И у нас есть прекрасная возможность пустить солнечный свет в дело, смастерив солнечные часы своими руками . Разумеется, они не заменят традиционные - механические и электронные - часы, но самоделка эта - очень занимательная, а для представителей подрастающего поколения - ещё и познавательная, ведь модель солнечных часов, которую мы будем делать, - самая что ни на есть действующая, а её изготовление потребует определённых знаний в области астрономии и тригонометрии.
Существует немало разновидностей этого древнейшего прибора для измерения времени. Но среди всего многообразия солнечных часов, когда-либо использовавшихся, в качестве основных или классических выделяют следующие типы:
Экваториальные (у таких солнечных часов плоскость кадрана (циферблата) параллельна экватору, а гномон (та часть, которая отбрасывает тень), обычно представляющий собой металлический стержень, параллелен земной оси);
Горизонтальные (плоскость кадрана параллельна плоскости горизонта, а гномон имеет форму треугольника, одна из сторон которого наклонена к плоскости кадрана на угол, равный географической широте места установки часов);
Вертикальные (как следует из названия, циферблат таких часов размещается в вертикальной плоскости, обычно на стенах зданий).
Настенные солнечные часы (Собор Или, Англия)
Мы с вами будем делать солнечные часы экваториального типа, как самые простые в изготовлении. Благодаря тому, что циферблат устанавливается параллельно экватору, а солнце движется по небесной сфере практически равномерно, тень от гномона за каждый час будет смещаться на угол, равный 15°. Поэтому часовые деления на циферблат наносятся также, как и в обычных часах, только отметок нужно не 12, а 24. Понятно, что верхняя часть циферблата вряд ли пригодится, разве только жителям заполярья, когда наступит полярный день, и солнце будет светить круглосуточно.
Чертить циферблат самостоятельно необходимости нет, можете воспользоваться готовыми шаблонами - круглым или квадратным (какой больше по душе):
Наша задача сводится к тому, чтобы правильно сориентировать в пространстве солнечные часы. Угол наклона циферблата относительно горизонтальной плоскости определяется так:
α=90°-φ ,
где φ - географическая широта. Узнать широту своего места жительства можно по карте или в Википедии.
А зная необходимые углы, очень просто сделать для наших солнечных часов наклонную подставку из картона или бумаги и потом наклеить на неё распечатанный на принтере циферблат либо подготовить в графическом редакторе развертку корпуса часов с нанесённым изображением циферблата.
Размеры шаблона циферблата нам известны. Боковая сторона корпуса представляет собой прямоугольный треугольник. Таким образом, нам известны длина гипотенузы С и углы треугольника, а длины катетов A и B рассчитываются по тригонометрическим формулам:
A=C×sinα
B=C×cosα
Остаётся только начертить развёртку по полученным размерам, можно даже без боковых стенок.
Я сделала корпус с открывающейся задней крышкой (ниже объясню, для чего):
Что ни делай, всё равно коробочка получается
Ну вот, теперь в центре циферблата нужно установить гномон. Для этого можно использовать любой подходящий по размеру стержень (например, пластиковую трубочку от пакетика с соком). А можно также сделать его из картона или бумаги:
Вырезаем прямоугольную полоску шириной 60 мм (длину определяем эмпирически, на глаз, так, чтобы при сворачивании получилась плотная трубочка диаметром около 5-6 мм с небольшим отверстием);
Наклеиваем на 1 край двусторонний скотч и сворачиваем трубочку;
Вырезаем ещё одну прямоугольную полоску шириной 15-20 мм и также сворачиваем ее в трубочку диаметром, совпадающим с диаметром отверстия первой трубочки;
Отрезаем часть первой трубочки на расстоянии 10 мм от края (это будет что-то вроде гайки)
и соединяем детали;
Закрепляем гномон на циферблате, фиксируя его с обратной стороны “гайкой” (тут-то и пригодилась открывающаяся крышка).
Солнечные часы готовы. Теперь, чтобы они работали правильно, нужно поставить их на освещённом солнцем месте (на подоконнике, на балконе и т.д.) так, чтобы гномон “смотрел” на север (направление определяем по компасу).
Конечно, ждать точного совпадения показаний таких солнечных часов с показаниями обычных часов не стоит. Во-первых, солнечные часы, показывающие истинное солнечное время, не учитывают поясное время в конкретной местности. Во вторых, не стоит забывать, что магнитный и географический полюса Земли имеют расхождение, и то, что часы мы ориентировали по магнитному полюсу, также внесёт некоторую погрешность.
И наконец, главный момент, с которым также придётся считаться, - экваториальные часы работают только в период между днями весеннего и осеннего равноденствия. Всё остальное время время верхняя поверхность кадрана будет находиться в тени. Но день весеннего равноденствия в северном полушарии уже скоро, так что ждать остаётся недолго. Времени как раз хватит, чтобы сделать солнечные часы своими руками и настроить их на работу.
Успешных вам экспериментов! И до новых встреч на
Последние годы характеризуются необычайным стремлением владельцев приусадебных территорий и коттеджей украсить свой участок разнообразными конструктивными элементами, которые придадут ландшафтному дизайну неповторимый шик и изысканность. В современном европейском саду таким элементом по праву можно считать солнечные часы, присутствие которых наполнит участок особой философией.
Солнечные часы. Историческая справка
Расцвет популярности солнечных часов приходился на 17-18 века и ассоциировался с садами, оформленными в классическом стиле, среди которых были сначала регулярные, а затем пейзажные сады. Свою первую популярность они приобрели, будучи основным элементом дворцовых ансамблей, а позже получили массовое распространение, став самостоятельной деталью декоративных садов, выполненных в разнообразных стилях, от классики до авангарда и стиля кантри.
Часто можно услышать, что европейский континент - не место для создания солнечных часов на даче, которое, по сути, считается безрезультатной попыткой выделиться среди серой массы обыкновенных дачников и домовладельцев. Такое мнение обусловлено неподходящим климатом европейской территории, который характеризуется большим количеством дней с повышенной облачностью. Но, это всего лишь очередное заблуждение, и в подтверждение этому нужно отметить, что классические сады Туманного Альбиона редко характеризуются отсутствием подобного элемента декора.
Роль солнечных часов в ландшафтном дизайне
Солнечные часы в саду могут располагаться в центральной части цветочной клумбы и занимают доминирующую позицию, располагаясь, обычно, на возвышенности или пьедестале. При этом необходимо отметить, что пьедестал является неотъемлемой частью композиции и в отдельных случаях может быть представлен колонной.
Задача солнечных часов саду заключается в акцентировании на себе внимания, и поэтому их величина напрямую зависит от величины приусадебной территории. Если усадьба небольшая, то солнечные часы рекомендуется расположить на тропинке на фоне невысокого яркого цветника или газона. Сады пейзажного или лесного типа - повод расположить часы среди цветочного окружения, тем самым, незаметные на первый взгляд, они будут неожиданно представать взору при приближении. Установка часов в форме небольших декоративных статуэток весьма популярна в небольших садах.
Широкое разнообразие форм и материалов, задействованных при создании солнечных часов, позволяет учитывать специфическое оформление сада и стиль, в котором он выполнен. Например, сад, оформленный в стиле авангард, при создании солнечных часов заставляет уделить внимание самым мелким деталям. В таком саду солнечные часы могут стать элементом зоны отдыха, игровой площадки, зеленой гостиной или беседки-патио, а также станут оригинальным завершением декоративного оформления бассейна или пруда, фонтана или водопада.
Существует такое понятие как «живые часы», суть которого заключается в создании солнечных часов своими руками с использованием только живых цветущих растений, которые становятся материалом для формирования стрелок и циферблата солнечных часов.
Структура солнечных часов представлена циферблатом и часовым указателем, так называемым гномоном, которые являются основными элементами конструкции. Тень от гномона, по сути, является той самой часовой стрелкой, которая указывает на текущее время.
Разновидности солнечных часов
Исторически сформировалось несколько типов солнечных часов, среди которых различают:
1.Вертикальные солнечные часы, конструкция которых подразумевает вертикальное расположение циферблата. Расположение гномона в таких часах обуславливается широтой местности, в которой установлены часы, и азимутом стены, где они располагаются. Установка таких часов производится, в основном, на фасадах зданий и сооружений;
2.Горизонтальные солнечные часы с давних пор признаны изысканным элементом ландшафтного дизайна, и много веков они устанавливаются на территории парков и приусадебных участков. Конструкция подобных часов подразумевает горизонтальное расположение циферблата и установку гномона, зависящую от широты и долготы местности;
3.Экваториальные солнечные часы характеризуются циферблатом, расположенным параллельно плоскости экватора.
Как сделать солнечные часы? Декоративное оформление
Как сделать солнечные часы своими руками? Прежде чем заняться их созданием, необходимо тщательно продумать место их расположения. Наиболее выгодно такие часы будут смотреться на газоне или цветочной клумбе, которая в течение всего светового дня будет характеризоваться доступностью солнечного света. Располагать часы можно как на плоской, так и наклонной поверхности, в последнем случае лишь стоит учесть, что для того, чтобы получить в течение всего дня тень одинаковой длины, необходимо правильно рассчитать угол наклона. Его расчет производится по формуле, согласно которой из 90 градусов вычитается широта местности, на которой расположен приусадебный участок. Если поверхность плоская - длина тени от гномона будет изменчива в течение дня.
Естественно, тень, длина которой одинакова на протяжении всего светового дня, смотрится более эстетично, но это не является принципиальным, так как тень от гномона можно удлинить мысленно.
Местность выбрана, и пора приступить к созданию циферблата. Циферблат, или кадран, может быть разнообразной формы, но, чаще всего, предпочтение отдается проверенной классике - квадратной или круглой форме кадрана, так как эти геометрические формы легче воспроизвести на приусадебной территории. Для создания циферблата используется большое разнообразие материалов: это и самобытные природные камни, и пестрые цветущие растения и хвойные многолетники, и декоративные коряги причудливой формы. Все перечисленные материалы применяются для создания часовых делений на циферблате.
Разбивка часовых делений на циферблате выполняется в соответствии с показаниями механических или электронных часов и положением тени, которая отбрасывается гномоном на каждый час светового дня, характеризующегося самый высокой продолжительностью. Каждая цифра отмечается колышком, и тем самым получаются различные угловые показатели между отметками.
Говоря о гномоне, стоит заметить, что он является одним из главных элементов солнечных часов. Именно тень, отбрасываемая гномоном, является аналогом часовой стрелки в структуры обыкновенных механических часов, и именно она показывает точное время.
Дойдя до оформления солнечных часов, нужно задуматься о том, как расположить часовые отметки, чтобы растения, посаженные возле каждой цифры, получили хорошие условия для роста и развития. В этих целях четные цифры обозначаются на внутреннем круге циферблата, а нечетные - на внешнем. Диаметр внешнего круга при этом составляет около 4 метров, а внутреннего - более 1, 5 метров. Наиболее оптимальными растениями для оформления циферблата считаются бархатцы, георгины, цинния и другие растения, рост которых не превышает полуметра. Это требование необходимо соблюдать в строгом порядке, дабы тень от гномона не закрывалась декоративными культурами.
Как точно замечено: часовые стрелки представляются двумя руками, которые отнимают у людей их время. Чтобы определить на своем дачном участке - который сейчас час, нужно прекратить работу, помыть руки, найти мобильник. А что если смастерить на даче действующие солнечные часы? Они не только украсят какой - то уголок сада, но и будут показывать время.
И детворе ноу - хау понравится: дети будут казаться себе сказочными волшебниками, которые обладают секретами времени.
Варианты горизонтальных солнечных часов:
Высокоточные часы на дачном участке не нужны, а изготовление простейших солнечных часов не сложно и много времени не займет. Сначала выбирается площадочка на солнечном участке, которую не затеняют постройки, заборы, деревья и выравнивается. Не забывайте, что постоянное нахождение солнечных часов будет на открытом воздухе, поэтому материал для часов должен быть устойчив к воздействию атмосферных осадков. В качестве циферблата можно взять природный камень с ровной поверхностью,
керамическую плитку,
выложенную на кирпичном основании, спил бревна,
металлическую крышку от бочки, декоративную тарелку больших размеров и даже цветочную клумбу с высаженными на ней сортами низкорослых цветов
или просто ровную площадочку в виде окружности от нескольких дециметров и больше одного метра.
Для часовых точек (делений) можно использовать крупные камешки,
декоративные фигурки,
пенечки. На небольших циферблатах деления отмечаются красками или приклеиваются цветные полоски. Только делается это после установки гномона (стрелки).
Гномон вырезается треугольником, один угол прямой, а другой равен географической широте, где находится ваша дача . Укрепляют стрелку так, чтобы стороны треугольника были в одной плоскости, которую располагают перпендикулярно кадрану (циферблату) и ориентируют с помощью компаса с юга на север, при этом, вершину угла, равного широте расположения дачи, устанавливают в центре кадрана.
Теперь каждый час (пока светит солнце) выкладываются, устанавливаются деления на циферблате.
Простые солнечные часики готовы к эксплуатации.
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".
