Солнечные часы состоят из трех деталей: гномона то есть предмета, отбрасывающего тень, циферблата, на который эта тень падает и самого солнца. Линии на циферблате, форма и величина гномона рассчитываются индивидуально для каждых часов в зависимости от географических координат места их установки.
Солнечные часы это астрономический прибор, предназначенный для измерения высоты, азимута и склонения солнца. Размерность этих величин – градусы дуги. По своему усмотрению мы можем придавать им различный физический смысл. Так, по значению азимута и высоты солнца над горизонтом мы может измерять время. А по значению склонения — регистрировать даты перехода солнца из одного зодиакального созвездия в другое, определять наступление дня равноденствия, солнцестояния или любой другой даты, например, дня рождения.
Расположение линий на циферблате солнечных часов зависит от ориентации циферблата относительно полюса мира, математического горизонта и небесного экватора. Циферблат же может быть нарисован где угодно, например — на сферической поверхности.
Несмотря на то, что конструкции солнечных часов чрезвычайно разнообразны, большинство людей полагает, что солнечные часы это диск, к которому прикреплен треугольник. Отчасти, это верно. Именно так выглядят наиболее часто встречающиеся горизонтальные солнечные часы.
Рассмотрим, как устроены типичные горизонтальные солнечные часы.
Шкалы .
Главный элемент циферблата это шкала для регистрации времени. Точность шкалы зависит от точности изготовления солнечных часов и тщательности сборки их деталей. Кроме того, точность шкалы определяется размером солнечных часов (чем больше их размер, тем точнее может быть сделана шкала). Деления шкалы представляют собой отрезки так называемых часовых линий. То есть линий, образованных тенью гномона на циферблате солнечных часов. На фотографии ниже часовые линии выделены цветом.
Раньше, до введения в обиход поясного времени, хватало единственной шкалы, предназначенной для регистрации местного времени – то есть времени на меридиане, проходящем через место установки солнечных часов. Теперь на циферблатах можно увидеть две или даже три шкалы. Одну – для регистрации местного времени, вторую – для регистрации поясного летнего времени, а третью – для регистрации поясного зимнего времени. Это делается, чтобы не затруднять пользователя вычислениями. Следует иметь в виду, что это не разные виды времени, а просто разные способы измерения одного и того же.
Бывают особые случаи, когда на циферблат помещают дополнительные шкалы. Необходимость в этом возникает, когда солнечные часы установлены в одной часовой зоне, но предназначены для регистрации времени в другой часовой зоне, отдаленной от места установки тысячами километров. Например, как на этих солнечных часах, которые установлены в г. Умеа (Швеция), но регистрируют время в Москве.
Солнечные часы для часовых зон GMT+3 и GMT+1
Иногда, кроме шкал, предназначенных для регистрации времени, на солнечных часах выполняются шкалы для измерения азимута солнца и высоты солнца над горизонтом а также шкала географической долготы.
Шкала азимутов солнца и шкала высоты солнца над горизонтом, градусы дуги.
Азимут это угол между направлением на полюс и направлением на какой-либо удаленный предмет. В гномонике, в отличие от геодезии, азимут традиционно отсчитывается от направления на южный географический полюс. Это означает, что в момент истинного полудня азимут солнца по определению равен 180º, а в тот момент, когда солнце находится точно на западе или точно на востоке, его азимут соответственно равен 90º и -90º. Большинство людей полагает, что солнце всегда восходит на востоке и заходит на западе. С помощью шкалы азимутов легко убедиться, что это не так. Лишь два раза в году, в дни равноденствий, солнце восходит на востоке и заходит на западе.
Шкалу, измеряющую высоту солнца над горизонтом, обычно помещают на циферблат солнечных часов, предназначенных служить учебным пособием по географии и астрономии. В обычной жизни, в быту, нет необходимости знать, какова в данный момент высота солнца над горизонтом. Но на солнечных часах, установленных на школьной астрономической площадке, такая шкала уместна.
Шкала географической долготы, дополненная названиями городов
Шкала географической долготы позволяет наблюдать перемещение солнца по планете. Когда солнце пересекает какой-либо местный меридиан, на этом меридиане наступает истинный солнечный полдень, солнце занимает высшую точку своего дневного пути а его азимут равен точно 180º. То есть в этот момент солнце находится точно на юге. Если шкалу географической долготы дополнить списком городов таким образом, чтобы название города располагалось напротив соответствующей долготы, то по тени гномона можно, не прибегая к вычислениям, узнать, в каком городе сейчас истинный полдень.
Уравнение времени и аналемма .
На циферблате солнечных часов или рядом с солнечными часами часто помещают таблицу уравнения времени (или его график) и аналемму. Чтобы понять что это такое, необходимо сделать некоторые объяснения. Дело в том, что показания солнечных часов совпадают с показаниями наручных часов только четыре раза в году – 15 апреля, 12 июня, 1 сентября и 24 декабря. В остальные дни года солнечные часы либо спешат, либо отстают в пределах (+ 14) – (-16) минут. Причина в том, что солнечные часы измеряют истинное, объективно существующее время, тогда как наручные часы измеряют так называемое среднее время, специально придуманное людьми, чтобы упростить процесс его измерения. Чтобы по истинному времени, измеряемому, солнечными часами узнать среднее время, к их показаниям следует добавить специальную поправку, называемую уравнением времени. Уравнение времени это разница между показаниями наручных и солнечных часов. В специальной литературе ее обычно обозначают как µ или ЕоТ. В разные дни года величина µ имеет различные значения. Выраженная графически зависимость µ от календарной даты называется графиком, номограммой или таблицей уравнения времени.
Круговой график уравнения времени и аналемма, предназначенная для вычисления среднего времени по показаниям солнечных часов.
Земля обращается вокруг солнца в плоскости, называемой эклиптикой. Ось вращения земли направлена на север и наклонена к этой плоскости под углом примерно 23 градуса. Это означает, что в течение полугода мы видим, что солнце находится ниже эклиптики. В это время в северном полушарии зима. В течение другой половины года мы видим, что солнце находится выше эклиптики. В это время в северном полушарии лето. Выраженная в градусах дуги высота солнца над эклиптикой называется склонением ρ . Графически выраженная зависимость уравнения времени µ от склонения солнца ρ называется аналеммой. В координатах ρ, µ аналемма представляет собой красивую кривую в форме восьмерки.
Горизонтальные солнечные часы с таблицей уравнения времени и аналеммой, расположенной вдоль часовой линии. На этих солнечных часах аналемма используется в качестве инструмента для поверки механических, электронных или любых иных часов.
Применительно к солнечным часам аналемму можно использовать двумя способами. Первый способ состоит в том, что на аналемме обозначаются точки, соответствующие календарным датам. Тогда, если нам известно, какое сегодня число, мы можем по координате µ определить, сколько минут в этот день нужно добавить к показаниям солнечных часов, чтобы узнать, который сейчас час в терминах общепринятого среднего времени. Заодно, по координате ρ , мы можем узнать величину склонения солнца.
График уравнения времени может быть вырезан из камня и установлен рядом с солнечными часами в качестве отдельного арт-объекта.
Второй способ не требует знания текущей календарной даты. В этом случае специально рассчитанную аналемму, разделённую на отрезки, соответствующие календарных датам, располагают вдоль одной из часовых линий. В тот момент когда тень нодуса (о нем ниже) пересекает аналемму (не часовую линию, sic!), показания солнечных часов совпадают со средним временем, а точка аналеммы, в которой её пересекает тень нодуса, соответствует календарной дате. Расположенную таким образом аналемму очень удобно использовать для поверки механических часов и для определения текущей календарной даты. Если размер солнечных часов достаточно большой, а сопряжение их деталей выполнено точно, мы можем разбить аналемму на 365 участков и таким образом наделить солнечные часы еще одной функцией — служить вечным календарем.
Тень нодуса пересекает «восьмерку» аналеммы дважды. Поэтому использование аналеммы в качестве инструмента для поверки наручных часов и для определения даты предполагает, что пользователю известно, что в аналемме различают две части — зимнюю и летнюю и что они несимметричны друг другу. Графически они похожи на зеркально отраженные относительно друг друга S-образные кривые. Зимнюю часть используют в период между осенним и весенним равноденствием, летнюю — в период между весенним и осеним равноденствием.
Для более подробного знакомства с понятием аналеммы можно обратиться к учебному видео материалу Ивана Королева .
Существуют десятки способов графического изображения этих зависимостей и великое множество приемов выполнения их в материале. Вот некоторые из них.
График и таблица уравнения времени могут быть выполнены из камня и из покрытого золотом, патинированного или состаренного цветного металла.
Гномон .
Гномон это предмет, отбрасывающий тень на циферблат и служащий для регистрации времени. На горизонтальных солнечных часах он обычно имеет форму треугольника, а угол его наклона соответствует географической широте. Плоскость треугольника параллельна местному меридиану, а верхняя его сторона параллельна земной оси и всегда направлена на северный полюс мира. (Разумеется, только в северном полушарии).
Гномон это материальный объект, и у него есть толщина. Ее следует учитывать при расчете циферблата. В шкалах делаются разрывы, ширина которых равна толщине гномона. Строго говоря, у точных солнечных часов есть два гномона – восточный и западный. Западный представляет собой ребро, образованное западной и верхней гранями. По его тени регистрируется время от восхода солнца до полудня. Восточный представляет собой ребро, образованное восточной и верхней гранями треугольника. По его тени регистрируется время от полудня до захода солнца.
Гномон, выполненный методом пластического литья. Бронза, патинирование.
Гномон с фактурной патинированной поверхностью. Латунь.
Гномон с нодусом. На восточной грани гномона награвирована фраза из книги Гарри Гаррисона «Стальная Крыса идет в армию». Латунь, золото 999 пробы.
Одна из граней гномона криволинейна. Делается это, по-видимому, не только из эстетических соображений, но также для того, чтобы не перепутать, какую именно грань следует использовать для регистрации времени. Плоскость гномона не обязательно должна быть сплошной. Она может быть выполнена методом пластического литья, с помощью гидроабразивной резки или любым другим способом, зависящим от предпочтений. Важно лишь, чтобы грань, предназначенная для регистрации времени, была строго прямолинейной и находилась в расчетных точках циферблата.
Гномон нодусом. На западной грани гномона награвирована фраза из текста статьи М.В. Ломоносова «Об усовершенствовании зрительных труб»1762 года.
На солнечных часах обычно бывает только один гномон. Исключение составляют так называемые Оттоманские солнечные часы. На них устанавливают два гномона. Один – для регистрации времени, другой, меньшего размера, — для определения времени исламских молитв. Но бывают исключения. Например, на этих солнечных часах большой гномон предназначен для регистрации времени, тогда как маленький конический предназначен для того, чтобы раз в год, в день рождения владельца, тень от вершины конуса следовала вдоль специально рассчитанной юбилейной линии.
Горизонтальные солнечные часы с двумя гномонами. В день рождения владельца этих солнечных часов тень от вершины конического гномона следует вдоль специально рассчитанной линии.
В очень редких случаях на солнечных часах устанавливают более двух гномонов. Так, на этих солнечных часах имеются три циферблата, каждый из которых снабжен собственным гномоном. Один из них предназначен для измерения истинного местного времени на меридиане места установки, другой предназначен для измерения истинного поясного времени, а третий — для измерения азимута солнца.
Солнечные часы с тремя гномонами.
Нодус, линии склонения, юбилейная линия .
Нодус (в переводе с греческого – узел) это такая точка на гномоне, тень которой соответствует склонению солнца. Склонение - это высота солнца над эклиптикой. Эклиптика - это плоскость в которой Земля обращается вокруг солнца.
Нодус обычно выполняется в виде отметки на полярной грани гномона.
Каждому дню года соответствует определенная величина склонения солнца. По мере того, как солнце, осуществляя свой дневной путь, движется с востока на запад, тень нодуса перемещается по циферблату с запада на восток. Траектория тени нодуса уникальна для каждого дня года и не меняется заметно в течение столетий. Эта траектория называется линией склонения.
Линии склонения. На циферблате награвированы линии склонения, соответствующие датам перехода солнца из одного зодиакального созвездия в другое.
В Международный день музеев тень нодуса следует вдоль специально рассчитанной юбилейной линии склонения.
Линии склонения на циферблате можно рассчитать для любой даты. Но обычно их рассчитывают для дат, имеющий астрономический смысл. Например, для дней равноденствия и солнцестояния. По мере того, как Земля совершает годовой оборот вокруг солнца, звездный фон нашего светила меняется. С незапамятных времен он разделяется на 12 секторов, именуемых зодиакальными созвездиями, а переход солнца из одного зодиакального созвездия в другое многие люди все еще склонны рассматривать как значительное астрономическое событие. Если линии склонения на солнечных часах рассчитать для каждого из этих двенадцати секторов, то у солнечных часов появится еще одна функция. Кроме времени они будут регистрировать дату смены зодиакальных созвездий.
В течение года в жизни каждого человека происходит много событий. Некоторые из них субъективно гораздо важнее, чем смена зодиакальных месяцев. Линия склонения солнца, рассчитанная для такого дня, который имеет особенное значение в личной жизни человека, называется юбилейной линией.
На одном циферблате можно поместить несколько юбилейных линий склонения. По одной для каждого члена семьи.
Обычно юбилейную линию рассчитывают для дня свадьбы или для дня рождения. Но есть немало других событий, достойных сопоставления с положением Земли на ее орбите. Например, день окончания строительства дома, день защиты диссертации, день публикации первого стихотворения – все это очень достойные поводы, чтобы отмечать их ежегодно с помощью солнечных часов. На одном циферблате можно поместить несколько юбилейных линий для каждого члена семьи. А можно на одних солнечных часах сделать несколько циферблатов для каждого из них.
Каждый год в один и тот же день солнечная тень следует вдоль специально рассчитанной юбилейной линии. Так будет продолжаться до тех пор, пока существует Солнечная система. То есть в ближайшие четыре с половиной миллиарда лет.
Чем солнечные часы отличаются от обычных, например механических часов .
Солнечные часы показывают истинное солнечное время.
Наручные часы показывают среднее солнечное время.
Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.
Истинные солнечные сутки — величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче. Стало быть, и части их, то есть часы, минуты и секунды не всегда равны между собой.
Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шел точно по солнцу, то есть в один день быстрее, в другой медленнее. Поэтому наручные часы показывают не солнечное и некое другое время, называемое средним. Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем расчетов. Складывают продолжительность всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году. Гражданские сутки, а стало быть, гражданские часы, минуты и секунды, есть величина постоянная по определению.
До изобретения атомных часов, самой стабильной единицей времени считались звездные сутки, определяемые по промежутку времени между двумя последовательными восходами какой-либо отдаленной звезды. Чтобы измерить продолжительность солнечных суток, а затем путем расчетов определить продолжительность средних суток, по традиции используют именно звездное время — звездные часы, минуты и секунды.
Сравнительная продолжительность суток, выраженная в среднем времени выглядит следующим образом:
Средние солнечные (гражданские) сутки
24 h 00 m 00 s
Истинные солнечные сутки
24 h 00 m 00 s ± 17 m
Звездные сутки
23 h 56 m 4,09 s
Ось нашей планеты наклонена к плоскости ее обращения вокруг солнца на 23°. Кроме того, орбита нашей планеты имеет эксцентриситет, из чего следует, что скорость ее обращения вокруг солнца непостоянна. По этим двум причинам момент времени, приходящийся точно на середину гражданских суток и называемый средним солнечным полуднем, совпадает с истинным солнечным полуднем только четыре раза в году. В остальные дни гражданский полдень либо опережает истинный солнечный, либо запаздывает относительно него. Это же относится вообще к любому моменту времени, а не только к полудню.
Разница между истинным и средним солнечным временем называется уравнением времени. Чтобы по показаниям солнечных часов получить показания наручных, надо учесть уравнение времени. Кроме того, обычно требуется внести поправку на поясное время, декретное время и, если последнее введено, поправку на летнее время.
Обычные часы помогают решать практические вопросы — не опоздать на работу, вовремя проснуться. Это очень полезная вещь — обычные часы. В мире, где расписание поездов и цена на бензин реальнее самих законов Кеплера, без обычных часов не прожить и дня. Тем не менее, результаты эволюции нельзя отменить и наши тела продолжают жить по истинному солнечному времени и продолжают помнить, как себя чувствовали наши далекие предки, не отделяющие еще время от пространства, а себя от природы и счастливые уже по одной этой причине.
Солнечные часы помогают нам более сдержанно оценивать свою роль в этом мире. Они помогают нам не забыть, что Земля это очень маленькая планета с ограниченными ресурсами, что вращается она вокруг желтой звезды среднего размера, а сама эта звезда всего лишь одна из великого множества ей подобных составляющих нашу малую родину — Галактику Млечный путь.
Способы изготовления солнечных часов.
Изначально наши предки не имели таких часов, как сейчас. Основным счетчиком времени являлось солнце. Сами часы представляли собой палку, воткнутую в землю. Именно по тени от этой палки можно было определить примерное время. Стоит отметить, что показания достаточно точные.
Существует масса вариантов изготовить такое устройство. Они отличаются конструкцией и особенностями работы. Дети будут рады такому изобретению и проще выучат цифры. Воспользуйтесь песком, палочками. Лучше проводить эксперимент когда песок мокрый. В сухую погоду нет необходимости чертить цифры. Можно просто установить камешки. Проговаривайте цифры по несколько раз. При этом отмечайте время по своим часам. Старайтесь это делать в игровой форме.
Варианты часов:
- Вертикальные. Они расположены на стене или свисают на веревках
- Горизонтальные . Расположены на земле или на горизонтальной поверхности
- Экваториальные. Располагаются под углом. При этом циферблат параллельный линии экватора, а сама стрелка параллельна земной оси
Ниже в видео можно посмотреть, как изготовить простые горизонтальные солнечные часы.
ВИДЕО: Солнечные часы для малышей
Идеи солнечных часов для детского сада: фото
Вариантов изготовления солнечных часиков огромное количество. Это могут быть простые изделия, изготовленные из картона и бумаги. В детском саду могут изготавливаться прямо на песке. Для этого придется расчертить несложные фигуры. Это занимательная и увлекательная игра для малышей дошкольного возраста. При этом малыши учатся цифрам, и понимать, как ориентироваться во времени. Ниже представлены основные варианты солнечных часов. Вы сможете почерпнуть идеи для своих поделок и изобретений.
Как сделать простейшие солнечные часы своими руками?
Такое изделие изготавливается при наличии компаса и палочки. Ее можно заменить спичкой или зубочисткой.
Инструкция:
- Положите компас на ровную плоскость, затем определите направление стороны света СЕВЕР, поставьте табло компаса так, чтобы стрелка показывала на север и на цифру компаса 180 градусов азимута.
- Установите прямо по центру циферблата зубочистку. Все, солнечные часики готовы. Для определения времени необходимо просто понаблюдать за тенью от зубочистки. Чем длиннее тень, тем больше времени.
- Когда тень показывает 180 градусов на циферблате, то это равно 12 часам дня, если на 270 градусов, то это равняется 18 часам, а на 90 градусов — 6 утра. То есть, один час времени равен 15 градусам на компасе.
- Чтобы верно определить время, необходимо чтобы солнечные лучи падали прямо на зубочистку и табло компаса.
Самыми простыми являются горизонтальные часы. Для их изготовления вам понадобятся самые простые и недорогие материалы.
Материалы:
- Циркуль
- Картон
- Ручка
- Транспортир
- Компас
Инструкция:
- Нарисуйте круг и вырежьте его. Теперь вырежьте из картона треугольник, один угол которого прямой, а второй равен градусам широты вашей местности
- При помощи компаса выясните, где находится север, именно на север направьте треугольную стрелку
- После этого при помощи таймера отмечайте каждый час метку в этих местах, куда упадет тень от стрелки
Это сделать достаточно просто. В качестве площадки, то есть основы, можно использовать как плитку, так и песок. Очень часто такие часы декорируются камешками и песком. У многих на даче можно увидеть необычные модели с кованой стрелкой.
Инструкция:
- Возьмите кусок пластика и вырежьте из него круг. Он должен быть достаточно большого размера
- Разровняйте площадку под а часы при помощи песка. Сделайте это при помощи уровня. Если часы планируете надолго, то можете забетонировать площадку
- Положите на площадку круг. В центре круга просверлите дырку и вставьте палочку
- Теперь при помощи часов отмечайте тень, куда падает стрелка, и спишите необходимые числа
- В первой половине дня солнца на севере мало, поэтому часы будут показывать, начиная с обеда
Существует несколько вариантов. Чаще всего рекомендуют циферблат разбитый не на 12 частей, а на 24. При этом необходимо пользоваться циркулем и линейкой, так как деления должны быть одинаковыми. При этом изначально не нужно наносить цифры. Это можно сделать, используя таймер. Каждый час наносится соответствующая метка, которая сделана путем нанесения точки в место, куда падает тень.
Также можно вообще изначально не ставить никаких меток. Можно просто вырезать круг, а в его центре установить стрелку. Необходимо чтоб она была наклонена на север. Угол наклона должен быть равен углу широты. При этом возьмите часы и отмечайте время каждый час.
Ориентироваться во времени по таким часикам достаточно просто. Для этого необходимо знать некоторые тонкости. Необходимо взглянуть на стрелку и тень, которая падает от нее. Теперь станьте лицом на север. При этом минимальная длина тени при максимальном подъеме солнца и будет полднем. То есть тени в это время почти нет. Чем больше времени, тем тень увеличивается и перемещается.
Солнечные часы в ландшафтном дизайне: фото
Сейчас много у кого в саду можно увидеть солнечные часы. Конечно, они показывают не самое точное время. Но при этом все же помогают понять примерные временные рамки. В основном в ландшафтном дизайне используются часы, изготовленные из камня, песка или кафеля. Кроме того, часто солнечные часы изготавливают из пней деревьев. При этом местность вокруг должна быть открытой. Ни одно деревце не должно закрывать часы. Ниже представлены фото солнечных часов в ландшафтном дизайне.
Как видите, изготовить солнечные часы достаточно просто. Выберите один из способов и всегда контролируйте собственное время.
ВИДЕО: Солнечные часы
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.
- 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).
- 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.
- 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!
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!
В солнечный день любой столб отбрасывает тень. Чтобы узнать сколько времени, люди мерили тень шагами. Утром она была длиннее, в полдень становилась совсем коротенькой, а к вечеру опять удлинялась. Столб, которым пользовались как часами, назывался гномоном.
Гномон - солнечные часы, были первыми часами, измерявшими время по длине отбрасываемой тени. У многих народов эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца.
Индийские нищенствующие монахи - факиры превратили в часы обыкновенную дорожную палку – посох. Посох этот был восьмигранный. Наверху в каждой грани высверлено отверстие, в которое вставлялась маленькая палочка. Чтобы узнать, который час, факир поднимает свой посох, держа его за шнурок. Тень, падающая от палочки на грань отвесно висящего посоха, показывала время. На грани посоха вырезаны черточки, обозначающие часы. Но зачем нужно столько граней? Казалось бы, достаточно и одной, но дело в том, что в разное время года видимый путь солнца различен. Поэтому и тень, которая во всем зависит от солнца, ведет себя летом и зимой неодинаково. Летом солнце поднимается на небе выше, чем зимой; оттого тень в летний полдень короче, чем в зимний. Вот почему посох сделан многогранным. Каждая грань размечена для одного какого-нибудь времени года и не годится для другого.
Представьте себе древний город Вавилон около 3,5 тысяч лет тому назад Каждый день от восхода до заката Солнца наверху старинной башни, где была обитель верховного божества Эилиля, находился дежурный жрец и наблюдал за движением солнечной тени от вершины столба.
Стоило тени коснуться очередной линии, как он подносил ко рту рог и громко оповещал: «Знайте, свободные и рабы, миновал еще один час после восхода Солнца!»
Из Вавилона солнечные часы разбрелись по миру. Раньше по главной площади древнегреческого города Афины бегали люди-часы и сообщали желающим, который час. Они узнавали время по единственным в городе солнечным часам и за мелкую монету сообщали время. Вавилоняне научили древних греков делить время на равные промежутки - часы. Они же научили греков строить новые солнечные часы - первые часы с циферблатом.
В солнечных часах небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоскости (кадран), разграфленной линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона.
Исторические источники считают самым первым упоминанием о солнечных часах сообщение о них в рукописи китайца Чиу-пи периода около 1100 г. до н.э.
Первые обелиски и пилоны, предназначавшиеся в Египте для измерения времени, были построены, по всей вероятности, уже в XIV в. до н.э. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 г. Калигулой из Гелиополиса.
Известны более ранние сведения о солнечных часах в Древнем Египте, например, изображение солнечных часов и способа пользования ими на гробнице Сети около 1300 г. до н.э
Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относятся к эпохе правления Тутмоса III – первой половине XV в. до н.э. Египетские гномоны были весьма неточными хронометрическими приборами. Они показывали время правильно лишь дважды в год – в дни весеннего и осеннего равноденствия. Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев.
В Средние века солнечные часы могли выглядеть неожиданно. На площади, опираясь на косу стояла скульптура старухи-смерти, а древко ее косы являлось гномоном горизонтальных часов.
Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Кроме горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях.
Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома.
Солнечные часы встречались не только в виде часов, расположенных на открытом воздухе – на земле. колоннах и т.п., но и в виде небольших настольных часов.
Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши. Циферблат этих часов, встречающихся довольно часто в Германии и в Англии, обычно состоит из мозаичной филенки, залитой свинцом. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.
Существовали и переносные солнечные часы, но они показывали правильное время, если были верно установлены, т.е.сориентированы.
К первым создателям солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном Региомонтан, работавший в середине XV в. в Нюрнберге. Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что солнечные часы стало возможным использовать повсеместно и появились их портативные, карманные или дорожные модели.
В 15-16 вв. пользовались карманными солнечными часами. Когда крышку коробочки поднимали, между ней и донцем натягивался шнурок - гномон. На донце - горизонтальный циферблат, а на крышке - вертикальный. Встроенный компас позволял развернуть гномон к северу, а миниатюрный отвес - держать коробочку горизонтально. Тень гномона показывала время сразу на оба циферблата. Специальная бусинка, закрепленная на гномоне, своей тенью отмечала дату года.
В минувшую войну во влажных и жарких дебрях Африки где воевали солдаты, современные механические часы безнадежно ломались. А простые маленькие солнечные часы из пластмассы не боялись ни влаги, ни жары, ни пыли. Для задания правильного положения карманные солнечные часы должны иметь встроенный магнитный компас или сами поворачиваться на север.
Самые большие солнечные часы «Самрат Янгра» имеют длину гномона 27 м и высоту 36 м. Они построены в 1724 г. в Джайпуре, Индия.
Самый современный вариант!
В США запатентованы цифровые солнечные часы, не имеющие подвижных деталей. В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут.
На дороге, ведущей из Петербурга в Москву, до сих пор стоят кое-где каменные верстовые столбы, поставленные еще при Екатерине II. На столбе с одной стороны надпись: «от Санкт-Петербурха 22 версты», а с другой - плита с железной треугольной пластинкой посередине и римскими цифрами вокруг. Римские цифры обозначают часы. А стрелки заменяет тень от пластинки. Тень движется, как стрелка часов, и показывает время.
Солнечные часы живы до сих пор, хотя и имеют большой недостаток: ночьюи в пасмурную погоду они бесполезны.