (48 градусов).

Широту каждого города можно посмотреть на Википедии.

• Найдя угол наклона циферблата, ориентируем его на местности, направляя, теперь уже наклонную стрелку на север.

Минус таких часов, в том, что показывать время они будут только пол года, зимой же они будут находится в тени.

Горизонтальные.
Такие часы очень просто можно сделать вместе с ребенком.

• Из фанеры или пластика вырезаем гномом (треугольную стрелку). Один из углов - прямой (90 градусов), второй - широта вашего города. То есть в Москве, это будет треугольник с углами 90 и 55 градусов, а в Волгограде - 90 и 48 градусов.

• Устанавливаем треугольник на местности, где у нас планируются часы, ориентируясь по компасу, на север.

• Заводим таймер, и каждый час выходим отмечаем деления.