В данной презентации представлено пошаговое описание создания вертикальных солнечных часов из подручных материалов.
Если у кого не вопроизводится презентация есть письменное описание:
Вам потребуется: Карандаш Транспортир Циркуль Компас Угольник Расположение часовН а рисунке линия AB определяет поверхность стены, на которой мы хотим установить часы (вид сверху). Панель 1234 устанавливается перпендикулярно к стене и выравнивается горизонтально. Определите линию меридиана NS , начертите линию EW параллельно AB . Из точки пересечения линий D нарисуйте линию DC перпендикулярно к WE . Угол CDS есть поворот стены .
Теперь для расчета вертикальных часов нам нужны3 величины 1. Размер гномона по линии его ориентирования на север SD (проекция гномона на циферблат будущих часов) ; 2. В ысота гномона SH (угол , составляющий гномоном с поверхностью циферблата) ; 3. П оложение часовых линий на циферблате ● Шаг 1:
Нарисуем горизонтальный отрезок AB . Из точки C нарисуем перпендикуляр CD так, что бы ADB образовало полуокружность с центром в точке C
● Шаг 3:Из точки C со стороны противоположной CG нарисуем CJ так, чтобы угол DCJ равнялся углу поворота стены. Точка K лежит на отрезке CJ на расстоянии равном GH (можно воспользоваться циркулем). Из точки K параллельно АВ чертится отрезок KL до пересечения с CD
● Шаг 5:Нарисуйте KP параллельно линии CD до пересечения с линией AB в точке P . Определите точку R на полуокружности так, чтобы линия MR была равна отрезку KP (используйте циркуль). Соедините точки C и R .
Последний шаг заключается в определении часовых линий. Для этого сделаем новый чертеж. От предыдущих построений нам потребуются отрезки AB , CD , CN и CR .
На продолжении линии CN выберите точку M и нарисуйте линию ST перпендикулярно к CN . Размер CM будет определять окончательный вид циферблата, поэтому выбирайте соответствующий размер бумаги .
Нарисуйте ME так, чтобы CR был перпендикулярен. Определите точку O на продолжении линии CN так, чтобы ME и MO были равны .
Из центра O нарисуйте окружность произвольного радиуса. Пересечение линии CD и ST обозначено точкой d . Соедините точку O с точкой d .
От линии Od разделите окружность на 15-градусные сектора. Продолжение радиусов до линии ST определяют часовые отметки.
ЗаключениеВсе, что теперь остается сделать, это изготовить и закрепить гномон. Высота и размер гномона были определены на первых двух этапах. Его можно изготовить в виде треугольника, закрепить в точке C перпендикулярно плоскости циферблата, вдоль отрезка CN .
При монтировании часов на стене необходимо выровнять циферблат таким образом, чтобы полуденная линия 12:00 часов была вертикальной.
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.
В заключение в качестве иллюстрации приведу одни из своих часов, сделанные "из топора".
Что для этого нужно
Два плотных листа картона формата А4 (обычный лист писчей бумаги);
- циркуль;
- ножницы;
- транспортир;
- остро отточенный карандаш;
- линейка с миллиметровыми делениями;
- угольник (для построения прямых углов).
I. Делаем циферблат часов
1. Положи лист горизонтально. Примерно в центре листа поставь точку «1» и проведи через нее две взаимно перпендикулярные прямые: горизонтальную и вертикальную.
2. Все построения черти легко, не нажимая на карандаш. Многие линии играют вспомогательную роль и будут стерты впоследствии!
3. Проведи три окружности с центром в точке «1» радиусами 5, 6,5 и 7,5 см.
4. Разметь транспортиром часовые линии по всему кругу вокруг точки «1» через каждые 15°. Началом отсчета возьми горизонтальную линию. Затем проведи эти линии от центра до первой окружности и продолжи их от второй окружности
до третьей.
5. Из тех точек, где вертикальная линия пересекает самую большую окружность (точки «2» и «3»), проведи еще две горизонтальные линии, в точности перпендикулярные этой вертикали. Отмерь от точек «2» и «3» вправо отрезки на этих новых прямых длиной по 9 см и соедини их правые концы еще одним вертикальным отрезком. Теперь левая полуокружность и полученный прямоугольник обрисовывают точный контур будущего циферблата.
6. Продолжи полученный вертикальный отрезок вверх и вниз еще на 1,5 см и соедини полученные точки («4» и «5») соответственно с точками «2» и «3». Полученные два треугольника будут загнуты вверх.
7. Продли две горизонтальные прямые за точки «2» и «3» также на 1,5 см и соедини между собой обе новые точки. Полученная полоса также будет загнута вверх.
8. Чтобы затем скрепить между собой треугольники и полоску на узком катете треугольников, надо нарисовать по отвороту длиной 1,5 см и такой же ширины. Отвороты должны слегка сужаться по мере удаления от стороны треугольника. Точно по стороне они будут загнуты внутрь и приклеены снаружи к полоске.
9. Сотри аккуратно обе внутренние окружности, а также правую половину большой окружности, находящейся внутри большого прямоугольника. Продли часовые линии правой полуокружности до пересечения границ прямо-
угольника.
10. Наметь линию будущего надреза, жирно прочертив ее от правого края прямоугольника на 4,5 см к центру.
11. Подпиши часы у каждой часовой линии циферблата (для этого специально оставлено место между двумя внутренними окружностями). Сперва поставь цифру 12 (или ХП) справа напротив центральной горизонтальной линии (как раз там, где будет надрез для установки гномона). Затем по часовой стрелке разметь линии на увеличение часов, а против - на уменьшение. Циферблат готов!
12. Вырежи полученный циферблат вместе с отворотами. Надрежь лезвием прорезь под ширину твоего картона. Загни треугольники и полосу и склей их между собой.
II. Делаем гномон (указатель) солнечных часов
1. Положи второй лист также горизонтально и отметь на глаз точку примерно в середине нижней стороны листа (точка «5»). Через нее проведи вертикальную линию строго перпендикулярно горизонтальной стороне.
2. Отмерь вверх по этой линии ровно 9 см (это будет точка «6»). От нее, принимая за начало отсчета вертикальную линию, отмерь угол, равный углу наклона экватора в твоем городе (90° минус широта места; для Москвы широта равна 56°, следовательно, угол - 34°).
3. От точки «5» направо отмерь 9 см вдоль нижней стороны листа. Также
и вправо от точки «6» точно по горизонтали отмерь отрезок 1,5 см. Соедини эти две точки. В результате получится трапеция с широким основанием и узкой вершиной.
4. Наметь на правой боковой стороне трапеции широкую дугу, начинающуюся от верхней точки этой стороны и заканчивающуюся на расстоянии 3,5 см от ее нижнего конца.
5. Осталось только пристроить маленький отворот длиной 1,5 см к верхней стороне трапеции, немного суживающейся по мере удаления от стороны. Этим отворотом гномон будет крепиться к циферблату (также с его внешней стороны).
6. Теперь наметь вырез длиной 4,5 см от точки «5» к точке «6» вдоль вертикальной линии.
7. Сделай этот вырез лезвием той же ширины, что и толщина картона. Вырежи и всю трапецию, сохраняя отворот. Гномон готов!
8. Вставь гномон вырезом в вырез циферблата «длинным» треугольником вверх. Часы готовы!
Как ими пользоваться?
Нужно установить часы так, чтобы гномон в точности указывал на Полярную звезду своим острием. Циферблат обращен кверху, но наклонен к горизонту так же, как и экватор. Потому и сами часы, которые ты сделал, носят название экваториальных.
Чтобы обеспечить правильную их установку, достаточно по компасу определить направление на север и так установить часы, чтобы линия 12 – 24 часа была ориентирована на север, а деление «12 часов» циферблата было обращено к северу. Тогда и острие гномона будет устремлено на Полярную звезду. Теперь эти часы показывают тебе, как расположена плоскость небесного экватора, как проходит ось мира.
Проверь, как работают твои часы. Они всегда указывают местное истинное солнечное время. Ты заметишь, что их показания отличаются от показаний механических часов, которые указывают всегда среднее поясное время.
Солнечные часы на своем дачном участке — красивое и оригинальное украшение, к тому же, еще и полезное. А дачники в последние годы все чаще и чаще стараются сделать на своем участке что-то яркое и необычное, к чему можно отнести и подобный садовый хронометр.
Сделать циферблат можно из различных материалов, которые отлично впишутся в садовое окружение: любые камни — песчаник, обычные плоские, гранитные, ракушечник, подойдут и небольшие (40Х40 сантиметров) плиты из бетона.
С помощью этих материалов необходимо сделать плоскую поверхность, а затем на нее нанести любыми подручными средствами шкалу времени.
Материалом для стрелки может служить кусок жести или пластмассы, подойдет и фанера или дерево. Их стрелка изготавливается в виде треугольника с прямым углом, расположенным в соответствии с широтой местности, где находится дача. Строго горизонтальное расположение циферблата — обязательное условие для садового хронометра.
Как «установить время» на солнечных часах. Делаем своими руками
Необходимо обеспечить дачным уличным часам точный ход. Для этого надо найти точку возле Полярной звезды, угол наклона которой равняется широте местности, где расположен дачный участок. К примеру, для Москвы этот угол будет равен 48 градусам. На эту точку и направляется рабочая область стрелки уличного хронометра.
Тринадцатичасовая отметка должна находиться с северной стороны от стрелки. Удобно найти место этой отметки ровно в 13-00, для чего циферблат потихоньку поворачивают и следят за тенью от часовой стрелки — она должна совпасть с тринадцатичасовой отметкой, в таком положении шкалу времени и следует оставить в покое. Последующие отметки делаются на протяжении дня по показаниям обычных (тех же ручных) часов. Например, в 14-00 тень будет находиться в определенном месте — там и ставится отметка «14». Затем ловят тень в 15-00 и ставят отметку «15» и так далее. То есть, надо ориентироваться на тень от стрелки солнечных часов и отмечать на садовом циферблате каждый час, смотря при этом на свои ручные часы. Каждый час в дачном хронометре будет иметь разные размеры угла. Между ними можно нанести и промежуточные значения.
Делаем экваториальные солнечные часы из камня
Экваториальные солнечные часы — одни из самых простых, их можно легко сделать на своей даче. Но у них есть существенный недостаток — действуют они только в летние месяцы. Но для дачников, не проживающих на участке круглогодично, это не играет роли.
Экваториальные часы делаются так:
- для циферблата подойдет плоский камень размером примерно 40Х40 сантиметров, предварительно необходимо покрыть его белой краской с водостойкими свойствами;
- на камне рисуют шкалу времени в виде круга, радиус которого равен 15 сантиметрам;
- круг делится на 24 части: первым делом проводят две перпендикулярные линии (диаметры) параллельно основанию, деления отмечают от 0 до 24;
- в центр круга помещают 10-сантиметровый стержень — в предварительно сделанное отверстие;
- циферблат (камень) располагают на ровной поверхности — подойдет пень или невысокий столбик из камня;
- линия 12-00 на циферблате должна совпадать с направлением «север-юг».
Стрелку помогает укрепить треугольная призма, устанавливаемая под определенным углом к горизонту. Этот угол рассчитывается как разность между 90 градусами и углом широты той местности, где находится дача. Широту поможет определить географическая карта или измерение высоту Полярной звезды. Например, угол для установки призмы на участке, находящемся в Москве, рассчитывается следующим образом: 90 градусов — 48 градусов = 42 градуса. Вот под углом 42 градуса и устанавливается призма.
Древнейший механизм для определения времени. Солнечные часы - простейший прибор, но в нем заложены знания и наблюдения наших древних предков. В настоящее время солнечные часы используются как ландшафтное украшение. На примере солнечных часов родители учат своих детей строению солнечной системы, да и сама постройка солнечных часов своими руками - увлекательнейшее занятие для наших детей, например, будучи на пляже. При изготовлении солнечных часов надо знать некоторые моменты и особенности их конструкции, о которых мы и расскажем в этой статье.
Из чего состоят солнечные часы
Солнечные часы состоят из стрелки-указателя, отбрасывающей тень (эта стрелка называется гномон) и циферблата солнечных часов. Время по солнечным часам определяют по тени, отбрасываемой гномоном на циферблат. Все просто, однако есть некоторые особенности. Циферблат солнечных часов делится на 24 часа, а не на 12 часов, как в обычных механических часах. Циферблат или гномон должны быть наклонены над плоскостью. Солнечные часы не учитывают переход на летнее время. Солнечные часы работают только в ясную или малооблачную погоду в светлое время суток. Вот и все ограничения солнечных часов .
Существует несколько видов солнечных часов . Давайте разберемся с ними по-порядку.
Можно делать прямо на песке на пляже. Для начала нам нужно знать две вещи: на какой широте мы находимся и где находится север. Если вторую часть можно установить методом подбора, то с первой придется быть подготовленным. Итак, у нас есть компас и мы знаем свою широту (Санкт-Петербург - 60, Москва - 55, Нижний Новгород - 56, Екатеринбург - 56, Сочи - 43, Ростов-на-Дону - 47, Новосибирск - 55, Владивосток - 43 градусов северной широты). Если мы делаем циферблат солнечных часов на переносимой поверхности - чертим круг и делим его на 24 части. Если делаем солнечные часы на земле, рисуем круг, в центр круга вставляем палку (гномон) и наклоняем ее на север так, чтобы угол между поверхостью земли и гномоном был равен нашей широте, от нижнего конца гномона ровно на север рисуем черту - это будет 12 часов дня по астрономическому времени. Остальные линии расчерчиваем, деля весь круг на 24 равных сектора. Каждый сектор солнечных часов равен 15 градусам.
Здесь нас ожидает засада. После грамотного разграфления циферблата и наклона гномона, время показывающее солнечными часами может отличаться от времени, которое показывает местное телевидение. Проблема кроется в декретном времени и часовых поясах, которые были для удобства созданы искусственно. Переносимый циферблат с легкостью решит эту проблему, просто вовернем его, пока время не будет правильным. С часами, нарисованными на песке чуть посложнее, этот момент надо учесть при начале разрисовывания циферблата. Например, можно отложить разметку циферблата до 12 часов, когда мы и север без компаса определим и точно главную ось циферблата наших солнечных часов нарисуем. Если ждать некогда, и творчество рвется из Вас, разграфите циферблат солнечных часов в черновом варианте и скорректируйте свой циферблат на ту погрешность, которая у Вас получилась.
В наших широтах солнечные часы работают в самый разгар лета часов с 8 утра и до 8 вечера, так что расовать числа между этими значениями практически бессмысленно. Из-за этого часто на круглом циферблате основание гномона сдвигают вниз.
Те же самые горизонтальные часы, только гномон установлен четко вертикально, а сам циферблат наклонен к поверхности земли на угол широты места установки таких часов.
Вертикальные солнечные часы.
Вертикальные солнечные часы обычно крепят на стенах домов. Тот же самый наклоненый гномон и расчерченный через 15 градусов циферблат.
Обычно в городах делают смешанный тип солнечных часов , т.е. на половину угла наклоняют циферблат, наполовину угла наклоняют гномон. Такое построение солнечных часов смотрите эффектнее, собственно, из-за чего их и делают.
Построение солнечных часов своими руками действительно увлечет Вашего ребенка и, кроме того, расширит его кругозор.
История солнечных часов
Человек изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения.
По современной хронологии уже 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы (солнечные часы). Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона
Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных .
Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III - первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток - запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей - восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.
На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении "Архитектура" не менее 13 видов солнечных часов.
К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические солнечные часы - так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320 - 250 гг. до н.э который изготовил также солнечные часы с полукруглымишкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса, живший в 408 - 356 гг. до н.э. Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы , так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях. Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года.
При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15 градусов. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик
Региомонтан. с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Такие часы назывались гелиохронометрами.
Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время , а не местное солнечное время , как у обычных экваториальных часов. Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы - один из вариантов дорожных солнечных часов которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески.
Главной частью таких солнечных часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале. На подобном принципе строились и так называемые экваториальные кольца - аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с другом круга. Позднее возник новый вариант с поперечиной вместо третьего кольца.
На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой - знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча. Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга. В заключение этого раздела хотелось бы коротко остановиться на одной из моделей дорожных солнечных часов , используемых индийскими путешественниками. Они представляли собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь-июль), в котором совершались путешествия. Солнечные часы никогда не утрачивали своего значения и продолжают конструироваться еще и в наши дни. Римляне усовершенствовали солнечные часы, с которыми мы знакомы в настоящее время, и даже сделали солнечные переносные часы , удобные для путешествий. Они просуществовали тысячелетия и еще долгое время оставались средством проверки и координации для очень ненадежных колесных часов, пока не были окончательно вытеснены благодаря изобретению спиральной пружины в качестве регулятора хода (1674г.), но об этом мы расскажем ниже.
Мы рассмотрели устройство и функционирование солнечных часов, которые с годами совершенствовались и изменялись. Солнечные часы с передвижным по высоте полюсом, компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы - между восходом и заходом Солнца. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания определенного количества вещества в хронометрическом устройстве.
