Гномон своими руками фото: Солнечные часы своими руками: мастер-класс
Гномон — самый древний астрономический инструмент, позволяющий определить истинный меридиан, то есть направление на север или юг, а также высоту Солнца над горизонтом в полдень.
Типичный гномон в оригинальном виде
Также гномоном принято называть часть солнечных часов, отбрасывающую тень на циферблат.
Гномоника — наука, изучающая солнечные часы. На сегодняшний день гномоника является не более, чем научным хобби, поскольку для определения истинного меридиана и времени созданы более точные и удобные в обращении приборы.
Далее рассмотрим оба варианта, но в начале разберемся с теорией, на основе которой работает гномон и солнечные часы.
Теоретические сведения
Перечислим некоторые факты, основанные на знаниях астрономии, которые помогут разобраться в принципе работы гномона.
Факт №1. Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень от гномона движется в противоположном направлении, то есть с запада на восток.
Факт №2. Во время восхода и захода Солнца, когда оно находится непосредственно над горизонтом, тень от гномона имеет самую большую длину, а в солнечный полдень — самую короткую.
Факт №3. Самая короткая тень от гномона получается, когда Солнце находится в зените, то есть наивысшей точке траектории своего движения по небосводу. В этот момент Солнце пересекает истинный меридиан, то есть линию, соединяющую север с югом.
Факт №4. Самое быстрое изменение длины тени наблюдается в часы восхода и захода Солнца за горизонт. В середине же дня скорость изменения длины тени минимальна.
Факт №5. Из-за наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости земной орбиты на угол примерно равный 23,5 градуса, а также из-за вращения Земли вокруг Солнца наблюдаемое движение Солнца по небосводу происходит то ниже небесного экватора (в северном полушарии с сентября по март), то выше него (в северном полушарии с марта по сентябрь). И только в дни весеннего и осеннего равноденствий движение Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора. При этом дальше всего от небесного экватора траектория движения Солнца лежит в дни зимнего и летнего солнцестояний.
К слову, небесный экватор — это большой круг небесной сферы, расположенный перпендикулярно оси вращения Земли, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора.
Факт №6. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.
Факт №7. Усредненное «земное» время не всегда совпадает с астрономическим временем по ряду причин.
Факт №8. Видимый с Земли диаметр Солнца равен приблизительно тридцати угловым минутам. Это делает тени от предметов размытыми.
Факт №9. Если стать таким образом, чтобы перед лицом оказался север, то позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.
Понимание процессов, лежащих в основе работы гномона и солнечных часов, необходимо не только для того, чтобы самостоятельно сделать эти приборы, но и для того, чтобы корректно ими пользоваться. Один раз довелось наблюдать забавную картину: человек, имея купленные солнечные часы, так и не смог понять, почему время на них и на часах в телефоне отличается. В видео показан этот пример:
Как с помощью гномона определить истинный меридиан
Гномон в этом случае представляет собой столб, колонну или другой прямой вертикальный объект, расположенный на ровной горизонтальной открытой для Солнца площадке. Считается, что увеличение длины гномона будет способствовать увеличению точности измерений, поскольку в этом случае становятся более заметны изменения длины тени. Тем не менее, не стоит забывать, что с увеличением длины будет снижаться четкость отбрасываемой тени, что может негативно сказаться на точности измерений. Также на точность результатов влияет толщина верхней части гномона, именно поэтому ее зачастую делают заостренной.
В ясный солнечный день самая короткая тень от гномона свидетельствует о наступлении астрономического полдня и указывает на север (в средних и высоких широтах северного полушария) и на юг (в средних и высоких широтах южного полушария). В тропиках и на экваторе ситуация может меняться в течение года, о чем мы подробно рассказывали здесь.
Таким образом, по самой короткой тени удается определить, как истинный полдень, так и направление истинного меридиана. Кроме прочего зная высоту гномона (В) и длину тени (L), нетяжело рассчитать угловую высоту (Н) Солнца над горизонтом. Для этого пользуются формулой tgH=B/L.
Однако из-за слабовыраженного изменения в длине тени от гномона в обеденные часы определить самую короткую тень не всегда получается точно. При необходимости получения более точных результатов можно воспользоваться другим способом. Для этого определяют биссектрису между двумя одинаковыми тенями гномона, отмеренными в утреннее и вечернее время, когда скорость изменения длины тени более существенна. Именно этот метод лежит в основе одного из способов ориентирования по тени от Солнца.
Зная истинный меридиан, можно легко сориентироваться на местности, определив направление на север или юг, а затем — и все остальные стороны света.
Как с помощью гномона определить широту местности
Кроме определения истинного меридиана, с помощью гномона можно приблизительно рассчитать широту местности, в которой проводятся измерения. Далее рассмотрим несколько способов, которые вытекают из знаний по астрономии.
Способ №1. В день осеннего или весеннего равноденствия в истинный полдень по рассмотренной ранее формуле определяется угловая высота Солнца. От 90 градусов отнимается полученное значение. Результатом вычислений станет широта местности.
Способ №2. В день зимнего солнцестояния в истинный полдень определяется угловая высота Солнца. Поскольку в этот момент Солнце находится ниже небесного экватора на угол, равный углу наклона земной оси, то есть на 23,5 градуса, то прибавляя этот угол к полученной из формулы угловой высоте Солнца, мы можем получить угловую высоту небесного экватора. При вычитании из 90 градусов высоты небесного экватора получается величина, соответствующая широте местности.
Движение Солнца по небосводу в летнее время в высоких широтах.
Этот способ может быть применен и в день летнего солнцестояния. Для этого из угловой высоты Солнца нужно отнять 23,5 градусов, чтобы получить угол наклона небесного экватора, а зная угол наклона, — и значения широты местности.
Движение Солнца в высоких широтах летом, когда оно не заходит за горизонт.
Способ №3. В истинный полдень ежедневно проводятся измерения длины тени. В результате этих измерений нужно получить самую длинную или самую короткую тень, что будет соответствовать зимнему или летнему солнцестоянию соответственно, а затем действовать по второму способу. Либо же, определив самую длинную и короткую тень, найти среднее значение длины, рассчитать по формуле угловую высоту Солнца, ориентируясь на полученное среднее значение, и действовать в соответствии с алгоритмом первого способа.
При получении результатов одним из приведенных методов следует помнить, что на видимую высоту Солнца над горизонтом в некоторой степени влияет эффект преломления света — рефракция, о которой мы рассказывали здесь. Из-за этого эффекта все небесные светила могут казаться выше того места, где они расположены в действительности. И тем больше будет выражен этот эффект, чем ближе к горизонту будет расположен наблюдаемый объект.
Из этого следует, что вблизи полюсов в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда Солнце проходит низко над горизонтом, результаты измерений могут несколько отличаться от реальных в сторону понижения широты.
А теперь рассмотрим, как с помощью гномона определять время и дату.
Гномон и солнечные часы
Солнечные часы — древний инструмент, позволяющий определять время по тени от Солнца в светлое время суток.
Одни из самых первых солнечных часов появились в Египте. Они представляли собой каменный брусок длиной примерно 30 см. Брусок этот располагался вдоль направления восток-запад. С одной стороны этих часов находился «Т»-образный брусок, тень от которого, уменьшаясь, «ползла» по бруску с утра до полдня, после чего солнечные часы поворачивали на 180 градусов и тень «ползла» в обратном направлении. По насечкам, сделанным на бруске определялось время.
Эскиз «египетских» солнечных часов.
Самые первые заметки о солнечных часах встречаются в египетских рукописях и датируются 1306—1290 годами до нашей эры. Найденные египетские солнечные часы, по мнению ученых, были сделаны задолго до найденных рукописей, их описывающих, — еще в 1479—1425 годах до нашей эры.
Одни из первых солнечных часов.
В Египте также были обнаружены и другие модели древних солнечных часов, отличающихся от описанной модели, но их возраст, если верить показаниям ученых, более молодой, поэтому рассматривать их, как самые древние солнечные часы, не приходится.
Реконструкция древних солнечных часов в Египте, экспонат каирского музея.
Независимо от Египта, солнечные часы появлялись и в других уголках мира, например, древнем Китае и в Древней Греции, откуда их идея перекочевала в Древний Рим.
На Руси в качестве солнечных часов стали использовать башни соборов, отбрасывающих тень. Но это все практиковалось уже аж в XI веке нашей эры.
Однако такие часы не могли показывать точное время, поскольку насечки делались путем равномерного деления шкалы на фиксированное число частей.
И только много веков спустя человечество придумало солнечные часы, которые показывали более точное время. Они были больше похожи на современные аналоговые часы за тем только исключением, что шкала у них была рассчитана лишь на промежуток времени с утра до вечера и выглядела более сжато.
Такие солнечные часы можно встретить и сегодня: ими стало модно украшать площади в скверах. Иногда солнечные часы можно встретить и на садовых и дачных участках, где они могут неплохо смотреться на пересечении дорожек.
Солнечные часы, как декоративный элемент.
Вот об этих солнечных часах и поговорим далее.
Гномон является неотъемлемой частью солнечных часов. Именно он отбрасывает на циферблат тень, образующую «стрелку».
Нужно понимать, что солнечные часы могут показывать, как астрономическое, так и усредненное «земное» время: тут все зависит от разметки при их конструировании. Поэтому при создании самодельных часов нужно заранее определиться с тем, какое именно время мы хотим видеть на таких часах.
Кроме времени солнечные часы также могут показывать дату и месяц. Для этого на них наносятся дополнительные разметки.
Важно понимать, что корректно указывать дату и месяц такие часы могут только в случае, если они «откалиброваны» строго для конкретного места установки.
Но не нужно возлагать большие надежды на самодельные солнечные часы: из-за ряда неточностей, связанных с конструированием часов, неровностью поверхности для установки, ориентированием часов в пространстве, угловым диаметром Солнца, уравнением времени и другими факторами особо точных показаний от таких часов ждать не приходится.
Рассмотрим несколько основных моделей солнечных часов, которые можно сконструировать своими руками из дерева, пластика или картона.
Экваториальные солнечные часы
Свое название такие солнечные часы получили из-за того, что плоскость их циферблата параллельна плоскости небесного экватора.
Наклон шкалы у этих часов требуется для того, чтобы даже стоящее в полном зените Солнце отбрасывало тень.
Такие часы желательно сделать в виде плоского круга, в центр которого воткнут гномон, причем таким образом, чтобы одна его часть возвышалась с одной стороны циферблата, а другая — торчала с другой. Если этого не сделать, то в период с сентября по март (в средних и высоких широтах северномго полушария) такими часами пользоваться не получится, ведь Солнце опустится ниже небесного экватора, а значит верхняя часть часов перестанет освещаться его лучами.
Экваториальные часы устанавливают так, чтобы гномон по отношению к горизонту оказался приподнят на угол, соответствующий широте местности, и указывал на географический север. В этом случае плоскость циферблата окажется параллельной плоскости небесного экватора.
Часто встречается рекомендация устанавливать солнечные часы, используя компас. Однако, зачастую это создает дополнительную погрешность, поскольку географический север далеко не всегда совпадает с магнитным, на который указывает стрелка магнитного компаса, о чем было подробно рассказано в этой статье. Кроме того, дополнительная ошибка в этом случае может возникать из-за различных магнитных девиаций.
От точки крепления гномона к циферблату в северном направлении (для средних и высоких широт северного полушария) по циферблату проводится ровная линия. Эту линию тень от гномона будет пересекать в истинный (астрономический) полдень.
С помощью транспортира или любым другим доступным способом на циферблат наносятся и другие деления в виде лучей с центром в месте крепления гномона. Угол между соседними «лучами» должен соответствовать 15 градусам — именно это угловое расстояние, как помним, Солнце, а соответственно и тень, проходят за один час.
Над центральной разметкой, соответствующей полдню, ставится цифра «12». Лучи, расположенные западнее нумеруются в обратном порядке, то есть «11», «10», «9» и так далее, а лучи, расположенные восточнее, нумеруются по возрастанию, то есть «13», «14, «15»» и так далее. В результате получается циферблат.
Аналогичная шкала делается и на нижней части часов.
Такие часы можно быстро изготовить из транспортира, однако в этом случае вместо цифр, соответствующих часам, нужно будет пользоваться отметками углов. Так, отметка в 90 градусов будет соответствовать 12 часам дня, а за каждый час тень гномона будет смещаться либо в одну, либо в другую сторону на 15 градусов, из чего делается вывод, сколько времени прошло либо должно пройти, чтобы «стрелка» оказалась на 90 градусах, то есть дала понять, что наступил полдень. Это не очень удобно, однако же и времени на сооружение таких солнечных часов уйдет минимум.
Кстати, в районе экватора такие часы будут стоять вертикально, подобно колесу. А на полюсах — горизонтально, подобно волчку во время его вращения.
В видео показано, как такие часы изготавливаются своими руками:
Несмотря на простоту конструкции, такие часы обладают недостатком: ими сложно пользоваться в дни близкие к моменту весеннего и осеннего равноденствий, поскольку плоскость движения Солнца по небосводу в этом случае располагается параллельно плоскости циферблата экваториальных солнечных часов.
При обращении к многочисленным Интернет-источникам, мне доводилось встречать информацию о том, что экваториальные солнечные часы не могут работать в указанные дни, и ни разу не попадалась информация, как определять время в этих случаях. Поэтому поделюсь своими соображениями. На самом деле все просто: нужно на стороне циферблата, противоположной направлению Солнца, сделать небольшой бортик, выступающий над поверхностью. На этом бортике тень от гномона будет видна даже в дни равноденствия.
Экваториальные солнечные часы удобны своей универсальностью, поскольку будут работать в любой точке Земли в ясный солнечный день. Однако определить с их помощью дату и месяц будет сложно из-за слишком длинной тени и ограниченных размеров циферблата. Зато с функцией календаря с легкостью справляются горизонтальные солнечные часы, о которых и поговорим далее.
Горизонтальные солнечные часы
В горизонтальных солнечных часах циферблат располагается горизонтально. Гномон в этом случае по аналогии с экваториальными часами расположен в северном (для средних и высоких широт северного полушария) направлении под углом к горизонту, равном широте местности.
Старинные солнечные часы из меди на стене крепости в крепости на горе Святого Михаила, Корнуолл, Великобритания.
Такие солнечные часы также располагаются строго по географическим сторонам света.
Пометка на циферблате, соответствующая 12 часам дня, делается по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов. В момент пересечения тени гномона этой отметки фиксируется время на обычных часах. После этого ровно через час делается следующая пометка. И так до тех пор, пока Солнце не скроется за горизонт. Все пометки соединяются прямыми с местом установки гномона — получаются своего рода лучи.
Лучи, соответствующие утренним часам, рисуются на циферблате зеркально вечерним. Далее каждый луч нумеруется по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов.
На таком циферблате также можно сделать пометки для определения даты. Для этого:
- В день летнего солнцестояния в течение дня через каждый час на циферблат наносятся пометки, соответствующие концу тени гномона.
- Отметки соединяются плавной кривой.
- Возле полученной кривой подписывается дата и месяц, в день которой были сделаны пометки.
- Аналогичные действия повторяются ровно через месяц и так до тех пор, пока не настанет день зимнего солнцестояния.
- С противоположной стороны кривых наносятся даты и месяца, соответствующие периоду с декабря по июнь. Так, июль будет соответствовать маю, август — апрелю, сентябрь — марту, октябрь — февралю, а ноябрь — январю.
Для того, чтобы приблизительно определить дату по таким часам, нужно посмотреть, на какой кривой находится конец тени гномона или между какими кривыми, а затем методом интерполяции определить приблизительную дату и месяц. Для этого конечно необходимо знать хотя бы, в какой период проводится измерение, ведь, например, 21 ноября тень будет примерно той же длины, что и 21 января.
Вертикальные солнечные часы
Вертикальные солнечные часы, как уже понятно из названия, имеют вертикально расположенный циферблат. Такой циферблат зачастую крепят к столбу или стене здания. Однако следует заметить, что для удобства такой циферблат нужно располагать строго на юг (для средних и высоких широт северного полушария) или строго на север (для средних и высоких широт южного полушария).
Подмосковье, фасад храма Серафима Саровского, вертикальные солнечные часы, выполненные из инкерманского известняка. Размер плиты — 100х50 см.
Гномон в этом случае, как и в предыдущем, должен быть наклонен под углом по отношению к горизонту равным широте местности, где устанавливаются солнечные часы.
Разметка циферблата и календаря в этих часах осуществляется аналогично горизонтальным солнечным часам.
Главный недостаток вертикальных солнечных часов — невозможность использования их в тропической и экваториальной зоне, когда расположение Солнца в полдень смещается с севера на юг или наоборот. В этом случае можно поступить по аналогии с экваториальными солнечными часами, сделав их циферблат двусторонним. Тем не менее, пользоваться календарем в таких часах не получится из-за слишком длинной тени от гномона.
По сути, на экваторе вертикальные солнечные часы являются частным случаем экваториальных солнечных часов, поскольку здесь плоскость их циферблата параллельна небесному экватору, а гномон расположен перпендикулярно этой плоскости.
Перевод астрономического времени в местное время
Для того, чтобы узнать «земное» время, зная астрономическое, определенное по солнечным часам, нужно учесть два основных момента: долготу местности, где проводится измерение времени, и уравнение времени. О том, почему это важно, и как это влияет на разницу в показаниях времени на обычных и солнечных часах, мы рассказывали здесь.
Для того, чтобы сделать поправку на первый момент, связанный с долготой, нужно вспомнить, что Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью приблизительно равной 15 градусам в час. Таким образом, можно определить разницу между астрономическим временем в этой местности и астрономическим временем в нулевом меридиане, то есть в Гринвиче.
Чтобы учесть поправку, связанную с уравнением времени, нужно иметь таблицу либо график уравнения времени. Его удобно нанести прямо на солнечные часы в том месте, где он не будет мешать другим измерениям.
Этот график показывает, насколько раньше или позже 12-ти «земных» часов в заданный день Солнце окажется в зените, то есть показывает разницу в астрономическом и «земном» времени в заданный день на «средней» долготе, по которой определяется часовой пояс.
Сделав поправку на долготу и уравнение времени, можно получить гринвичское «земное» время. А зная гринвичское время и свой часовой пояс — легко посчитать местное «земное» время.
Конечно, можно пойти и другим путем, не пытаясь вычислять время по Гринвичу, но тогда придется ориентироваться на часовые пояса, которые не всегда четко соответствуют астрономическим показаниям ввиду политической составляющей, а значит и объяснение получится более путанным.
В связи с этим рассмотрим на примере указанный ранее алгоритм.
Измерения проводятся на местности с долготой 32 градусов 30 минут восточной долготы. Дата на календаре — 20 февраля. Показания на солнечных часах — 16 часов. Нужно определить усредненное «земное» время.
Решение выглядит так:
- Рассчитывается разница с временем по Гринвичу: 32°30′ / 15 = 2 часа 9 минут. Поскольку долгота восточная, это означает, что в нулевом меридиане часы по сравнению с часами в данной местности будут отставать на 2 часа 9 минут.
- Делается поправка на уравнение времени. По таблице уравнения времени для 20 февраля находится показатель — он соответствует +13,9. То есть астрономическое время в этот день отстает от «земного» на 13,9 минут, что соответствует 13 минутам 54 секунды. Значит «земное» время (но не усредненное по часовому поясу) в данный момент будет соответствовать 16 часов + 13 минут 54 секунды = 16 часов 13 минут 54 секунды. Округляем до минут — получается 16 часов 14 минут.
- Зная «земное» (не усредненное) время в данной местности и разницу в часах с нулевым меридианом, определяется время по Гринвичу: 16 часов 14 минут – 2 часа 9 минут = 14 часов 5 минут.
- Зная часовой пояс местности (+2), в которой проводятся измерения, определяется усредненное «земное» время в этой местности: 14 часов 5 минут + 2 часа = 16 часов 5 минут.
Если солнечные часы не планируется переносить в местность с другой долготой, поправку на долготу можно написать на самих часах, чтобы всякий раз ее не пересчитывать.
Также важно при переводе астрономического времени в «земное» не забывать, что в некоторых регионах часы переводят на летнее время. Если этого не сделать, ошибка может составить 1 час.
Можно ли купить солнечные часы?
На сегодняшний день в продаже можно увидеть множество различных моделей солнечных часов. К сожалению, многие из них выполняют чисто декоративную функцию и для точных измерений времени не пригодны. Лично мне посчастливилось лишь раз лицезреть такую модель, с помощью которой действительно можно определять время.
При покупке «рабочих» солнечных часов в первую очередь следует обратить внимание на то, к какому типу они относятся. Экваториальный тип солнечных часов, как было сказано ранее, универсален, а значит есть вероятность того, что они смогут быть нормально установлены в любой местности и обеспечат корректную работу.
Такие часы должны быть оснащены механизмом, позволяющим регулировать наклон циферблата, и по возможности — вращающейся шкалой, позволяющими использовать в любой местности.
Существуют также фирмы, занимающиеся изготовлением солнечных часов под заказ, но их услуги, насколько мне известно, весьма дорогостоящие.
Исходя из этого, как мне кажется, проще самому изготовить солнечные часы из картона или фанеры. В этом случае человек не только обзаведется реально работающим инструментом, но и лучше усвоит принципы, на которых эти часы работают. А принципы эти — основополагающая вещь всех методов ориентирования по Солнцу, звездам и Луне, так необходимых путешественникам, рассматривающих риски чрезвычайных ситуаций и изучающие способы выхода из них.
Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить несколько моментов.
Для человека, оказавшегося в дикой природе, солнечные часы и гномон в частности позволят сориентироваться на местности. Переносные солнечные часы в этом плане — более универсальный инструмент, так как дают возможность найти приблизительное расположение сторон света в любой момент дня, если известно время, координаты местности, а Солнце не скрыто облаками. Со стационарными солнечными часами все еще проще: они дают возможность сориентироваться в пасмурную погоду и даже ночью, поскольку, как правило, ориентированы строго по сторонам света.
Такие функции солнечных часов, как время и дата, не столь необходимы в условиях туризма и аварийного выживания. По крайней мере, мне ни разу не доводилось слышать про то, что кто-то сильно пострадал, не узнав день календаря или местное время. Если же все-таки необходимость сориентироваться во времени по Солнцу, как по мне, проще это сделать, зная стороны света и направление на Солнце в данный момент. Да, результат будет не очень точным, и в низких широтах такой метод мало чем сможет помочь, однако и носить с собой громоздкие солнечные часы либо тратить время на сооружение их на местности из подручных материалов тоже не придется.
Если все-таки появится острая необходимость в солнечных часах, то ориентировать их стоит не по компасу, а по Полярной звезде либо по сторонам света, определенным с помощью гномона. Как было сказано ранее, магнитные полюса не совпадают с географическими, а местность, где устанавливаются солнечные часы, может находиться в зоне магнитной аномалии. Все это не даст возможности корректно установить солнечные часы, используя магнитный компас.
Автор: Максим Чечетов
Узнайте также:
Сделанные своими руками солнечные часы представляют собой устройство, с помощью которого можно определить время и украсить дачный участок. Изготовление этого прибора занимает довольно много времени, а также требует наличия определённых знаний и навыков работы. Несмотря на это, справиться с поставленной задачей сможет каждый желающий. Для этого нужно будет изучить нюансы процесса и точно следовать указаниям профессионалов.
Разновидности изделий и их устройство
Прежде чем приступать к изготовлению солнечных часов, необходимо подробно изучить конструктивные особенности этого изделия, а также выбрать одну из разновидностей. Всё это поможет лучше подготовиться к работе и получить необходимые знания.
Любой вид солнечных часов имеет примерно одинаковые составные части. Среди них:
- Гномон — прикреплённый к ровной поверхности стержень. Он выполняет функцию стрелки, а отбрасываемая им тень помогает точно определить время.
- Кадран — плоская поверхность, на которую нанесена специальная разметка. Эта деталь конструкции используется в качестве циферблата.
Первые солнечные часы стали изготавливать ещё до нашей эры. За несколько тысячелетий конструкция устройства практически не изменилась и не стала более сложной. Благодаря этому каждый дачник сможет легко смастерить такое изделие у себя на участке.
За всю историю развития солнечных часов было придумано только 3 их разновидности:
- Горизонтальные. Главной особенностью этих часов является способность показывать время не только в летом, но и осенью или зимой. Подобной функцией не обладает ни один другой вид устройства, что делает горизонтальные часы самыми универсальными и популярными. Гномон такой конструкции располагают относительно горизонтали под углом, который равен географической широте того или иного региона. В большинстве случаев устройства этого типа устанавливают на цветочной клумбе, газоне или искусственном водоёме. При изготовлении горизонтальных часов можно использовать любые подручные материалы, что значительно снижает финансовые затраты.
- Вертикальные. Отличительной чертой этой конструкции является то, что все её детали устанавливают на стенах строений, заборах и столбах. Кадран такого устройства обязательно должен быть направлен на юг. При этом угол между ним и полуденной линией не может превышать 90 градусов. Сделанный своими руками гномон лучше расположить не в центре циферблата, а немного выше него. Кроме этого, вторую главную деталь конструкции нужно также направлять на юг.
- Экваториальные. Такая разновидность солнечных часов популярна в северных регионах. Это обусловлено тем, что они могут правильно показывать время лишь с 22 марта по 22 сентября. Именно в этот период и проводят все дачные работы. В южных регионах точные данные будут доступны только поздней осенью и зимой. При самостоятельном изготовлении таких часов следует помнить, что кадран должен быть расположен параллельно небесному экватору.
Подготовительные мероприятия
Перед началом работы обязательно нужно провести несколько подготовительных мероприятий. Они помогут тщательно продумать конструкцию изделия и снизить вероятность допущения каких-либо ошибок.
Выбор материалов
Самая трудная часть подготовки заключается в выборе материала, из которого будут изготовлены самодельные часы. Во время выполнения этой работы нужно учитывать различные факторы, которые будут влиять на привлекательность изделия и его характеристики (прочность, устойчивость к атмосферным осадкам, морозостойкость и другие).
Для кадрана рекомендуется выбирать следующие материалы:
- камень;
- металл;
- пластик;
- цемент;
- обработанная древесина;
- гравий.
При этом важно, чтобы эта деталь конструкции была светлой. В противном случае на ней трудно будет увидеть отбрасываемую тень.
В качестве другого главного элемента часов (гномона) можно использовать:
- пластиковые штыри;
- спицы для вязания;
- длинные гвозди;
- металлические прутья.
Определение места
Наиболее интересным подготовительным этапом является выбор места, где будет располагаться самодельное устройство. В этой работе нужно учитывать стандартные рекомендации, которые подойдут для каждого вида солнечных часов.
Основные правила:
- Располагать самодельное устройство нужно на открытых участках, куда всегда будут попадать солнечные лучи.
- Свободного место должно быть столько, чтобы можно было расположить циферблат диаметром не менее 4 м.
- Вокруг изделия не должно быть высоких деревьев, кустарников или трав, которые будут отбрасывать свою тень на циферблат.
- При выборе места для часов следует убедиться в отсутствии нависающих проводов. В противном случае они будут отбрасывать тень и затруднять процесс определения времени.
- Вертикальные часы нужно располагать на южной стене здания.
Процесс изготовления
Самостоятельно сделать горизонтальные, вертикальные или экваториальные часы сможет каждый. Для этого нужно заранее подготовить требуемые материалы и изучить все тонкости работы.
Горизонтальная конструкция
Это самые простые часы, сделать которые можно за минимальное количество времени. В дачный сезон (период с марта по сентябрь) они будут точно показывать время. Однако уже в октябре их нужно корректировать.
Процесс изготовления состоит из следующих этапов:
- Первым делом берут лист фанеры или пластика и наносят на него очертания треугольного гномона. При этом один из углов должен быть прямым, а другой — соответствовать широте региона.
- Ручным или электрическим лобзиком выпиливают главную деталь конструкции.
- С помощью компаса или специального мобильного приложения устанавливают изготовленный гномон. Его располагают так, чтобы острый угол был направлен на север.
- На следующем этапе начинают изготовление кадрана. Эту деталь лучше вырезать из металла или дерева.
- Основу конструкции покрывают влагоотталкивающими составами, которые защитят материал от негативного воздействия дождя и снега.
- Нанесение разметки начинают с линии, соответствующей 6 и 18 часам. Её располагают горизонтально и перпендикулярно гномону.
- Затем берут будильник и каждый час делают пометки на циферблате в тех местах, где находится тень от гномона.
- В самом конце готовое изделие декорируют, стараясь гармонично вписать его в окружающую среду.
Вертикальное приспособление
Изготовление этого прибора своими руками занимает довольно много времени. При этом мастеру нужно будет учитывать множество нюансов, которые помогут правильно расположить и разметить часы.
Пошаговая инструкция:
- Работу начинают с вырезания кадрана. Для вертикальных часов лучше использовать более лёгкие материалы, при закреплении которых на стене не нужно будет создавать дополнительные конструкции.
- С помощью различных измерительных приборов определяют расположение центра циферблата.
- От него отступают несколько сантиметров вверх и отмечают место установки гномона.
- От этой точки опускают отвес (какой-либо груз на длинной верёвке или леске), по которому чертят линию, соответствующую полудню.
- В заранее намеченном месте просверливают отверстие для крепления гномона.
- Часть этой детали, которая будет располагаться в стене, расплющивают при помощи молотка. Это позволит избежать случайных проворачиваний.
- После этого крепят гномон, стараясь повернуть его так, чтобы он располагался перпендикулярно стене.
- С помощью хронометра каждый час отмечают местоположение тени.
- Готовые вертикальные часы украшают и покрывают прозрачным защитным составом.
Экваториальные часы
Такое устройство отличается хорошей точностью и простотой изготовления. Смастерить его своими руками сможет даже подросток. Для этого нужно будет выполнить такие действия:
- Из пластика или фанеры вырезают квадратное основание.
- С помощью транспортира на него наносят деления через каждые 15 градусов.
- В середине циферблата крепят металлический стержень. Его размер выбирается в зависимости от величины часов.
- После этого кадран устанавливают на специальную подставку, которая позволяет выбрать правильный наклон.
- Затем выполняют корректировку расположения циферблата, добиваясь того, чтобы гномон был направлен на север.
- Каждый час следят за перемещением тени и делают необходимые отметки на циферблате.
Полезные советы
Для того чтобы готовое изделие получилось максимально точным и красивым, необходимо учитывать советы опытных дачников. Они укажут новичкам на некоторые важные моменты, которые можно упустить из виду.
Рекомендации профессионалов:
- Изначально любая конструкция размечается из расчёта, что полдень наступает в 12 часов. Однако в каждом регионе отсутствие тени можно наблюдать в разное время. Из-за этого нужно будет вносить корректировку в разметку.
- Перед тем как начинать изготовление устройства из камня или металла, необходимо потренироваться на более дешёвом материале (например, на фанере).
- Если нужно, чтобы часы показывали точное время на протяжении всего года, необходимо делать 2 циферблата. Первый будет полезен в период с ноября по февраль, а второй — с марта по октябрь.
- Лучше всего делать круглый или квадратный циферблат. Это значительно упростит работу и поможет точнее определять время.
- Устройство работает только от рассвета до заката. Из-за этого на циферблат можно не наносить разметку, соответствующую ночному времени суток.
Самостоятельно сделать солнечные часы сможет даже подросток. Но для этого нужно будет тщательно подготовиться к работе и следовать указаниям инструкции или знающих людей. Если получится правильно выполнить все действия, то на участке появится оригинальное и полезное украшение.
Солнечные часы своими руками: фото на даче
Сделать солнечные часы своими руками совсем не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Такие часы достаточно надежны, поскольку ускоряют свой бег и отстают незначительно. Поэтому-то так охотно их сооружали 3,5 тысячи лет назад и египтяне, и китайцы, и греки, и индусы, и инки.
Создание солнечного хронометра — прекрасный досуг для родителей с детьми. Это полезное занятие расширит астрономические познания школьника. Простые часы можно изготовить из вполне доступных исходных материалов. Если поместить такой хронометр на лоджии или даче, он станет оригинальным украшением.
Солнечные часы работают только в дневное
Экваториальные часы
Почему экваториальные? Потому что их кадран (циферблат) расположен параллельно плоскости экватора Земли, а гномон (стрелка), отбрасывающий солнечную тень, параллельно оси нашей планеты. Такой хронометр — самый легкий вариант даже для начинающего умельца. Правда, есть у него недостаток: время он показывает лишь полгода, а на зиму будет «уходить в отпуск», поскольку оказывается в тени.
Устройство солнечных часов
Вам потребуются материалы, которым непогода нипочем:
- для кадрана: светлый металлический либо пластиковый лист или мраморная плита, декоративный валун;
- транспортир;
- для гномона: штырь, толстый гвоздь или большая вязальная спица любой длины;
- для обустройства часов на приусадебном участке, даче: цемент, гравий.
Фото 1: Устанавливаем часы на постоянное место
Разметка секторов (часов) на кадране делается через каждые 15° с помощью транспортира.
Важно установить часы точно. Необходимый угол наклона кадрану придает подставка. То есть ее высота и будет углом наклона. У каждой местности он свой. Так, для Петербурга: 90° — 60° = 30° северной широты. А для Сочи: 90° — 44° = 46°. Широту вашей местности можно быстро узнать в интернете.
Найдя угол наклона кадрана, нужно вставить в его центр перпендикулярно гномон. Водружаем часы на постоянное место, направляя острие на север (см. фото 1).
Горизонтальные часы
Как сделать солнечные часы этого типа? Тоже весьма несложно. Их кадран должен быть параллельным по отношению к горизонту. Гномон изготавливаем в форме треугольника. Его сторона наклонена к плоскости кадрана под углом, который соответствует географической широте вашей местности. Преимущество таких часов в том, что время они показывают круглый год. Правда, поздней осенью и зимой показания их требуют определенной поправки на погрешность.
Сначала выпиливаем из листа пластика или фанеры треугольный гномон. Один из его углов должен быть прямым, а второй — соответствовать географической широте вашего района. То есть для петербуржцев это треугольник с углами 90° и 30°, а для сочинцев — 90° и 46°.
Фото 2: При установки учитываем географическую широту своего района
Устанавливаем треугольник на месте, где будут находиться часы, ориентируясь по компасу, острием на север (см. рис. 2). При этом важно соблюсти такие условия:
- линия кадрана от 6 до 18 часов должна располагаться абсолютно горизонтально;
- линия от 12 до 24 часов «смотрит» в направлении север — юг;
- плоскость кадрана наклонена на север, чтобы угол между гномоном и плоскостью горизонта соответствовал географической широте вашего района.
Потом заводим будильник и каждый час отмечаем на кадране течение времени дня, то есть чертим круг, делим его на 24 одинаковых сектора по 15° (360° : 24 часа = 15°) и наносим обозначения часов. Гномон укрепляем на кадране перпендикулярно его поверхности.
После этого солнечный хронометр можно раскрасить, покрыть лаком, красиво декорировать цветами, игрушками, статуэтками — тут для фантазии нет предела. Горизонтальные часы отлично смотрятся на газоне, клумбе, в садовом водоеме. В интернете очень много фото оригинальных решений.
Вертикальные часы
Их обычно размещают на любой вертикальной стене. Кадран в данном случае направлен точно на юг: либо под перпендикуляром к полуденной линии, либо под острым углом к ней.
Гномон нужно закрепить повыше центра кадрана. Он должен отклоняться на угол, равный 90° минус градус северной широты вашего места жительства. Часовые отметки на кадране тоже определяются через равные промежутки в 15°.
Нередко домашние умельцы отдают предпочтение смешанному типу солнечных хронометров. То есть на 1/2 угла наклоняют и кадран, и гномон. Хронометры такого устройства смотрятся более эффектно.
Солнечные часы любого типа работают, разумеется, только в дневное время и лишь тогда, когда на небе сияет небесное светило, поэтому нет смысла наносить на кадран «ночные» часы. Также следует иметь в виду, что не нужно укреплять часы слишком жестко, иначе нельзя будет корректировать их работу. Ведь из-за колеблющейся длительности светового дня весной часы будут немного спешить, а осенью отставать.
Оцените статью:
Загрузка…Сохраните ссылку чтобы не потерять, она Вам понадобиться:
Солнечные часы для дачи. Очень просто.
С самого детства у меня было какое-то благоговейное отношение к солнечным часам. Я все никак не могла понять, как же они могут точно показывать время, если солнце то появится, то скроется, садится зимой в одной стороне, а летом совсем в другой.
Теперь я выросла, немножко поумнела, опять же Яндекс любимый мне в помощь
.
Поделюсь, если кому интересно своими «открытиями».
Солнечные часы могут быть горизонтальными (на земле или специальном постаменте), вертикальными (на стене дома), экваториальными (не пугайтесь, просто они устанавливаются на земле или постаменте под углом). Угол рассчитывается очень просто от 90 градусов отнимается широта того места, где вы хотите установить часы.
Я решила делать экваториальные часы.
Для кадрана (циферблата) в качестве основы взяла керамогранит 50 на 50 см. Разметка очень простая. Нам нужно разместить 24 цифры, т.е. через каждые 15 градусов.
Чтобы не перегружать циферблат, все 24 цифры наносить не нужно, ночью ведь все равно ничего не видно.
В центре циферблата нужно предусмотреть место и механизм крепления гномона (нашей палочки, которая будет отбрасывать тень, т.е. показывать время).
Гномон в экваториальных часах устанавливается строго перпендикулярно циферблату. Кстати, экваториальные часы так называются потому что кадран устанавливается параллельно экватору, а гномон параллельно земной оси.Во, как научно-заумно, на самом деле все очень просто.
Для Подмосковья географическая широта 56 градусов. Значит угол установки нашего циферблата (кадрана) 90-56=34 градуса. Теперь осталось только сориентировать часы строго на север. Есть несколько способов:
1. По компасу.
2. Спросить у соседей.
3. Ровно в 12 часов поставить циферблат на землю (или подставку) под углом 34 градуса и таким образом, чтобы наша часовая стрелка (гномон) отбрасывал тень на цифру 12 (она располагается в самом низу).
Мои солнечные часы переносные, пользоваться ими я буду только в период весна-лето-осень, и если вдруг захочется — мои стрекозки легко смогут перелететь в любой уголок участка.
Всем теплого лета и хорошего урожая))).
Карманные солнечные часы своими руками » Я Устал
Предлагаю вашему вниманию занимательную поделку, сделанную своими собственными руками из подручных материалов. С одной стороны это просто игрушка, сувенир, а с другой- серьёзная вещь, для пользования которой требуются некоторые знания и навыки в таких областях науки как астрономия, география, математика и физика. Речь пойдёт о древнем приборе для определения времени- солнечных часах, о которых наверняка все слышали, некоторые даже видели, кто-то возможно даже делал. Подробно расписывать принцип работы и конструкции стационарных часов думаю нужды нет, в интернете очень подробно всё описано, остановлюсь лишь на нескольких деталях и особенностях.
Для построения данной конструкции нам понадобятся:
1. Фанера 3-х слойная 4 мм
2. Компас с сухой стрелкой
3. Латунь листовая толщиной 1мм.
4. Провод медный ø 0,8-1мм.
Инструментальный набор таков:
1. Ножовка по дереву
2. Очень острый нож
3. Лобзик обычный (не электро)
4. Чертёжный инструмент (циркуль, транспортир, линейка и тд)
5. Ножницы по металлу
6. Паяльник
7. Набор надфилей
8. Строительный фен
9. Наждачная бумага различной зернистости
10. При желании аппарат для выжигания
Из названия статьи уже становится понятно, что данный прибор является мобильным, то есть переносным, которому для определения времени необходима ориентация относительно земных координат, а именно: полуденная линия часов должна совпадать с направлением меридиана. Для этого в конструкции был установлен компас. Кстати, эти часы будут корректно показывать время только в той местности, координаты которой использовались в расчётах. Долгота места определяет угол наклона гномона (стрелки часов) и часовые деления кадрана (циферблата ), а широта имеет значение для поправки местного времени к часовому поясу (гражданскому времени).
Наши часы будут состоять из следующих элементов:
1 Компас . Для более точной ориентировки направления на север в часах применён немного доработанный обычный стрелочный компас. Доработка заключается в том, что картушка компаса наклеена непосредственно на стрелку, и не просто наклеена, а с корректировкой магнитного склонения ( для нашей местности это составляет 11°, что может дать ошибку около часа)
Для начала разобрал компас на составные части:
Понравившийся рисунок картушки просто скачал из интернета, распечатал в нужном размере на фотобумаге и наклеил на стрелку с учётом магнитного склонения, благо градуировка на картушке уже имелась
С балансировкой пришлось повозиться подшкуривая обратную сторону.
И ещё одна функция такого компаса- картушка, помимо указания направления на север, работает как уровень для установки плоскости часов в горизонтальном положении. Конечно лучше было бы дополнительно установить пузырьковый уровень, но за неимением оного решил, что установка горизонтальности по картушке будет достаточно для игрушки-сувенира, сверять по ним куранты никто не будет.
2 Кадран (циферблат) у горизонтальных часов отличается от экваториального тем, что углы между часовыми метками расположены неравномерно. Для горизонтальных солнечных часов разметку кадрана можно сделать тремя способами :
— Первый способ самый лёгкий, но не точный, просто нужно установить часы, строго сориентировав их, и затем каждый час делать отметку на кадране и таким образом разметить весь циферблат. Делать это лучше в дни, когда поправка уравнения времени близка к нулю (см. «Аналемма»). И показывать такие часы будут уже приведённое гражданское время, учитывающее поправку по долготе.
— Второй способ — разметка при помощи геометрических построений, для него нужны карандаш, транспортир и циркуль.
Чертим две взаимно перпендикулярные линии и отмечаем точку А.
Из которой проводим линию АС, чтобы угол САВ был равен широте нашей местности.
Из точки В проводим перпендикуляр на линию АС и обозначаем точкой D
Далее из точки В проводим окружность радиусом ВD до пересечения с прямой АВ, и отмечаем точку О. Теперь используя эту точку в качестве центра чертим окружность радиусом ОВ, и делим её на секторы по 15°, продлевая каждый луч до линии ВС. Точки пересечения лучей с линией определят часовую разметку наших часов.
Соединяя эти точки с точкой А получаем половину циферблата, вернее его четверть так как часовые линии с 6 до 12 симметричны линиям с 12 до 18 относительно оси АВ, а отметки с 18 до 6 часов ( назовём их ночными) симметричны дневным.
— Ну и наконец третий способ- тригонометрический или расчётный. Определяем углы часовых линий по формуле: tg α = sin φ x tg t
Где α- часовой угол на кадране
φ- широта места
t- временной отрезок, выраженный в градусной мере (из расчёта 1ч- 15°)
Например для моего случая угол между линиями 11 и 12 часов составит sin57°x tg15°= 0,8386х0,2679 = 0,2247, что соответствует 12,6°, вот почему, повторюсь ещё раз, картушка компаса скорректирована на величину магнитного склонения ( 11°).
Получасовые и четвертьчасовые линии достаточно просто разметить делением часового участка.
Итак, одним из последних двух способов, кадран был нами размечен. Получившаяся разметка будет показывать нам местное среднее время, которое отличается от поясного (гражданского) времени на величину, зависящую от долготы места наблюдения.
Как известно, отсчёт времени идёт от гринвичского меридиана (GMT), и далее через 15° меняются часовые пояса. Для Московского времени (МСК) часовой пояс GMT +3, но и это условно относительно истинного солнечного времени, например разница истинного и поясного времени в Москве составляет 29 минут 40 секунд . Это означает, что когда куранты на Красной площади отбивают полночь, истинная полночь по солнечному времени наступит только через полчаса. В моей местности разница составляет 31 минуту, поэтому и деления смещены на полчаса. Вот как это выглядит на готовом изделии:
3 Гномон (стрелка) по определению должен быть складным. Задача состояла в том, чтобы выдерживать угол широты и вертикальность плоскости установки. Можно конечно просто укладывать его набок, но в таком случае размеры получались небольшими и гномон как бы терялся на плоскости часов, посему решено было сделать эту деталь подъёмной. В этом случае и длину можно увеличить до нужных пропорций, и вертикальность выдерживается в приемлемых пределах ( люфт гномона в пределах 1°), и угол широты места устанавливается подтачиванием пятки гномона, который в последующем не меняется.
Детали выполнены из латуни толщиной 1мм. Выбор материала обусловлен тем, что он должен быть немагнитным, чтобы не обманывать компас, и хорошо поддавался пайке мягкими припоями.
4 Анале́мма (греч. ανάλημμα, «основа, фундамент») — кривая, соединяющая ряд последовательных положений центральной звезды планетарной системы (в нашем случае — Солнца) на небосводе одной из планет этой системы в одно и то же время суток в течение года (Википедия).
Иными словами эта кривая показывает на сколько спешат или отстают наши часы относительно среднего времени. Так например в октябре Солнце оказывается в зените на 16 минут раньше, а в феврале на 14 минут позже полудня по среднегодовому времени. Связано это явление с эллиптичностью орбиты и наклоном оси Земли. Не будем вдаваться в подробности, нам важно знать сколько минут в какой день нужно прибавить или отнять от показания наших солнечных часов чтобы относительно точно определить время. Для этого мы эту красивую загогулину расположим на внутренней поверхности крышки.
Теперь собираем всё вышеуказанное воедино.
Условно разделим наш прибор на две части- собственно солнечные часы и крышку (у нас же они карманные, значит будут иметь вид портсигара). Из листа фанеры нарезаем пять прямоугольников размером 100х120 мм.
У заготовок срезаем углы по 15мм. с каждой стороны, как видно на деталях крышки:
Для установки гномона и компаса прорезаем отверстия в заготовках кадрана с обратной стороны и следующей за ним подложкой. Гномон заглубляем так, чтобы ось его поворота лежала в плоскости кадрана срезая один слой фанеры (он чуть больше 1мм.).
Склеиваем детали, затем, как в анекдоте, тщательно обрабатываем напильником, а если быть точнее торцевые части оклеиваем шпоном из той же фанеры и обрабатываем наждачкой . Петли, соединяющие крышку с корпусом сделаны из медной проволоки и вклеены с помощью эпоксидной смолы.
Ну а далее занимаемся украшательством, чтобы наша поделка не выглядела как простая фанерная коробка, на крышку налепим стилизованный рисунок Солнца
А чтобы придать старинный вид обработаем изделие феном. В результате получаем вот такую игрушку для взрослых.
Заключение. Мне кажется такой подарок для подростка гораздо интереснее и полезнее любого новомодного гаджета, купленного в магазине (тем более уже ни чем не удивишь). По меньшей мере эта вещь заставляет работать мозги, ну а если ещё и разбудит любопытство узнать подробности в науках- это будет просто замечательно.
Как сделать солнечные часы своими руками?
Солнечные часы — 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:
- Экваториальные. Поверхность с циферблатом будет наклонена относительно земли на градус, соотносящийся с широтой местности. Также она должна быть повернута «лицом» к Полярной звезде, то есть по направлению к северу. Стрелка тут перпендикулярна циферблату — она может быть обычным штырьком, стержнем. Разметка со временем наносится через каждые 15 градусов.
- Горизонтальные. Циферблат кладется на какую-либо поверхность так, чтобы он был параллелен земле. Или лежал на ней самой. Со стрелкой здесь сложнее — она представляет собой треугольник с углом, равным широте конкретной местности. Направлена стрелка на север. Циферблат разделяется на отметки времени по специальной формуле.
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:
- Чертим на картоне квадрат-циферблат.
- Из его середины будут расходиться отрезки для часовой разметки. Откладываем их строго из середины квадрата через каждые 15°.
- Теперь по разметкам наносим время. Верхний ряд (слева направо) — 21, 24, 3. Левая сторона — 18. Правая сторона — 6. Нижний ряд (слева направо) — 15, 12, 9. Как мы видим, перед нами 24-часовые часы.
- Разбираем далее, как сделать солнечные часы своими руками. Высчитываем градус их наклона: 90 — широта местоположения вашего населенного пункта. В случае с Москвой будет так: 90 — 55 = 35°.
- Для чего нам нужен этот показатель? С двух сторон квадратного циферблата нам надо дочертить треугольники-подпорки для него, которые помогут разместить табло под высчитанным углом.
- Отсюда угол подпорки, прилегающей к нижней части циферблата (с разметкой 15, 12, 9), должен быть равен найденному. В случае с Москвой это 35°.
- Дело за малым — осталось установить стрелку. Ею может стать стержень (например, от ручки), палочка или иной длинный узкий и гладкий предмет.
- Острую стрелку мы просто втыкаем в середину квадратного циферблата.
- Для более широких стрелок шилом или острием циркуля в табло проделывается подходящее отверстие. Закрепляется деталь с обратной стороны с помощью скотча.
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!
Карманные солнечные часы своими руками
Предлагаю вашему вниманию занимательную поделку, сделанную своими собственными руками из подручных материалов. С одной стороны это просто игрушка, сувенир, а с другой- серьёзная вещь, для пользования которой требуются некоторые знания и навыки в таких областях науки как астрономия, география, математика и физика. Речь пойдёт о древнем приборе для определения времени- солнечных часах, о которых наверняка все слышали, некоторые даже видели, кто-то возможно даже делал. Подробно расписывать принцип работы и конструкции стационарных часов думаю нужды нет, в интернете очень подробно всё описано, остановлюсь лишь на нескольких деталях и особенностях.
Для построения данной конструкции нам понадобятся:
1. Фанера 3-х слойная 4 мм
2. Компас с сухой стрелкой
3. Латунь листовая толщиной 1мм.
4. Провод медный ø 0,8-1мм.
Инструментальный набор таков:
1. Ножовка по дереву
2. Очень острый нож
3. Лобзик обычный (не электро)
4. Чертёжный инструмент (циркуль, транспортир, линейка и тд)
5. Ножницы по металлу
6. Паяльник
7. Набор надфилей
8. Строительный фен
9. Наждачная бумага различной зернистости
10. При желании аппарат для выжигания
Из названия статьи уже становится понятно, что данный прибор является мобильным, то есть переносным, которому для определения времени необходима ориентация относительно земных координат, а именно: полуденная линия часов должна совпадать с направлением меридиана. Для этого в конструкции был установлен компас. Кстати, эти часы будут корректно показывать время только в той местности, координаты которой использовались в расчётах. Долгота места определяет угол наклона гномона (стрелки часов) и часовые деления кадрана (циферблата ), а широта имеет значение для поправки местного времени к часовому поясу (гражданскому времени).
Наши часы будут состоять из следующих элементов:
1 Компас . Для более точной ориентировки направления на север в часах применён немного доработанный обычный стрелочный компас. Доработка заключается в том, что картушка компаса наклеена непосредственно на стрелку, и не просто наклеена, а с корректировкой магнитного склонения ( для нашей местности это составляет 11°, что может дать ошибку около часа)
Для начала разобрал компас на составные части:
Понравившийся рисунок картушки просто скачал из интернета, распечатал в нужном размере на фотобумаге и наклеил на стрелку с учётом магнитного склонения, благо градуировка на картушке уже имелась
С балансировкой пришлось повозиться подшкуривая обратную сторону.
И ещё одна функция такого компаса- картушка, помимо указания направления на север, работает как уровень для установки плоскости часов в горизонтальном положении. Конечно лучше было бы дополнительно установить пузырьковый уровень, но за неимением оного решил, что установка горизонтальности по картушке будет достаточно для игрушки-сувенира, сверять по ним куранты никто не будет.
2 Кадран (циферблат) у горизонтальных часов отличается от экваториального тем, что углы между часовыми метками расположены неравномерно. Для горизонтальных солнечных часов разметку кадрана можно сделать тремя способами :
— Первый способ самый лёгкий, но не точный, просто нужно установить часы, строго сориентировав их, и затем каждый час делать отметку на кадране и таким образом разметить весь циферблат. Делать это лучше в дни, когда поправка уравнения времени близка к нулю (см. «Аналемма»). И показывать такие часы будут уже приведённое гражданское время, учитывающее поправку по долготе.
— Второй способ — разметка при помощи геометрических построений, для него нужны карандаш, транспортир и циркуль.
Чертим две взаимно перпендикулярные линии и отмечаем точку А.
Из которой проводим линию АС, чтобы угол САВ был равен широте нашей местности.
Из точки В проводим перпендикуляр на линию АС и обозначаем точкой D
Далее из точки В проводим окружность радиусом ВD до пересечения с прямой АВ, и отмечаем точку О. Теперь используя эту точку в качестве центра чертим окружность радиусом ОВ, и делим её на секторы по 15°, продлевая каждый луч до линии ВС. Точки пересечения лучей с линией определят часовую разметку наших часов.
Соединяя эти точки с точкой А получаем половину циферблата, вернее его четверть так как часовые линии с 6 до 12 симметричны линиям с 12 до 18 относительно оси АВ, а отметки с 18 до 6 часов ( назовём их ночными) симметричны дневным.
— Ну и наконец третий способ- тригонометрический или расчётный. Определяем углы часовых линий по формуле: tg α = sin φ x tg t
Где α- часовой угол на кадране
φ- широта места
t- временной отрезок, выраженный в градусной мере (из расчёта 1ч- 15°)
Например для моего случая угол между линиями 11 и 12 часов составит sin57°x tg15°= 0,8386х0,2679 = 0,2247, что соответствует 12,6°, вот почему, повторюсь ещё раз, картушка компаса скорректирована на величину магнитного склонения ( 11°).
Получасовые и четвертьчасовые линии достаточно просто разметить делением часового участка.
Итак, одним из последних двух способов, кадран был нами размечен. Получившаяся разметка будет показывать нам местное среднее время, которое отличается от поясного (гражданского) времени на величину, зависящую от долготы места наблюдения.
Как известно, отсчёт времени идёт от гринвичского меридиана (GMT), и далее через 15° меняются часовые пояса. Для Московского времени (МСК) часовой пояс GMT +3, но и это условно относительно истинного солнечного времени, например разница истинного и поясного времени в Москве составляет 29 минут 40 секунд . Это означает, что когда куранты на Красной площади отбивают полночь, истинная полночь по солнечному времени наступит только через полчаса. В моей местности разница составляет 31 минуту, поэтому и деления смещены на полчаса. Вот как это выглядит на готовом изделии:
3 Гномон (стрелка) по определению должен быть складным. Задача состояла в том, чтобы выдерживать угол широты и вертикальность плоскости установки. Можно конечно просто укладывать его набок, но в таком случае размеры получались небольшими и гномон как бы терялся на плоскости часов, посему решено было сделать эту деталь подъёмной. В этом случае и длину можно увеличить до нужных пропорций, и вертикальность выдерживается в приемлемых пределах ( люфт гномона в пределах 1°), и угол широты места устанавливается подтачиванием пятки гномона, который в последующем не меняется.
Детали выполнены из латуни толщиной 1мм. Выбор материала обусловлен тем, что он должен быть немагнитным, чтобы не обманывать компас, и хорошо поддавался пайке мягкими припоями.
4 Анале́мма (греч. ανάλημμα, «основа, фундамент») — кривая, соединяющая ряд последовательных положений центральной звезды планетарной системы (в нашем случае — Солнца) на небосводе одной из планет этой системы в одно и то же время суток в течение года (Википедия).
Иными словами эта кривая показывает на сколько спешат или отстают наши часы относительно среднего времени. Так например в октябре Солнце оказывается в зените на 16 минут раньше, а в феврале на 14 минут позже полудня по среднегодовому времени. Связано это явление с эллиптичностью орбиты и наклоном оси Земли. Не будем вдаваться в подробности, нам важно знать сколько минут в какой день нужно прибавить или отнять от показания наших солнечных часов чтобы относительно точно определить время. Для этого мы эту красивую загогулину расположим на внутренней поверхности крышки.
Теперь собираем всё вышеуказанное воедино.
Условно разделим наш прибор на две части- собственно солнечные часы и крышку (у нас же они карманные, значит будут иметь вид портсигара). Из листа фанеры нарезаем пять прямоугольников размером 100х120 мм.
У заготовок срезаем углы по 15мм. с каждой стороны, как видно на деталях крышки:
Для установки гномона и компаса прорезаем отверстия в заготовках кадрана с обратной стороны и следующей за ним подложкой. Гномон заглубляем так, чтобы ось его поворота лежала в плоскости кадрана срезая один слой фанеры (он чуть больше 1мм.).
Склеиваем детали, затем, как в анекдоте, тщательно обрабатываем напильником, а если быть точнее торцевые части оклеиваем шпоном из той же фанеры и обрабатываем наждачкой . Петли, соединяющие крышку с корпусом сделаны из медной проволоки и вклеены с помощью эпоксидной смолы.
Ну а далее занимаемся украшательством, чтобы наша поделка не выглядела как простая фанерная коробка, на крышку налепим стилизованный рисунок Солнца
А чтобы придать старинный вид обработаем изделие феном. В результате получаем вот такую игрушку для взрослых.
Заключение. Мне кажется такой подарок для подростка гораздо интереснее и полезнее любого новомодного гаджета, купленного в магазине (тем более уже ни чем не удивишь). По меньшей мере эта вещь заставляет работать мозги, ну а если ещё и разбудит любопытство узнать подробности в науках- это будет просто замечательно.
Источник
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано
Еще раз напомню, что посты теперь можно читать на канале в Телеграме
и как обычно в инстаграме. Жмите на ссылки, подписывайтесь и комментируйте, если вопросы по делу, я всегда отвечаю.
Жми на кнопку, чтобы подписаться на «Как это сделано»!