Как работают солнечные часы

Самое первое приспособление, по которому человечество определяло время суток, было примитивным, и работало, в прямом смысле, на солнечных батарейках. Именно солнечные часы стали прототипом нынешних — компактных, удобных, точных и многофункциональных.

В качестве стрелок солнечные часы используют тень от солнца. Состоят солнечные часы из столба-стрелки (его еще называют «гномон») и циферблата часов. Первые варианты солнечных часов использовали обычный столб, воткнутый в землю. Учитывалась длина тени, которая всегда отличается, в зависимости от времени суток.

Столб (гномон) находится в центре циферблата, но угол наклона этого столба зависит от того, какая конструкция часов используется. Существовало их довольно много: вертикальные, горизонтальные, экваториальные, цилиндрические и т.п.

Самые простые — экваториальные часы — имеют гномон, установленный перпендикулярно земле. При этом циферблат часов для правильного отображения времени будет наклонен на угол, равный широте месторасположения часов. То есть, угол между плоскостью циферблата и горизонтом (землей) будет составлять 90 – (количественное измерение градусов широты). Иначе часы показывают обыкновенное, солнечное время, без учета географической широты нахождения.

Циферблат солнечных часов имеет 24 деления, а не 12, как у обычных часов. Расстояние между делениями — 15 градусов, деление круга равномерно. Цифра 12 соответствует полуденному времени, и направлению на север. Тень от гномона, передвигаясь по циферблату. Во время нахождения напротив определенной отметки указывала на текущее время.

Недостатком таких часов является их правильная работа только в период между весенним и осенним равноденствием, когда солнце расположено в северном полушарии Земли.

Горизонтальные часы, в отличие от экваториальных, имеют неравномерно размеченный циферблат, лежащий параллельно горизонту. Гномон представляет собой не вертикальный столб, а прямоугольный треугольник, лежащий на длинном катете на циферблате. Угол между циферблатом и гипотенузой треугольника соответствует широте местности. Вершина гномона является началом отсчета на циферблате и направлена на юг, а прямой угол находится со стороны севера. Северу же соответствует 12-тичасовая отметка на циферблате.

Со временем солнечные часы, как и любые изобретения человечества, совершенствовались с учетом их недостатков: убирались искажения, вызванные высотой солнца над горизонтом в разное время года, а также местонахождение часов.

Солнечные часы: как определить время по солнцу | История часов | Познавательное видео

Как работают солнечные часы

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

• Главная
• Список секций
• Математика
• ВСЁ О СОЛНЕЧНЫХ ЧАСАХ

ВСЁ О СОЛНЕЧНЫХ ЧАСАХ

Тюрина Н.А. 1
1 МКОУ Нижнекарачанская СОШ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

1. Введение……………………………………………………………………3
2. История возникновения солнечных часов…………………………….4- 7
3. Виды солнечных часов и их особенности ………………………………7-9
4. Практическая часть………………………………………………………9-10
5. Заключение………………………………………………………………. 10
6. Литература………………………………………………………………….11

Введение

На уроке математики я столкнулась с задачей: «В старину часто пользовались солнечными часами, они известны более 3000 лет. В солнечных часах время определяется по положению тени от наклонного стержня на циферблате (циферблат и стержень располагали так, чтобы в полдень тень от стержня была направлена на отметку 12 ч). Подумайте, что общего у солнечных часов с современными, в чем их достоинства и недостатки». Я поняла, что практически ни чего не знаю о солнечных часах и заинтересовалась ими. В поиске информации я нашла много интересного материала о солнечных часах, который обобщила в данной работе.

Актуальность темы заключается в том, что мода на солнечные часы возвращается. Механические часы принесли нам немало удобств, но при этом свели до бытового уровня понятие Времени в Пространстве.

Цель работы: изучить историю солнечных часов, узнать, какие модели этих часов существуют и сконструировать действующую модель этих часов, определить время по солнечным часам, выяснить точность измерения самодельного прибора.

Задачи работы:

1) Ознакомиться с различными видами солнечных часов.

2) Доказать актуальность использования солнечных часов в современном мире.

3) Проанализировать достоинства и недостатки солнечных и современных часов.

Гипотеза Солнечные часы имеют широкую практическую реализацию в

Методы исследования: 1) поиск, анализ и синтез различных источников информации: книг, статей, Интернет-ресурсов; 2) самостоятельное изготовление солнечных часов.

История возникновения солнечных часов

Летом мы много времени проводим на открытом воздухе, и непроизвольно начинаем связывать ход времени с движением солнца по небу. Первые примитивные понятия для измерения времени древним людям подсознательно подсказала регулярная смена времени года, смена дня и ночи, перемещение Солнца и Луны по небесному своду. Положение Солнца на небе использовалось в качестве той часовой стрелки, по которой люди определяли время в дневную часть суток. Именно движение солнца легло в основу солнечных часов, которые появились примерно 5,5 тысяч лет назад. Принцип действия солнечных часов основан на движении тени, отбрасываемой неподвижным ориентиром в течение дня.

Солнечные часысостоят из указателя (гномона), отбрасывающего тень и играющего роль стрелки, а так же циферблата с нанесенными на него делениями, обозначающими часы суток. Перемещение стрелки-тени, отражающей суточное вращение Земли, позволяет определять время.

Самое раннее известное упоминание о солнечных часах – Книга Исаии в Библии. «Вот, я возвращу назад на десять ступеней солнечную тень, которая прошла по ступеням Ахазовым. И возвратилось солнце на десять ступеней по ступеням, по которым оно сходило» – часы, построенные царем Ахазом в 732 г. до н.э. по вавилонским образцам. В древнем Египте время измерялось при помощи тени от священных обелисков у храмов или консольных балок, которые одновременно служили для почитания культа бога Солнца. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны (XIV в. до н.э.). на общественных площадях. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 году Калигулой из Гелиополиса.

В античном мире сформировалась целая наука, посвященная проектированию солнечных часов, – гномоника. Возникновение греческой гномоники связывается с именем Бероза из Вавилона, изготовившего в VI в. до н. э. скафис – солнечные часы в виде чаши, точность установки которой проверялась путем заполнения водой. В греческом языке солнечные часы получили название – арахна (паук), позже использовавшееся и арабами.

Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий описывает в своем сочинении «Архитектура» не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы – так называемые гемисферы.

Во II в. до н. э. знаменитый астроном Клавдий Птолемей ввел деление суток на 24 часа. Изобретение в начале новой эры наклонного гномона, параллельного земной оси, позволило создавать более точные солнечные часы. В VII в. папа Гонорий повелел оборудовать все церкви солнечными часами.

Солнечный календарь в церкви св. Марии с ангелами, XVI в., Рим. В полдень каждого дня солнечный луч пересекает меридиан на полу храма в точке, соответствующей дню года.

Шкала для расчета поправок на период 1500–2500 гг.

Особый вид солнечных часов – зеркальные, где роль гномона исполняет зеркальце, а кадран размещен на стене или потолке помещения. Вместо тени по шкале ползет блик – солнечный зайчик. Первым такие часы описал Й.Б. Бенедиктус в своей книге «De gnomonum umbrarumque solarium usus liber», изданной в Турине в 1574 г. Проектированием зеркальных часов занимался и Николай Коперник.

Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши.

Самыми старыми солнечными часами на Руси считается система ниш в Спасо-Преображенском соборе в Чернигове, возведенном в 1031 – 1036 гг. Солнечный луч, попадающий в ниши, обозначал время начала богослужений. В русских народных избах окно, обращенное на юг, оборудовалось простыми солнечными часами в виде забитой в подоконник иголки или шеста перед окном и системы зарубок на откосах окна.

Новый виток популярности приобрели солнечные часы в эпоху Возрождения. В это время возникли также первые учебники по солнечным часам. С начала XVI в. теорию солнечных часов стали преподавать в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольд-штадта, в Праге и в Штирскем Градце как составную часть математики. Популярными в этот период стали «карманные» переносные солнечные часы, оборудованные магнитной стрелкой.

Карманные кольцевые солнечные часы со шкалами высот и сезонов, мастер Конрад Метц (1643–1717), Амстердам, бронза.

Особый вид карманных солнечных часов – солнечное кольцо, изобретение которого приписывается парижскому врачу Бове, хотя еще в XV в. нюрнбергский математик Ганс Мюллер Региомонтан описал его в своих трудах. Кольцо подвешивается на цепочке за фиксированную точку и ориентируется так, чтобы луч, проходящий через отверстие, падал на часовую шкалу внутри кольца.

Карманные солнечные часы, г. Аугсбург, Бавария, переделанные в XVIII в. из механических часов XVI века.

Построенные по проекту архитектора Антонио Ринальди (1710–1794) вдоль российских дорог верстовые столбы – знаменитые «Катькины мили» также часто снабжались солнечными часами. Самые старые солнечные часы в Киеве находятся во дворе Братского монастыря и имеют форму куба с кадранами на четырех вертикальных гранях, ориентированных по сторонам света. Также хорошо знакомы киевлянам солнечные часы на фонтане «Самсон» возле Гостиного двора на Контрактовой площади, оригинал которых украсил в 1811 г., возрождавшийся после пожара Подол.

Южные солнечные часы фонтана «Самсон» на Контрактовой площади в Киеве

До середины XIX в. высокоточные солнечные часы для нужд астрономии и навигации производились в Санкт-Петербурге в Механическом заведении Главного штаба. В 1-й половине XIX в. в Одессе действовали интересные солнечные часы – «полуденная пушка». Ровно в полдень солнечный луч падал на фокусирующую линзу и поджигал запал, оповещая весь город.

Простейший способ измерения времени с помощью сельских часов мне показала моя бабушка. Нужно левую руку повернуть ладонью вверх, направленный вверх большой палец выполняет роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени сохранялся среди сельского населения весьма долгое время.

Самый современный вариант — в США запатентованы цифровые солнечные часы. В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут. Мода на солнечные часы возвращается. Три века назад этот символ космической связи между человеком и Вселенной был вытеснен механикой, которая тикает «сама по себе». Она, конечно, принесла немало удобств, но одновременно свела до бытового уровня понятие Времени в Пространстве. Виды солнечных часов и их особенности. Солнечные часы, как человеческая душа, хорошо работают только, когда светло. Сегодня они снова стали элементом дресс-кода состоятельной и образованной публики. Оказывается, чтобы выбрать часы для, того чтобы установить их на фасаде дома или в саду нелегко.

Солнечные часы состоят из трех деталей: самого солнца, гномона (предмета, отбрасывающего тень), а также циферблата, на который эта тень падает. Линии на циферблате рассчитываются индивидуально для каждых часов и зависят от ориентации циферблата относительно полюса мира, математического горизонта и небесного экватора. Сам же циферблат может быть нарисован где угодно.

Известно немало типов солнечных часов: горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг).

Например, для сада больше всего подходят горизонтальные и вертикальные виды. Самый распространенные горизонтальные. Такие часы располагаются прямо на земле или на специальном постаменте. Расчет вертикальных часов сложнее, поскольку стены зданий относительно сторон света могут быть ориентированы под любым углом. С тем, как стена, на которой размещен или нарисован циферблат, ориентирована относительно сторон света, связаны определенные ограничения (например, если циферблат смотрит строго на восток, он будет освещен только от восхода до локального полудня). Но этот недостаток можно устранить, скомбинировав циферблаты в одном изделии и сделав часы четырехсторонними. Тем самым, есть возможность определять время весь световой день. Бессмысленно использовать солнечные часы для того, чтобы вовремя вставать или приходить на встречу. Солнечные сутки величина непостоянная. Они могут быть длиннее или короче, в зависимости от скорости оборота Земли вокруг своей оси. Принцип работы солнечных часов сильно отличается от того, как функционируют современные часы. Во-первых, солнечные часы действуют только в солнечные дни, и залог их точности в том, что стрелка, отбрасывающая тень гномон, должна быть направлена точно на Полярную звезду. Перемещая часы из одной географической широты в другую, мы смещаем гномон на несколько градусов, и ни о какой точности речи уже идти не может. Поэтому, нельзя просто купить солнечные часы и установить, где угодно. Каждое конкретное изделие рассчитывается и изготавливается индивидуально для конкретных географических координат.

В немецком городе Франкфурте на Майне на набережной в 1949 году инженером – часовщиком Лоском были построены солнечные часы 3,2 м в диаметре. Прибор был снабжен подвижным диском, повернув который любой человек мог узнать время в любом из 200 городов мира. Конструкция этих солнечных часов очень необычна.

Практическая часть.

В практической части я решила сделать макет солнечных часов и определить по ним время. Чтобы построить макет солнечных часов, я столкнулась с проблемой – как узнать широту с. Нижний Карачан? Я обратилась за помощью к учителю географии Тимошечкиной Н.Н. Она мне объяснила и показала как определить широту на которой расположено наше село. Нижний Карачан находится на широте —

Изготовление солнечных часов.

На листе бумаги необходимо построить круг диаметром 12 см. Разбить этот круг на 24 части ( 360º :24 =15º составляет одна часть). Приклеить его на электронный диск.Необходимо изготовить гномон — я взяла деревянную палочку. Закрепила его в отверстие крышки под углом в 51 0 , равный географической широте с. Нижний Карачан. Это нужно сделать для того, чтобы часы ходили точно.

В солнечный день я проверила, как работают солнечные часы. Поставила их так, чтобы гномон показывал на север. Они работают, и показывают точное время! Мною были проведены замеры времени в 09:00часов; 12:00часов; 14:00часов. На солнечных часах тень от гномона соответственно показывала 09:00часов; 12:00часов; 14:00часов.

Так же необычную и очень удобную клумбу «Солнечные часы» можно сделать с помощью нескольких цветочных горшков.

Создание такой клумбы — отличный способ узнать и увидеть своими глазами, как положение солнца меняется от часа к часу, и от сезона к сезону.

Понадобится: Цветочные горшки(12 шт.),фанера, пластик.

Вырежьте из фанеры или пластика круг, обработайте его защитным составом для древесины, иначе солнце и дожди повредят ваши часы. Сверяясь с обычными часами, сделайте разметку циферблата. Вырежьте в круге отверстия (по разметке) и потом устанавливайте в него цветочные горшки.

Вскопайте участочек по форме клумбы, выньте грунт на глубину приблизительно 20-25 см, засыпьте углубление щебнем.

Устанавливая красивые клумбы в виде солнечных часов, лучше циферблат немного наклонить, чтобы с него легко стекала дождевая вода.

Высадите любимые ваши цветы в горшки и разместите в часовых отметках-отверстиях.

Заключение.

Изучив эту тему, я узнала, какие существуют виды солнечных часов, историю развития солнечных часов, первое упоминание солнечных часов в библии, в Риме, в Египте, из чего они изготавливались, для чего они служили, как можно построить солнечные часы и методы определения времени по солнечным часам.

Подтвердилась, выдвинутая мной гипотеза — солнечные часы имеют широкую практическую реализацию в современном мире.

Используя результаты моей работы, каждый может украсить своё жилище солнечными часами. Н а это потребуется не так уж и много времени и затрат, тем более очень много различных видов этих часов существует. Я планирую летом на пришкольной территории создать солнечные цветочные часы. И я надеюсь, что они станут визитной карточкой нашей школы.

1.Энциклопедия юного математика/Педагогика, Москва, 1988 год

2. «Обо всём на свете» иллюстрированная энциклопедия для детей/Феданова Ю.В.: Владис, 2015 г.

3. Математика. 5-6 классы. Практические задачи/Захарова О.А. Академкнига/Учебник, 2007 г.

4. Журналы «Квант»

5. «Часы. От гномона до атомных часов» / Михаль С.:Знание, 1983 г.

8. Занимательные дидактические материалы по математике. Сборник заданий. Выпуск 2/ Трошин В.В.: Глобус, 2008 г.

9. «Впереди времени»/ Е. Кнорре.: Детская литература, 1989 г.

Солнечные часы

Старенький профессор астрономии поднимается на кафедру: «Я не буду читать вам лекцию. Я пришел попрощаться. В моей обсерватории сегодня остановились часы, который шли без малого триста лет. Я уверен: наступил конец света!» Студенты захихикали, заулюлюкали. Крики, вопли: «Купите себе «Ролекс»!», «Вызовите мастера!», «Вставь новую батарейку!» и т. п. Когда шум стих, профессор заговорил снова: «А теперь я скажу еще кое-что. Сегодня у меня в обсерватории остановились солнечные часы». (Анекдот)

Солнечные часы широко применяются еще с античных времен. Не смотря на относительную простоту, существует множество разновидностей этого прибора.

Простота большинства конструкций солнечных часов делает их очень надежным прибором, по крайней мере, в ясную погоду.

В целом, изготовить солнечные часы несложно [1-2]. В конструкции любых солнечных часов должен присутствовать определенным образом размеченный циферблат и гномон, тень от которого и будет играть роль стрелки. Вероятно, самым простым вариантом будут экваториальные солнечные часы. Главное достоинство таких часов — простой циферблат, который разделен на 24 равных сектора.

В самом простом случае циферблат можно распечатать просто на бумаге или, как сделал автор, воспользоваться лазерным гравером. В центре циферблата перпендикулярно к плоскости циферблата закрепляется гномон. Автор использовал винт М3 х 40.

Циферблат надо расположить под углом к горизонту равным , где — широта места установки часов.

В данной конструкции необходимый угол задается при помощи клина.

Так как циферблат в этой конструкции соединен с основание шарнирно, то при переезде на другую широту надо будет заменить только клин.

Для установки часов необходимо найти освещенную Солнцем площадку, на которой часы надо ориентировать так, что бы линия, соответствующая 12 часам смотрела в северном направлении, т.е. располагалась параллельно полуденной линии. Полуденная линия это линия, которая соединяет на горизонте точку севера с точкой юга. Вдоль нее лежит тень в истинный солнечный полдень, т.е. в момент, когда Солнце располагается выше всего над горизонтом, а тени при этом короче всего. В этот момент Солнце располагается над юге, а тень от гномона будет указывать на север. В простейшем случае ориентировать солнечные часы можно по компасу.

Вообще, в этом случае часы будут ориентированы не по географическому, а по магнитному меридиану, что, естественно, будет вносить погрешность в показания часов. Впрочем, этим можно пренебречь, учитывая, что чаще всего направление на северный географический полюс и магнитный полюс примерно совпадают, толщина тени отбрасываемой гномоном довольно велика, а Солнце вообще-то движется по эклиптике не вполне равномерно. Эта неравномерность движения Солнца по небу объясняется в частности тем, что его видимое движение зависит не только от вращения Земли, но и от движения Земли по орбите вокруг Солнца. При этом орбита Земли представляет собой эллипс, хотя и мало отличающийся от окружности, а это значит, что в соответствии со вторым законом Кеплера скорость движения Земли по орбите меняется. Строго говоря, солнечные часы показывают местное истинное солнечное время, которое может заметно отличаться от среднего солнечного времени данного часового пояса, по которому идут все обычные механические и электронные часы. Эта разница меняется в зависимости от текущей даты. Определить разность между средним солнечным временем и истинным солнечным временем можно из уравнения времени.

где , а- номер дня в году.

Графически уравнение времени можно представить в следующем виде.

Как видно на графике, в разные дни года разность между средним и истинным солнечным временем может достигать около +14,3 мин (12 февраля) и -16,4 мин (4 ноября), а четыре раза в году, приблизительно 15 апреля, 13 июня, 1 сентября и 25 декабря, она обращается в ноль. Также следует иметь в виду, что на момент написания этого текста в большинстве регионов России действует местное (декретное) время, т.е. к поясному времени добавляется один час. Таким образом, истинный солнечный полдень будет наступать около 13.00.

При правильно ориентированных часах гномон будет указывать на Северный полюс мира, расположенный недалеко от Полярной звезды.

Главным недостатком солнечных часов такой конструкции является то, что в Северном полушарии они могут работать только от дня весеннего равноденствия (19-20 марта) до дня осеннего равноденствия (22-23 сентября). Другую половину года Солнце для наблюдателя в Северном полушарии Земли поднимается слишком низко над горизонтом и его лучи не могут осветить циферблат таких часов. Так происходит потому, что Солнце в это время находится в южном полушарии небесной сферы, а циферблат наклонных солнечных часов располагается в плоскости небесного экватора, т.е. солнечные лучи будут подсвечивать его снизу. В принципе, можно нанести разметку и на нижнюю поверхность циферблата, но использовать ее у часов малого размера неудобно.

Более сложным решением являются горизонтальные солнечные часы, которые лишены вышеописанного недостатка, но за способность работать весь год приходится платить циферблатом более сложного вида, который к тому же меняется в зависимости от широты места установки часов.

Аналогично экваториальным часам горизонтальные солнечные часы следует устанавливать так, что бы линия соответствующая 12 часам смотрела строго на север, а гномон горизонтальных солнечных часов должен быть выполнен так, чтобы его верхняя грань была наклонена к горизонту под углом равным широте местности, т.е. смотрела примерно на Полярную звезду. Соответственно, время нужно отсчитывать по положению тени верхней грани гномона.

Циферблат часов с рисунка выше можно использовать если часы располагаются в полосе от 50 до 55 градусов северной широты. Для других широт Северного полушария будет необходимо поменять угол наклона гномона и поменять разметку циферблата. Эту разметку можно выполнить по таблице, которая размещена в книге [1] на странице 305. Описание методики расчета горизонтальных солнечных часов для произвольной широты можно найти в книге [2] на страницах 260-261. Правильно собранные солнечные часы будут идти без дополнительного завода и смены батареек пока свое не возьмет беспощадное второе начало термодинамики, по крайней мере, если не случится астероидной [3], вулканической [4] или ядерной [5-6] зимы и над головой будет относительно ясное небо.

1. Астрономия. Энциклопедия для детей – М.: Аванта плюс,1998 г.
2. Энциклопедический словарь юного астронома. Составитель Н.П.Ерпылев — М.: Педагогика, 1986 г.
3. Рыхлова Л.В. Проблема астероидно-кометной опасности // Решетневские чтения. — 2010. — С. 677-679 (URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problema-asteroidno-kometnoy-opasnosti/viewer)
4. Йеллоустонский супервулкан запустил две «вулканических зимы». — URL: https://nplus1.ru/news/2017/10/26/yellowstone
5. Ядерная зима и её компьютерное моделирование в 80-х. — URL: https://habr.com/ru/companies/ruvds/articles/668256/
6. Тарко А.М., Пархоменко В.П. Ядерная зима: история вопроса и прогнозы // Биосфера. — 2011. — т.3. — №2. — С.164-173 (URL: https://cyberleninka.ru/article/n/yadernaya-zima-istoriya-voprosa-i-prognozy/viewer)

• солнечные часы
• гномон
• измерение времени
• лазерная гравировка
• Сезон DIY

Виды солнечных часов

Солнечные часы — это устройство, использующее движение солнца для измерения времени. Они основаны на том факте, что тень от предмета перемещается по мере изменения положения солнца на небе. Существует множество различных видов солнечных часов, которые могут быть классифицированы по различным признакам.

1. По форме циферблата:

• Круглые: Наиболее распространенный тип солнечных часов, с круглым циферблатом. Тень от гномона (вертикального стержня) перемещается по кругу.
• Прямоугольные: С циферблатом прямоугольной формы, обычно используются в парках и на открытых площадках.
• Треугольные: Имеют треугольную форму, часто используются в городских условиях, где мало свободного пространства.

2. По типу гномона:

• Плоский: Простой и наиболее распространенный тип гномона. Он представляет собой плоскую пластину, которая отбрасывает тень на циферблат.
• Сферический: Более точный тип гномона, который имеет сферическую форму и отбрасывает тени на циферблат под углом, соответствующим положению солнца на небе.

3. По материалу циферблата:

• Песок: Используется в часах, расположенных на пляжах или в пустынях. Песок позволяет легко определить положение тени, так как она оставляет след на циферблате.
• Камень: Обычно используется в более традиционных солнечных часах, установленных в парках или на площадях.
• Металл: Часто используется в современных солнечных часах, особенно в тех, которые устанавливаются в городских парках или возле офисных зданий.

4. По сложности:

• Простые: Имеют только одну стрелку, указывающую на текущее время.
• Сложные: Могут иметь несколько стрелок или дополнительные функции, такие как календарь или термометр.

5. По назначению:

• Часовые: Используются для определения времени с точностью до часа.
• Минутные: Позволяют определить время с точностью до минуты.
• Секундные: Определяют время с точностью до секунды.

6. По стилю:

• Классические: Имеют простой и элегантный дизайн, часто с использованием традиционных материалов, таких как камень или металл.
• Современные: Используют более яркие и необычные материалы и дизайны, чтобы привлечь внимание прохожих.

7. По размеру:

• Большие: Устанавливаются в общественных местах, таких как парки или площади, и могут быть видны на большом расстоянии.
• Маленькие: Более компактные модели, которые можно носить с собой или устанавливать на столе.

8. По цвету:

• Одноцветные: Циферблаты имеют один цвет, который может быть как ярким и привлекательным, так и более спокойным и нейтральным.
• Многоцветные: Имеют несколько цветов на циферблате, которые могут меняться в зависимости от времени суток или года.

Итак, существует множество различных видов солнечных часов. Выбор конкретного типа зависит от ваших предпочтений, места установки и назначения.

Устройство и принцип работы солнечных часов

Солнечные часы состоят из следующих основных компонентов:

1. Гномон: Это стержень или столб, который отбрасывает тень на циферблат. Он обычно делается из дерева, металла или камня. Форма гномона может быть различной: от простого вертикального столба до более сложных конструкций.

2. Циферблат: Это плоская поверхность, на которой отбрасывается тень от гномона. Она может быть сделана из различных материалов, таких как камень, металл или пластик. На циферблате обычно нанесены деления, которые соответствуют определенным временным интервалам.

3. Индекс (стрелка): Это указатель, который указывает текущее время на циферблате. Он может быть неподвижным или подвижным и обычно находится в центре циферблата.

Принцип работы солнечных часов основан на том, что тень, отбрасываемая гномоном, меняется в течение дня из-за движения Солнца. В полдень тень самая короткая, а в полночь — самая длинная. Положение тени на циферблате указывает на текущее время.

Солнечные часы могут быть разных форм и размеров, в зависимости от их назначения и места использования. Они могут быть стационарными или мобильными, и могут использоваться как внутри помещений, так и на открытом воздухе.

Точность солнечных часов зависит от многих факторов, включая географическую широту, время года и погоду. Они не являются абсолютно точными, особенно вблизи равноденствий и солнцестояний, когда продолжительность дня меняется быстро. Однако с учетом этих факторов и при правильном использовании солнечные часы могут служить надежным и простым способом определения времени.

almukantarat

Давно я ничего не писал о навигации, но вот случайно наткнулся на замечательные иллюстрации о суточном движении солнца на небесной сфере и о солнечных часах.

Итак, вы знаете, как работают солнечные часы?

Вчера, 12 июня среднее солнечное время совпало с истинным солнечным временем. Уравнение времени было равно нулю. Такое случается только четыре раза в год.

С незапамятных времен люди организуют свою жизнь по видимому движению Солнца. Мы говорим «видимое движение», поскольку конечно же вращение Земли вокруг своей оси приводит к движению теней, которое мы наблюдаем каждый день. Каждый час Земля поворачивается на 15°, это выглядит также, как будто Солнце передвинулось на 15° по своему ежедневному пути. Оба подхода используется при изготовлении солнечных часов, но обычно принято считать, что движется именно Солнце. Возможно легче всего понять, как работают солнечные часы, если представить себе земной шар со стороны Северного полюса.

На приведенном рисунке кажется, что это Солнце каждый час передвигается на 15°. Элемент солнечных часов, который отбрасывает тень называется «гномон».

Если смотреть строго сверху, со стороны воображаемой фотокамеры, то можно запечатлеть снимки тени, от воображаемого гномона в разное время:

Часы, которые мы представили себе расположенными на Северном полюсе, называются экваториальными солнечными часами. Это потому, что плоскость циферблата параллельна плоскости экватора.

Экваториальные солнечные часы можно назвать «базовыми», поскольку с их помощью можно построить много других типов солнечных часов. Это делается путем проецирования часовых линий экваториальных часов на любую другую подходящую поверхность. Полярные часы, изображенные ниже, — очевидный пример.

Середина зимы наступает в северном полушарии, когда ось вращения Земли наклонена в сторону от Солнца. С октября по март Солнце никогда не восходит на северном полюсе, а на южном — никогда не заходит.

Середина лета в северном полушарии наступает, когда ось вращения Земли наклонена в сторону Солнца. С апреля по сентябрь Солнце никогда не заходит на северном полюсе, а на южном — никогда не восходит.

Часы с толстым гномоном и их полуденная отметка

Солнцу требуется четыре минуты для перемещения на один градус долготы с востока на запад (в северном полушарии, а в южном — Солнце движется в противоположном направлении). Солнечные часы на одной и той же долготе (на одном меридиане) показывают одинаковое время. Солнечные часы на меридиане 4° западной долготы отстают на 16 минут от времени в Гринвиче (нулевой меридиан), а на меридиане 8° западной долготы отстают уже на 32 минуты.

Пример: Плимут располагается в 4° 08’ западнее Гринвича, поэтому солнечные часы в Плимуте всегда отстают на 16 минут и 32 секунды. Соответственно, часы, расположенные восточнее Гринвича, спешат на время, рассчитанное из соотношения 1 градус — 4 минуты.

В 1880 году, чтобы избежать хаоса на железных дорогах британский парламент установил среднее время в Гринвиче (GMT), как единое Британское время, и все часы соединенного королевства стали показывать такое же время, как часы Биг Бен в Лондоне.
Первые точные механические часы были сделаны в 1656 году датским ученым Кристианом Гюйгенсом. Точность его поздних моделей составляла одну секунду в сутки. Выставляя свои механические часы по солнечным, Гюйгенс мог бы предположить, что его часы в течение года идут неточно, однако именно его часы были точны, а солнечные часы то опаздывают, то спешат.

Показания всех известных часов не будут соответствовать показаниям солнечных часов, поскольку продолжительность солнечных суток увеличивается на несколько секунд в течение 3 месяцев, потом она соответственно уменьшается в течение 3 месяцев, а в оставшиеся полгода процесс повторяется.

Если в каком-то месте мы направим камеру на штативе на юг и будем фотографировать в режиме мультиэкспозиции каждый полдень через 10 дней, мы увидим фигуру, напоминающую восьмерку.

Эта фигура называется аналемма. Появление такой фигуры обусловлено неравномерным движением Солнца по небесной сфере.

Из-за эксцентриситета земной орбиты зимой в северном полушарии сутки длятся немного больше, чем летом, а в южном – наоборот. Поэтому было введено такое понятие как средние солнечные сутки, равные 24 часам на протяжении всего года. Для определения понятия средних солнечных суток вводится дополнительное понятие «среднее Солнце» – фиктивная точка, которая равномерно движется по небесному экватору (не по эклиптике!). Разница между средним и солнечным временем называется уравнением времени.

Уравнение времени позволяет переходить от истинного солнечного времени к среднему солнечному и наоборот.

Чтобы воспользоваться уравнением времени нам нужна или таблица со значениями коррекции в минутах и секундах на каждый день, или годовой график, по которому мы можем определить величину ежедневной коррекции.

Если бы Земля застыла на одном месте и только бы вращалась вокруг своей оси, то продолжительность всех дней была бы одинаковой. Однако, когда мы смотрим на Солнце, то наблюдаем его сами находясь в движении. Именно изменение скорости нашего движения по эллиптической орбите вокруг Солнца и наклон оси вращения Земли определяют значения уравнения времени.

Солнечные часы, ориентированные точно на юг, имеют вертикальную полуденную линию по центру циферблата и часовые отметки, симметричные относительно нее.

Солнечные часы на стенах, которые не ориентированы строго по сторонам света, называются повернутыми. Полуденная линия повернутых часов тоже будет вертикальной, однако сам гномон будет повернут так, чтобы совпадать с осью вращения Земли.

Изготовить солнечные часы не сложно. Основные правила просты: гномон должен быть ориентирован вдоль направления строго на север и быть параллельным оси мира, т.е. иметь наклон относительно горизонта на угол равный широте места установки часов.

При использовании солнечных часов нужно принять во внимание, что в повседневной жизни в Российской Федерации мы пользуемся средним декретным временем, т.е. временем для основного меридиана принятого часового пояса плюс один час. Например, Санкт-Петербург расположен на меридиане 30 градусов восточной долготы, что соответствует основному меридиану второго часового пояса. Значит, чтобы перейти к показаниям солнечных часов, помимо уравнения времени, необходимо прибавлять один час, или сместить шкалу солнечных часов на один час вперед. В Москве еще сложнее, т.к. она расположена восточнее основного меридиана второго часового пояса на 7 градусов. Не сложно вычислить, что 7 градусов долготы соответствует 28 минутам времени. Т.е. полдень наступает в Москве на 28 минут раньше, чем в Санкт-Петербурге. Поэтому постоянная поправка для показаний солнечных часов, расположенных на меридиане 37 градусов к московскому среднему времени составит +1 час 28 минут.

Также не следует забывать об уравнении времени. Среднее время совпадает с показаниями солнечных 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.

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.