Все о солнечных часах. Как сделать солнечные часы самому

СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ

СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ – старинный прибор для измерения времени по Солнцу. Вероятно, это древнейший научный инструмент, дошедший до нас без изменений и представляющий первое применение человеком его знаний о движении небесных тел.

Хотя известны самые разнообразные солнечные часы, все их можно разделить на несколько основных типов. Наиболее распространены часы горизонтального типа; их можно увидеть во многих парках и садах.

Часы с вертикальным циферблатом обычно встречаются на стенах, ориентированных по сторонам света. Повернутый циферблат делают у вертикальных часов, размещенных на стенах, которые не ориентированы по сторонам света.

А отклоненный и склоненный циферблаты наклонены соответственно от наблюдателя и к нему. Обычно они встречаются на многосторонних часах, объединяющих в себе три или более циферблатов и часто имеющих форму куба; их размещают на крышах и гребнях стен, ориентированных по сторонам света.

https://youtu.be/80PMDfy3PFk

Повернуто-отклоненный и повернуто-склоненный циферблаты размещают на неориентированных по сторонам света зданиях. У экваториальных и полярных часов плоскости циферблатов параллельны соответственно плоскости экватора и полярной оси.

Армиллярные часы имеют экваториальный циферблат; их часто используют для декоративных целей. Они содержат от двух до десяти колец, представляющих большие круги земной и небесной сфер. Часовые деления нанесены внутри экваториального круга, а отбрасывающим тень гномоном служит стержень, представляющий полярную ось.

Древнейшие из известных ныне солнечных часов были изготовлены около 1500 до н.э. Они сделаны из камня в форме бруска длиной около 30 см с вертикальным Т-образным навершием на одном конце.

Время отсчитывалось по засечкам, нанесенным на бруске через неравные интервалы. Часы выставлялись горизонтально по отвесу. Т-образный конец утром поворачивали к востоку, а после обеда – к западу. Тень от верхней кромки «Т» указывала время.

Эти и другие древние солнечные приборы показывали «неравные часы», образующиеся в результате деления времени от восхода до заката Солнца на фиксированное число частей. Поскольку длительность светового дня в течение года меняется, менялась и длина часа: летом он был длиннее, а зимой – короче.

Сделать такие часы было несложно. Многие из них имели часовые линии для определенных дней года, разделенных примерно месяцем, а также для дат равноденствий и солнцестояний. Часовые отметки на каждый день получали, соединяя точки, на которые ложилась в данный час тень, отброшенная гномоном в дни равноденствий и солнцестояний.

Примерно в начале христианской эры был открыт принцип наклонного гномона, позволившего ввести «равные часы», обеспечившие более точное хранение времени. Было обнаружено, что если стержень гномона направить на полюс мира, то он как бы станет осью той параллельной экватору окружности, по которой обращается Солнце. Разделив ее на 24 равные части, получили часы одинаковой длительности. После этого изготовление точных и равномерно идущих солнечных часов стало простым геометрическим и тригонометрическим занятием.

Эволюция солнечных часов шла бок о бок с развитием математики и астрономии. Однако многие века искусством создания солнечных часов владели только мастера, знакомые с гномоникой. С 14-го по 18-е столетие многие ремесленники проявили изобретательность и мастерство в изготовлении карманных солнечных часов высокой точности, ставших жемчужинами часового искусства.

Появление механических часов не упразднило вплоть до 18 в. использование солнечных часов для хранения времени. Изготовители солнечных часов шли в ногу с конструкторами механических часов, изобретая солнечные приборы для определения «среднего времени». Когда было введено «поясное время», солнечные часы приспособили и для этого. (Поясное время – это среднее солнечное время на определенном меридиане.) В конце 19-го и начале 20-го столетий было сделано много очень точных солнечных часов для определения поясного времени, названных гелиохронометрами.

Постройка часов.

Чтобы от солнечных часов была польза, их нужно сооружать в подходящем месте. Должна быть известна широта места, а также положение относительно горизонта и меридиана той площадки или поверхности, на которой будут нанесены часовые линии.

Важнейшие части солнечных часов – это циферблат, т.е. поверхность, на которой нанесены часовые линии, и гномон для отбрасывания тени. Указатель, т.е. тот край гномона, тень которого указывает время, всегда направляют на полюс мира. Высота указателя– это угол, под которым указатель наклонен к циферблату, а центр циферблата (точка, из которой радиально расходятся часовые линии) – это точка пересечения указателя с плоскостью циферблата. Узел – это особая точка на указателе, тень от которой используют для отсчета высоты, склонения и азимута, а также времени.

Методы определения времени по солнцу.

Существуют три метода определения времени по солнцу: путем измерения его часового угла от меридиана, как в обычных садовых солнечных часах; по измерению его высоты над горизонтом и по его азимуту (угол, измеряемый в плоскости горизонта, между направлением на точку юга и вертикальным кругом, проходящим через солнце), для чего требуется вертикальный указатель у гномона. В большинстве стационарных солнечных часов измеряется часовой угол. Два других метода часто используют в портативных часах.

Существуют также три способа индикации времени: тенью, световой точкой и магнитной стрелкой. В большинстве часов используется тень. Свет редко используют в стационарных часах. А в портативных применяют все три способа.

Часы с магнитной стрелкой бывают двух типов. В первом часовые отметки наносят на корпусе компаса, которому обычно придают квадратную форму. Повернув корпус так, чтобы тени на его боковых гранях исчезли, по направлению стрелки считывают время.

В приборах второго типа часовые метки наносят на эллиптический пояс, который передвигается в соответствии с днем года, как во многих азимутальных часах. В этом случае также корпус поворачивают до исчезновения тени на боковых гранях и по направлению стрелки считывают время. Часы этого типа более точны; их ошибка определяется лишь тем, что магнитная стрелка отклоняется от истинного направления на север.

Принцип работы солнечных часов

Солнечные часы — устройство, которое позволяет определять время по Солнцу. Подобные часы всех конструкций основаны на отбрасывание тени от объекта на поверхность с отметками времени. 2 года назад7 месяцев назад3714

В этих часах тень отбрасывает “гномон” — различный по форме объект, по тени от которого определяется угловая высота Солнца.

Гномон может быть, например, тонким стержнем или фигурой с острым краем. С перемещением Солнца в течение суток — перемещается тень от гномона и падает на отметку с определенным часом. Чтобы показывать корректное время — все солнечные часы должны быть сопоставлены с осью вращения Земли.

В большинстве конструкций форма должна указывать на настоящий астрономический север (не путать с Северным или Южным полюсом). Поэтому форма горизонтально ориентированных часов должна соответствовать географической широте. Совершенно нормально для недорогих декоративных часов показывать не совсем корректное время, в связи с сезонными изменениями положения нашего светила.

Существует много вариантов часов: некоторые используют луч от света в качестве индикатора времени, другие могут использовать тень от поверхности. Пятно от света может получиться при прохождении луча через небольшое отверстие или отражаясь от небольшого круглого зеркала. Луч света может получаться при прохождении через тонкий разрез или фокусируясь при прохождении через цилиндрические линзы.

Когда время определяется по тени — гномон (предмет, отбрасывающий тень) может быть тонким стержнем или любым другим по форме объектом с острым наконечником или прямым краем. В солнечных часах применяются много различных видов гномона. Гномон может быть фиксированным или переставляемым, в зависимости от времени года. Он может быть ориентирован горизонтально, вертикально, сонаправленный с осью вращения Земли или совершенно ином направлении определяемым математикой.

Диск солнечных часов может также иметь совершенно различную по форме поверхность, чтобы принимать луч света или тень. Плоскость — самая главная и важная часть таких часов, но она также может быть искажена сферически, цилиндрически или конически для большей точности или эстетичности.

Солнечные часы отличаются своей мобильностью и потребностями в ориентации. Корректное использование многих часов требует знания местной широты и быть строго вертикально ориентированными (с помощью уровня или отвеса) и направление на “географический” север. Карманные солнечные часы могут быть самоориентирующимися: например, они могут иметь двое часов, одни из которых будут горизонтальными, другие аналеммические. Соединенные вместе на одной пластине они покажут корректное время только тогда, когда отметки от каждой из них совпадут.

Солнечные часы показывают местное время. Чтобы получить более точное время нужно будет выполнить коррекцию.

Первое — орбита Земли представляет из себя не совсем правильный круг и ось вращения на самом деле не совсем перпендикулярна орбите. Солнечные часы показывают солнечное время, значение которого отличается на различные небольшие промежутки, меняющиеся в течение всего года. Это изменение может достигать 15 минут и может быть рассчитано с помощью уравнения времени. Сложные часы, изогнутой формы или с изогнутыми линиями часовых отметок могут исправить эту ошибку. Но простые солнечные часы наиболее распространены и к ним предлагается специальная табличка с указанием смещения времени в различные периоды года.

Второй момент — долгота местного солнечного времени должна быть скорректирована относительно долготы местной временной зоны.

Так, например, солнечные часы расположенные западнее Гринвича, в Англии, будут показывать более позднее время, чем в официальной временной зоне. То есть время будет позже, чем официальное время в данной местности. Избежание такой ошибки достигается за счет небольшого изменения угла ориентации солнечных часов для совпадения с долготой официальной временной зоны.

Третий момент — переход на летнее время. Множество стран осуществляют переход на летнее время. Коррекция в данном случае достигается, например, использованием двух наборов цифр-индикаторов или их перемещением, либо вращением. Коррекция обычно составляет два часа.

Виды солнечных часов

Древние солнечные часы состоят из двух элементов: гномон (указатель) и циферблат. Различают конструкции по ориентировке этих частей друг относительно друга и их внешнему виду.

Полярные солнечные часы с горизонтальным циферблатом – парковые. Гномон ориентирован по оси вращения Земли в направлении Полярной звезды.

Полярные солнечные часы с вертикальным циферблатом

Обычно устанавливаются на южной стене зданий.

Вертикальные солнечные часы и указатель расстояния на верстовом столбе в Петербурге

Экваториальные солнечные часы. Циферблат часов разделен на 24 равные части, расположен параллельно плоскости экватора. В зимнее время, когда солнце находится ниже экватора, время определяется по обратной стороне циферблата. Нумерация отсчета идет против часовой стрелки.

Экваториальные солнечные часы. Испания

Гномон и циферблат расположены полярно, параллельно оси вращения Земли. Недостатком является рабочее состояние конструкции от 7 до 17 часов.

Солнечные часы с вертикальным гномоном – аналемматические. (Аналемма – это кривая линия, соединяющая точки движения Солнца на небосводе в одно и то же время в течение года).

Самые древние аналемматические солнечные часы, датируемые 12 веком до н.э., были обнаружены археологической экспедицией 2011 года на раскопках кургана бронзового века в Донецкой области России.

Схема установки часов из артефактов кургана бронзового века в Донецкой области.

Представляют собой каменную плиту 100 на 70 см, весом более 130 кг. Самые большие солнечные часы Самурат Янтра находятся в индийском городе Джайпур штата Раджастан.

Грандиозное сооружение возведено в 1734 году.

Высота гномона 21,34 м, размеры полукруглых шкал – циферблатов составляет около 15 м, точность показаний не превышает 2 минуты.

Самый высокий обелиск 35 метров установлен на площади Святого Петра в Ватикане. Он был вывезен из Египта императором Калигулой. Четырехгранный шпиль высечен из розового гранита, увенчан бронзовым шаром. Легенда гласит, что в шаре заключен прах Юлия Цезаря.

Обелиск на площади Святого Петра в Ватикане

Экваториальные солнечные часы династии Чжоу, Китай.

Огромный диск из белого мрамора параллелен экватору. На его двух сторонах видны деления циферблата. Железный гномон направлен на ось земного шара. В зависимости от положения Солнца над экватором определялось «зимнее» или «летнее» время. Эти каменные часы из Запретного города в Пекине – олицетворение символа власти и могущества императора.

Принцип работы солнечных часов

Ссхема простейших солнечных часов.

Солнечные часы в Древнем Египте

Тень от вертикально установленного колышка перемещалась вслед за солнцем ежедневно, удлиняясь и укорачиваясь на одинаковую величину.

Тень обелиска и метки солнечных часов

Служители храмов, отмечая значимость этого открытия, перед входами воздвигали священные обелиски – гномоны.

Обелиск перед египетским храмом

Их тень перемещалась по размеченной окружности. Равномерно нанесенные риски отмеряли равные отрезки времени.

Модель солнечных часов в музее Каира, Египет.

Применяя законы движения Солнца на видимом небосводе, вращение земли вокруг своей оси, лунные циклы, мастера создавали солнечные часы из камня, ценных пород дерева, драгоценных металлов. Гномоны устанавливали в общественных местах: цирках, банях, на площадях.

Башня Ветров с солнечными часами в Афинах.

Большие солнечные часы на башне Ветров в античных Афинах датируются 1 веком до н.э. Грандиозное сооружение диаметром 8 метров поднималась на двенадцати метровую высоту.

Артефакт часов для отсчета ночного времени.

Гениальное озарение египетских мастеров явило изобретение часов, указывающих время ночью. Два священных прямоугольных бруска с прикрепленными нитями размещали параллельно небесному меридиану, направляя на Полярную звезду. Количество звезд на небе, пересекающих эту ориентированную линию, отмеряло время.

Египетские солнечные часы 13 век.

Недостатками первых примитивных «приборов» времени являлась их существенная погрешность, зависящая от долготы места расположения, работа ограничивалась видимостью солнечного диска над линией горизонта.

Артефакты солнечных часов в эпохи древних цивилизаций Междуречья, Египта, Китая находят при целенаправленных археологических раскопках культурных слоев земли. Механик Ветрувий, живший в эпоху расцвета Римской Империи описал около тридцати различных типов солнечных часов.

Портативные солнечные часы.

   В XVI веке в России появились западноевропейские портативные солнечные часы. На 1980 год в советских музеях было семь таких часов. Самые ранние из них относятся к 1556 году и хранятся в Эрмитаже, они были предназначены для ношения на шее и представляют собой горизонтальные солнечные часы с секторным гномоном для указания времени, компасом для ориентации часов в направлении север — юг и отвесом на гномоне для придания часам горизонтального положения.

Все эти элементы установлены на плате, которая может отклоняться от горизонтального положения, обеспечивая возможность использования часов не на одной, а в интервале широт: 47 — 57 градусов.

Солнечные часы своими руками

Сначала определите место и цель установки часов:

• если вы чаще работаете в саду–огороде, чем отдыхаете на даче, то установите часы в центре на открытом со всех сторон участке;
• если часы должны напоминать о времени уйти с открытого солнца, тогда делайте их в центре зоны отдыха;
• на клумбе возле дачного домика часы напомнят назойливым соседям о скоротечности времени.

После того как вы определились с местом установки, выберите вид часов. Вертикальные часы подойдут только для южной стены, иначе они будут в тени сами. Горизонтальные хороши для открытых пространств, а экваториальные лучше будут смотреться на площадках или зонах отдыха.

Делаем горизонтальные часы

Самый простой и малозатратный способ изготовления солнечных часов — шест и камни. Вместо шеста подойдут кусок арматуры, длинная коряга или прут, кусок пластиковой или железной трубы, даже высокая бутылка, например, из-под шампанского. Предпринимаем следующие действия:

1. Выбираем площадку не менее 1 м2, освещённую весь день солнцем. Любителям более точного времени придётся выровнять её или установить основу с помощью строительного уровня (ещё можно взять бутылку, налить в неё воды, не доливая до края 1–1,5 см, закрыть её пробкой. В горизонтальном положении пузырёк воздуха должен находится ровно посередине прямой части бутылки — это линия горизонта. Конечно же, это менее точный прибор, чем уровень, но гораздо лучше установки «на глазок»).
2. Шест укрепляем в середине площадки.
3. Выставляем будильник своего телефона так, чтобы он звонил каждый час.
4. Как только прозвенел будильник, подходим к шесту и смотрим, куда падает тень. В конце этой тени прикапываем камешек, на котором можно нарисовать краской время.
5. Камни будут выставлены по эллипсу, так как тень меняет свою длину. Чтобы сделать часы круглыми, выбираем самую короткую тень и по этому радиусу выставляем остальные камни.

Уже через несколько дней такие горизонтальные часы будут отклоняться на минуту, но истинный полдень (даже если у вас он приходится на час дня) они будут показывать точно.

Создаём экваториальные часы

Процесс изготовления экваториальных часов:

1. Для кадрана экваториальных часов можно взять крышку от старой кастрюли, кусок фанеры, широкой доски или пластика. Главное — светлый фон, на котором будет хорошо видна тень даже при лёгкой облачности. Добиться этого можно элементарной покраской.
2. Устанавливаем гномон приклеиванием, присверливанием или другими способами под углом нужной широты с наклоном на географический север.
3. Наносим временные отрезки и, в зависимости от размеров часов, отмечаем показания пробками, донышками от пластиковых бутылок, старыми пластиковыми игрушками, баночками из-под кремов — всем, на что хватит фантазии.

Как вам статья?