В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Как пользоваться солнечными часами?», а также дать полезные рекомендации по теме. Что из этого получилось, читайте далее.
Привет, пикабу. 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). Ну и опять же — когда понятен принцип конструкции часов, вы вольны проявить фантазию, как это оформить/украсить — цветы, трава, камешки, прочее.
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.
Далее смотрите на картинку:
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. Ниже приведён 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 сегодняшнего 2 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 откроем погодный сайт яндекса, 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. Я пользуюсь своей программой Day-night, и она сегодня для Перми выдаёт время полудня = 13:11:45.
1. Вышеприведённый график — 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).
3. Если хотите, можете сразу рассчитать циферблат для вашей местности с помощью, скажем, программы Shadows, взять из этого расчета углы и сразу отмерить их на земле, вместо того, чтобы бегать целый день и ставить отметки по солнечной тени.
В заключение в качестве иллюстрации могу привести одни из своих часов, сделанные «из топора».
Спасибо за внимание. Надеюсь, текст получился не слишком закрученным. Будут вопросы — задавайте.
Если тема окажется востребованной и поступят запросы, могу в следующий раз рассказать, как рассчитать еще один тип подходящих для дачи солнечных часов — аналемматические — в которых гномоном служит человек, который становится в разные места в зависимости от текущего месяца:
Столб, которым пользовались как часами, назывался гномоном. Солнечные часы — прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением солнца на небе. Одни из первых солнечных часов, найденных в захоронении Наут (Ирландия), датируются 5000 годом до нашей эры. Обелиски Древнего Египта и Вавилона использовались для определения времени дня по длине тени.
Совершенствованием солнечных часов занимались величайшие философы и математики Древней Греции — Анаксимандр, Анаксимен, Евдокс, Аристарх. У древних народов не было деления суток на 24 равные части. На 12 часов они делили световой день, от рассвета до захода солнца, поэтому в разное время года длина часа была разной. В древних солнечных часах — скафисе — время определялось по длине тени, отбрасываемой гномоном на поверхность сферической выемки, размеченной сложными кривыми. С введением равных часов дня и ночи время стали определять не по длине тени, а по ее направлению.
Простейшие солнечные часы показывают солнечное время, то есть, не учитывают деление Земли на часовые пояса. Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии солнца. В солнечный день любой столб отбрасывает тень. Чтобы узнать, сколько времени, люди мерили тень шагами. Утром она была длиннее, в полдень становилась совсем коротенькой, а к вечеру опять удлинялась. У многих народов эти обелиски служили одновременно для почитания культа бога Солнца.
Во внутреннем дворике Музея древностей Керченского историко-культурного заповедника выставлена действующая модель солнечных часов. Теперь любой желающий может увидеть, как измеряли время древние греки, жившие на территории Керчи сотни лет назад. Это действующая модель, оригинал хранится в экспозиции, посетители музея могут его увидеть. Копия часов установлена с учетом всех местных особенностей и действительно отсчитывает время в солнечный день.
Различают солнечные часы горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг). Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы. Кроме часов из драгоценных и обычных металлов, камня, дерева и бумаги, люди изыскивали и примитивные способы измерения времени по тени, когда единственным пособием для этого была человеческая рука с пятью пальцами.
Простейшим способом измерения времени с помощью так называемых солнечных часов было то, что левую руку поворачивали ладонью вверх и ее направленный вверх большой палец выполнял роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени сохранялся среди сельского населения весьма долгое время. В качестве теневого указателя достаточно было короткой веточки длиной с мизинец, которую держали перпендикулярно между мизинцем и безымянным пальцем.
В этих часах тень отбрасывает “гномон” — различный по форме объект, по тени от которого определяется угловая высота Солнца.
Гномон может быть, например, тонким стержнем или фигурой с острым краем. С перемещением Солнца в течение суток — перемещается тень от гномона и падает на отметку с определенным часом. Чтобы показывать корректное время — все солнечные часы должны быть сопоставлены с осью вращения Земли. В большинстве конструкций форма должна указывать на настоящий астрономический север (не путать с Северным или Южным полюсом). Поэтому форма горизонтально ориентированных часов должна соответствовать географической широте. Совершенно нормально для недорогих декоративных часов показывать не совсем корректное время, в связи с сезонными изменениями положения нашего светила.
Существует много вариантов часов: некоторые используют луч от света в качестве индикатора времени, другие могут использовать тень от поверхности. Пятно от света может получиться при прохождении луча через небольшое отверстие или отражаясь от небольшого круглого зеркала. Луч света может получаться при прохождении через тонкий разрез или фокусируясь при прохождении через цилиндрические линзы. Когда время определяется по тени — гномон (предмет, отбрасывающий тень) может быть тонким стержнем или любым другим по форме объектом с острым наконечником или прямым краем. В солнечных часах применяются много различных видов гномона. Гномон может быть фиксированным или переставляемым, в зависимости от времени года. Он может быть ориентирован горизонтально, вертикально, сонаправленный с осью вращения Земли или совершенно ином направлении определяемым математикой.
Диск солнечных часов может также иметь совершенно различную по форме поверхность, чтобы принимать луч света или тень. Плоскость — самая главная и важная часть таких часов, но она также может быть искажена сферически, цилиндрически или конически для большей точности или эстетичности.
Солнечные часы отличаются своей мобильностью и потребностями в ориентации. Корректное использование многих часов требует знания местной широты и быть строго вертикально ориентированными (с помощью уровня или отвеса) и направление на “географический” север. Карманные солнечные часы могут быть самоориентирующимися: например, они могут иметь двое часов, одни из которых будут горизонтальными, другие аналеммические. Соединенные вместе на одной пластине они покажут корректное время только тогда, когда отметки от каждой из них совпадут.
Солнечные часы показывают местное время. Чтобы получить более точное время нужно будет выполнить коррекцию.
Первое — орбита Земли представляет из себя не совсем правильный круг и ось вращения на самом деле не совсем перпендикулярна орбите. Солнечные часы показывают солнечное время, значение которого отличается на различные небольшие промежутки, меняющиеся в течение всего года. Это изменение может достигать 15 минут и может быть рассчитано с помощью уравнения времени. Сложные часы, изогнутой формы или с изогнутыми линиями часовых отметок могут исправить эту ошибку. Но простые солнечные часы наиболее распространены и к ним предлагается специальная табличка с указанием смещения времени в различные периоды года.
Второй момент — долгота местного солнечного времени должна быть скорректирована относительно долготы местной временной зоны.
Так, например, солнечные часы расположенные западнее Гринвича, в Англии, будут показывать более позднее время, чем в официальной временной зоне. То есть время будет позже, чем официальное время в данной местности. Избежание такой ошибки достигается за счет небольшого изменения угла ориентации солнечных часов для совпадения с долготой официальной временной зоны.
Третий момент — переход на летнее время. Множество стран осуществляют переход на летнее время. Коррекция в данном случае достигается, например, использованием двух наборов цифр-индикаторов или их перемещением, либо вращением. Коррекция обычно составляет два часа.
Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как пользоваться солнечными часами»? Напишите об этом в комментариях.
Загрузка...