В преддверии лета, солнца, дачного сезона, огородных дел и всякого подобного хочу предложить вам пошаговую инструкцию, как сделать солнечные часы горизонтального типа на вашем участке. Узнавать по ним время - иногда даже удобнее, чем по мобильному телефону (потому что телефон не всегда с собой; руки грязные; солнце отсвечивает от экрана).
Основа солнечных часов - гномон. Это палка, тень от которой и будет показывать нам время. Чем точнее мы сориентируем эту палку параллельно оси вращения Земли (как это сделать - см. пункты 1, 2, 3 ниже), тем точнее будет устройство. В качестве гномона сгодится любая ровная палка, похожая по габаритам на черенок от лопаты (можно и сам черенок, если завалялся ненужный).
Находим место, где не бегает много людей и собак, и мимо которого вы часто проходите. Главное, чтобы оно было освещено солнцем большую часть дня. Для этого найдите юг (либо сориентируйтесь по Google Earth, либо в районе 12–13 часов повернитесь лицом к солнцу) и поищите на участке место с максимально свободной (от крыш, деревьев и тому подобное) южной половиной неба.
Пункты 1 и 2 посвящены нахождению точного направления на Север. Да, для этого можно использовать и компас, но надо помнить, что магнитное склонение (то есть отклонение показаний компаса от реального направления на географический Север) в нашей стране может достигать 10, 20 и более градусов. Кроме того, вы можете словить локальную магнитную аномалию. Поэтому метод определения Севера по солнцу - точнее и надёжнее.
1. К моменту истинного полудня (солнечной кульминации, еще ее ошибочно называют "зенитом") готовим отвес (например подвешиваем на веревке камешек/железяку и следим, чтобы все это не болталось на ветру) и горизонтальную площадку, на которой видна тень от веревки. Методы вычисления времени истинного полудня для вашей местности я опишу ниже.
2. В момент истинного полудня (предварительно время неплохо бы синхронизировать с интернетом, например по сервису time.is, ну или по андроид–приложению ClockSync) отмечаем направление солнечной тени отвеса, например, с помощью нескольких камешков, которые выкладываем вдоль тени. Это точное направление север–юг (направление меридиана).
3. Вычисляем тангенс угла к горизонтали, под которым должен стоять гномон (то есть наша палка). Для этого выясняем широту места, вбиваем ее в калькулятор и жмем tan. Например, если широта 56 градусов, то tan(56) = 1.483.
Умножаем это число например на полметра (50 см), получаем 74 см. Втыкаем палку в землю, в направлении строго на север (мы его выяснили в прошлом пункте по отвесу) от этого места кладем камешек в 50 см от места, где воткнута палка, и наклоняем палку таким образом, чтобы она проходила над камешком на высоте 74 см. На рисунке 3 (и 3а для пущей наглядности) я показал отвес, который спускается от гномона и попадает на линию меридиана (длина этого отвеса в нашем примере = 74 см). Вместо отвеса можно "стрелять" глазом, но получится не так точно. И в таком положении начинаем вбивать палку, время от времени проверяя/корректируя, чтобы она проходила над нашим "полуметровым" камешком на заданной высоте. Как только палка будет крепко держаться, можем себя поздравить - самая ответственная часть работы сделана: мы сориентировали наш гномон параллельно земной оси. И, кстати, он заодно с хорошей точностью указывает на Полярную звезду (можете проверить ночью, "стрельнуть" глазом вдоль палки).
4 и 5. Следующие положения часовых меток, сделанные по таймеру. Надо отметить, что хоть на рисунке и отмечено 12 часов для полуденной метки, на самом деле гражданское время для неё будет иным. Чтобы об этом не думать, проще всего разметить циферблат, подходя к гномону в 13:00, 14:00 и так далее, и просто отмечать направление тени. А на следующий день с утра до полудня отметить остальные часовые метки.
Сами часовые метки могут быть какими угодно: можно вбить таблички с цифрами, можно выложить камнями.
Вычисление времени истинного полудня
Перечислю, какие именно вещи случаются в момент истинного полудня:
* солнце находится точно на Юге (для наших северных широт);
* горизонтальные тени от вертикальных предметов падают точно на Север;
* солнце находится в наивысшей точке своего дневного хода;
* это момент - с хорошей точностью середина между восходом и заходом солнца в этот день.
Для каждого меридиана - свой момент истинного полудня. Так, скажем, в сравнении с центром Москвы истинный полдень на востоке города случается примерно на 1 минуту раньше, а на западе - на минуту позже. Вот годовой график времени полудня для центра Москвы (для часового пояса UTC+3, в котором Москва постоянно находится с октября 2014 года):
То есть на меридиане Москвы вы просто можете использовать этот график. Точно такой же формы график получится и в вашем месте, только его нужно сместить по вертикальной оси на величину (Д–37.6)/15 часов, где Д - ваша географическая долгота. Например возьмём Пермь, её долгота составляет 56.2 градуса, подставляем в формулу: (56.2–37.6)/15 = 1.24 часа = 1 час 14.5 минут. То есть в Перми истинный полдень случается на 01ч14.5м раньше, чем в Москве, и по московскому времени от вышеприведённого графика надо отнять 01ч14.5м. Например для 22 мая мы получим 12ч26.5м минус 01ч14.5м = 11:12мск, прибавляем 2 часа (разница часовых поясов Перми и Москвы), получаем 13:12. Запомним это время, чтобы сравнить со следующим методом.
Второй метод заключается в том, чтобы найти свой населённый пункт на погодном сайте, где указано время восхода и захода солнца. Например для случая Перми открываем погодный сайт яндекса yandex.ru/pogoda/perm и видим там Восход: 04:37 Закат: 21:47, находим среднее арифметическое этих двух времён (04:37 + 21:47) / 2 = 13:12. То же самое время, что получили выше.
Третий метод - использование расчетных программ. Вы можете выбрать программу по вкусу, я пользуюсь своей Day–night (по ссылке daybit.ru/video/video-i-soft.html вы найдете и видео по ее использованию, и собственно саму программа), и она для Перми выдаёт время полудня = 13:11:45.
Примечания
1. Вышеприведённый график для Москвы - это следствие так называемого Уравнения времени - разницы среднего солнечного и истинного солнечного времени. Надо отметить, что именно с такой же амплитудой, как в этом графике, будут меняться показания ваших солнечных часов. То есть до плюс–минус четверти часа в течение года. Однако если присмотреться, видно, что в наиболее интересное для нас летнее время колебания не столь велики, и укладываются в плюс–минус 5–6 минут. Иногда, когда хотят получить минутную точность, для солнечных часов специально составляют график поправок в течение года.
Из этого графика, например, видно, что если вы разметили свои солнечные часы в середине июня, то к середине сентября они будут спешить на 5 минут.
2. Почему не стоит использовать просто вертикальную палку? Зачем морочиться с ее наклоном и её параллельностью оси вращения Земли? Дело в том, что часы, сделанные с помощью вертикальной палки, рано или поздно начнут показывать заметно неверное время. Так, часы, сделанные для вертикальной палки в июне, будут в сентябре врать на 1 час по утрам и вечерам. Тут подробнее sundial-ru.livejournal.com/2337.html
3. Если хотите, можете сразу рассчитать циферблат для вашей местности с помощью, скажем, программы Shadows shadowspro.com, взять из этого расчета углы и сразу отмерить их на земле, вместо того, чтобы бегать целый день и ставить отметки по солнечной тени.
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!
Весьма полезный инструмент. И чрезвычайно занимательный для детей. Кроме того, если к делу подойти масштабно и творчески, можно смастерить не только картонную модельку, но и целую композицию, которая будет украшать ваш садовый или дачный участок. Так давайте разберем, как сделать солнечные часы своими руками. И первым делом рассмотрим модели устройств.
Какими могут быть солнечные часы?
За все время своей истории человечество изобрело четыре вида таких часов:
- горизонтальные;
- вертикальные;
- полярные;
- экваториальные.
Что можно сделать самостоятельно?
Из перечисленных солнечных часов своими руками проще всего соорудить следующие:
Мы уже приблизительно знаем, как сделать солнечные часы своими руками. Но давайте обратимся к подробным инструкциям?
Самодельные экваториальные часы
Макет солнечных часов своими руками мы будем делать по такой схеме:
- Вырезаем подходящий круг из фанеры, пластика или плотного картона.
- Берем старый добрый транспортир и через каждые 15 градусов делаем разметку. В середине у нас 12. В правую сторону от цифры отходит 11, 10, 9, 8, 7. В левую сторону от двенадцати идет 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Таким образом, перед нами будет некий полукруг, который будет "лежать" на наиболее выпуклой точке.
- Можно просто нанести фломастером или ручкой эти цифры, а можно подойти к делу с энтузиазмом и все это красиво оформить.
- В середину полукруга, прямо над отметкой "12", мы вставляем ровную палочку, стержень, штырь или что-то подобное.
- Как делать солнечные часы своими руками дальше? Теперь самое важное - расположить конструкцию под правильным углом. Как мы говорили, он должен соотноситься с широтой того пункта, где вы находитесь. Это можно выяснить как по географической карте, так и обратившись к поисковикам, интернет-энциклопедиям.
- Как мы определяем правильный градус наклона? От 90 отнимаем широту вашего местоположения. К примеру, вы в Москве. Это 55° северной широты. Значит, 90 - 55 = 35°. На 35 градусов мы и наклоним наш циферблат.
- С этим разобрались. Теперь определяем, где север. Именно туда должна смотреть стрелка и "лицо" наших часов.
Экваториальные солнечные часы своими руками можно сделать так. Минус их в том, что зимой устройство верно показывать время не будет.
Картонные экваториальные часы
Возможно сделать солнечные часы своими руками из картона. Действуем по инструкции:
Горизонтальные солнечные часы
Проще всего сделать своими руками для детей солнечные часы такого вот типа. Начинаем:
- Вырезаем из плотного материала гномом - стрелку для нашего устройства. Здесь нужен тоже транспортир - один угол делаем прямым, а тот, что будет ложиться на циферблат, надо определять - он будет равен широте вашего города. Возьмем Москву - для этого населенного пункта данный угол гномона будет равен 55°.
- Стрелка устанавливается на высчитанный угол на крепкую основу - пластик, фанеру и проч. Наносить деления пока не нужно.
- Устанавливаем солнечные часы на местности так, что острие высчитанного угла будет смотреть на юг, а исходящие из него стороны треугольника должны устремляться на север.
- Важно, чтобы наша конструкция была статичной.
- А теперь дело за наблюдениями в солнечный день. Каждый час наносим соответствующее деление по тени от гномона.
Солнечные часы на даче
Неплохо сделать своими руками солнечные часы на даче - горизонтальные или экваториальные. Это не только полезная поделка, но и любопытная штука для детей, элемент, украшающий ландшафт. Так как часы будут находиться на открытом пространстве, не защищенные от стихий, эти факты надо продумать при их изготовлении:
- Первым делом выберите самую солнечную площадку, которую не затеняют постройки и деревья, разровняйте ее.
- В качестве циферблата можно использовать керамическую плитку, камень с ровной поверхностью, спил бревна, большую декоративную тарелку, металлическую крышку от бака. Превосходно смотрятся на фото солнечные часы, своими руками обустроенные на цветочной клумбе.
- Можно и просто разровнять площадку, засыпать ее песком, после чего выложить деления и цифры камушками. Можно использовать акриловую, эмалевую или другую устойчивую краску.
- Гномон делается также из прочных материалов - пластик, дерево. В случае с экваториальными часами можно использовать металлический стержень, штырек.
Об иных видах солнечных часов
Мы с вами разобрали, как сделать солнечные часы своими руками, - горизонтальные и экваториальные. Если вам этого показалось мало, то можете попробовать создать экспериментальные модели других разновидностей.
Полярные солнечные часы характерны тем, что линия циферблата у них горизонтальная, вытянутая в направлении "восток-запад". Гномон - это прямоугольник, лежащий в середине циферблата на своей широкой стороне. В правую сторону наносятся цифровые деления (от гномона) с 1 до 6, в левую сторону (от гномона) с 12 до 7. Разметка кладется каждый час по тени, ложащейся от прямоугольника. Здесь также важно, как и в случае с экваториальными часами, наклонить циферблат согласно широте вашего местоположения.
Вертикальные солнечные часы сложны тем, что мастерить их надо уже на перпендикулярной земли поверхности, обязательно на южной стороне (для северного полушария). Если это стена, то следует позаботиться о том, как вы будете монтировать на ней стрелку. Циферблат параллелен горизонту. После того, как вы установили стрелку (чуть выше основания циферблата), от нее вниз спускается отвес - он устанавливает время полудня. Другие цифровые обозначения наносятся по тени от гномона.
Мастеру на заметку
Вот мы и разобрали все практические инструкции. Также хотим вам в заключение представить практические рекомендации:
- Солнечные часы "работают", пока на небе видно наше главное светило. Поэтому не стоит наносить на циферблат время после захода солнца или до рассвета - это лишняя работа.
- К нашему изобретению не совсем относится выражение "работает как часы". Из-за особенностей колеблющегося светового дня время на них будет спешить весной и отставать осенью. Поэтому не нужно делать конструкцию монументальной, чтобы иметь возможность корректировать деления часов в соответствии с сезоном.
Сделать собственные солнечные часы - интересно, несложно и познавательно. Это не только развивающая игрушка для детей, но и отличное украшение дачного участка!
Солнечные часы в нашей стране – это скорее экзотика, но если сделать этот прибор своими руками, то его можно с успехом применять на даче в качестве не только прибора для определения времени, но и как интересный архитектурный элемент. Солнечные часы применялись людьми для определения времени еще в древние времена, но постепенно их заменили более современные приборы. Но даже в наше время такие часы могут пригодиться, тем более что их изготовление – это очень увлекательное занятие.
Если делать самодельные солнечные часы вместе с ребенком, то это станет для него полезным развивающим занятием по изучению движения солнца и определения времени. Предложенные в данной статье варианты солнечных часов являются действующими моделями, поэтому при их изготовлении необходимо соблюдать правильную технологию иметь некоторые знания в области тригонометрии и астрономии.
Материалы для солнечных часов
Важно и то, что для изготовления солнечных часов подходят разные материалы, главное, чтобы они были устойчивы к погодным факторам. Можно использовать для циферблата камень или цемент, дерево или железо, пластик или гравий. Лучше выбирать светлый материал – на нем хорошо видна тень стрелки (гномона). Для этих целей подходит мрамор, известняк или светлая галька. Для гномона (стрелки) применяют металлические или пластмассовые штыри, длинные гвозди, вязальные спицы и т.д.
Типы солнечных часов
Такие часы могут быть разных видов, но в основном встречаются три типа:
- Экваториальные. Их циферблат (кадран) расположен параллельно экватору, а та часть, которая отбрасывает тень – гномон), в виде металлического стержня параллельна земной оси. Разметка на циферблате таких часов идет через каждые 15 градусов.
- Горизонтальные. В них плоскость кадрана параллельна горизонту, а гномон выполнен в виде треугольника, со стороной наклоненной к плоскости циферблата на угол, равный географической широте данной местности. Направлена стрелка на север, а деления на сектора (часы) производятся по формуле. Такие часы показывают время весь год, но зимой и поздней осенью их показания не совсем точны.
- Вертикальные. Их циферблат расположен вертикально и размещается на стенках зданий, столбах, заборах и других вертикальных плоскостях. Кадран в них должен быть направлен строго на юг и должен быть перпендикулярно полуденной линии или под острым углом к ней. Гномон в таких солнечных часах закрепляется выше центра циферблата и должен быть отклонен на угол, равным 90 градусам за вычетом географической широты данной местности.
Как сделать солнечные часы
Мы рассмотрим, как сделать два типа солнечных часов – экваториальные (наклонные) и горизонтальные. Именно такие часы наиболее распространены в обиходе.
Экваториальные солнечные часы
- В качестве основы берут фанеру или пластик. На ней расчерчивают циферблат с делениями через каждые 15 градусов.
- В центре циферблата закрепляют металлический штырь или стерженек из любого крепкого материала.
- Часы надо правильно установить. Для этого циферблату придают наклон с помощью подставки. Угол этого наклона рассчитывается для каждой местности индивидуально: 90 градусов минус градус широты данного района.
- После установки циферблата солнечные часы необходимо сориентировать на местности – направить стрелку часов на север.
- Стоит помнить о том, что такие солнечные часы будут показывать время только в определенные сезоны, а зимой, например, они не будут непригодны.
Горизонтальные солнечные часы
Эти часы делаются очень просто и быстро, поэтому их можно изготовить вместе с ребенком.
- Для циферблата также используют пластик или фанеру, из этих же материалов делают гномон в виде треугольной стрелки. Один из ее углов должен быть равен 90 градусам, а второй берется равным широте конкретной местности.
- Этот треугольник вместе с циферблатом устанавливают в месте, где будут использоваться солнечные часы. При этом необходимо ориентироваться на север с помощью компаса.
- Далее заводят таймер, и каждый час отмечают тень от стрелки и таким образом делают деления на циферблате.
- Горизонтальные часы можно сделать большими и расположить на клумбе, газоне или на островке посредине декоративного водоема. Если сделать очень большие часы, то в качестве делений можно использовать камни-валуны или пни деревьев.
Как точно замечено: часовые стрелки представляются двумя руками, которые отнимают у людей их время. Чтобы определить на своем дачном участке - который сейчас час, нужно прекратить работу, помыть руки, найти мобильник. А что если смастерить на даче действующие солнечные часы? Они не только украсят какой - то уголок сада, но и будут показывать время.
И детворе ноу - хау понравится: дети будут казаться себе сказочными волшебниками, которые обладают секретами времени.
Варианты горизонтальных солнечных часов:
Высокоточные часы на дачном участке не нужны, а изготовление простейших солнечных часов не сложно и много времени не займет. Сначала выбирается площадочка на солнечном участке, которую не затеняют постройки, заборы, деревья и выравнивается. Не забывайте, что постоянное нахождение солнечных часов будет на открытом воздухе, поэтому материал для часов должен быть устойчив к воздействию атмосферных осадков. В качестве циферблата можно взять природный камень с ровной поверхностью,
керамическую плитку,
выложенную на кирпичном основании, спил бревна,
металлическую крышку от бочки, декоративную тарелку больших размеров и даже цветочную клумбу с высаженными на ней сортами низкорослых цветов
или просто ровную площадочку в виде окружности от нескольких дециметров и больше одного метра.
Для часовых точек (делений) можно использовать крупные камешки,
декоративные фигурки,
пенечки. На небольших циферблатах деления отмечаются красками или приклеиваются цветные полоски. Только делается это после установки гномона (стрелки).
Гномон вырезается треугольником, один угол прямой, а другой равен географической широте, где находится ваша дача . Укрепляют стрелку так, чтобы стороны треугольника были в одной плоскости, которую располагают перпендикулярно кадрану (циферблату) и ориентируют с помощью компаса с юга на север, при этом, вершину угла, равного широте расположения дачи, устанавливают в центре кадрана.