В современном мире солнечные часы выглядят, по меньшей мере, экзотически, и в большинстве случаев являются банальным декором – украшением дачи или участка жилого дома. Но не следует забывать, что в древности это была весьма полезная и функциональная вещь, точности которой вполне могут позавидовать даже некоторые современные изделия этого типа. Если солнечные часы изготовить правильно, то они вполне могут составить конкуренцию вашим наручным часам. Сделать их можно тремя различными способами, о чем и пойдет разговор в данной статье. Вместе с сайтом сайт мы ознакомимся с вопросом, как сделать солнечные часы своими руками – мы расскажем о трех разновидностях этих предметов и их правильном изготовлении.
Экваториальные солнечные часы: самостоятельное изготовление
Это весьма простые в изготовлении солнечные часы – обусловлено это тем, что деления их циферблата являются одинаковыми и составляют 15 градусов, что соответствует одному часу. В принципе, на этом все простое в этих часах заканчивается и начинаются сложности – часы данного типа необходимо правильно установить, что само по себе трудно. Установить такие часы нужно одновременно в двух плоскостях.
А что касается непосредственного изготовления экваториальных солнечных часов, то здесь все весьма просто. Для них лучше использовать жесткий материал вроде пластика. Сначала делаете циферблат с гномоном, потом продумываете, как можно его установить наклонно, но и ориентируете на север, после чего часы будут работать. Кстати, угол наклона гномона легко можно регулировать транспортиром с линейками – чертежный инструмент имеет специальный фиксатор, который позволяет установить между парой линеек нужный угол. Кстати, для нашего полушария часы нужно направлять на истинный северный полюс, а вот если вы будете делать часы, находясь в южном полушарии, то гномон и циферблат должны смотреть в сторону истинного южного полюса. Немного другим в таком случае будет и циферблат – он будет являть собой зеркальное отображение солнечных часов для северного полушария Земли.
О том, какими могут быть солнечные часы, можно посмотреть в этом видеоролике.
Горизонтальные солнечные часы своими руками
Отличительной особенностью часов данного типа является горизонтальное расположение циферблата – на истинный полюс Земли ориентируется исключительно гномон. С одной стороны это хорошо (проще технология изготовления), а с другой стороны не очень, так как настройка часов выглядит весьма проблематично. В таких часах тень от гномона в течение часа сдвигается не на одинаковое расстояние, так что нужно запастись терпением и ручными часами. Деления придется наносить в соответствии с механическим или электронным хронометром. Изготавливаются такие часы следующим образом.
В ровные часы просто ставим метки там, куда указывает тень гномона.
После того, как разметка циферблата будет закончена, часами можно пользоваться полноценно. В принципе, ими можно пользоваться и сразу после установки, только без делений время вы сможете определять исключительно интуитивно.
Как сделать полярные солнечные часы для сада
Прелесть этого солнечного хронометра заключается в его циферблате – он не круглый, как у большинства алогичных приборов, а линейный. Тень от гномона по нему перемещается по прямой линии, что в значительной мере упрощает технологию изготовления солнечных часов. По большому счету, это все те же экваториальные солнечные часы, только гномон у них представляет собой не штырек, а палочку, расположенную поперек так называемого циферблата. Деления в таких часах тоже наносятся неравномерно, что дает возможность утверждать, что солнечные часы данного типа являются некоторым гибридом между двумя первыми вариантами. Изготавливаются полярные солнечные часы своими руками следующим образом.
В принципе, имеется и четвертый вариант солнечных часов, которые являются весьма сложными в изготовлении и настройке – это вертикальные, или, как их еще называют, настенные солнечные часы. Они более удобны в использовании, но вот для их сборки нужны очень точные расчеты и весьма ювелирное (не менее точное) изготовление.
Солнечные часы своими руками фото
В заключение темы о том, как сделать солнечные часы своими руками, скажу несколько слов о материалах. Их выбор целиком и полностью зависит от целей изготовления. Если это баловство или просто методическое пособие для детей, то хронометр можно сделать из картона. Если же вы хотите изготовить действительно рабочую модель и пользоваться ею для определения времени, то выбирать нужно более надежные материалы. В этом случае циферблат можно сделать из бетона (как вариант, срезать поверхность природного камня большого размера), а гномон из стали – такие часы смело можно оставлять на свежем воздухе, и при этом прослужат они очень долго.
Солнечные часы в нашей стране – это скорее экзотика, но если сделать этот прибор своими руками, то его можно с успехом применять на даче в качестве не только прибора для определения времени, но и как интересный архитектурный элемент. Солнечные часы применялись людьми для определения времени еще в древние времена, но постепенно их заменили более современные приборы. Но даже в наше время такие часы могут пригодиться, тем более что их изготовление – это очень увлекательное занятие.
Если делать самодельные солнечные часы вместе с ребенком, то это станет для него полезным развивающим занятием по изучению движения солнца и определения времени. Предложенные в данной статье варианты солнечных часов являются действующими моделями, поэтому при их изготовлении необходимо соблюдать правильную технологию иметь некоторые знания в области тригонометрии и астрономии.
Материалы для солнечных часов
Важно и то, что для изготовления солнечных часов подходят разные материалы, главное, чтобы они были устойчивы к погодным факторам. Можно использовать для циферблата камень или цемент, дерево или железо, пластик или гравий. Лучше выбирать светлый материал – на нем хорошо видна тень стрелки (гномона). Для этих целей подходит мрамор, известняк или светлая галька. Для гномона (стрелки) применяют металлические или пластмассовые штыри, длинные гвозди, вязальные спицы и т.д.
Типы солнечных часов
Такие часы могут быть разных видов, но в основном встречаются три типа:
- Экваториальные. Их циферблат (кадран) расположен параллельно экватору, а та часть, которая отбрасывает тень – гномон), в виде металлического стержня параллельна земной оси. Разметка на циферблате таких часов идет через каждые 15 градусов.
- Горизонтальные. В них плоскость кадрана параллельна горизонту, а гномон выполнен в виде треугольника, со стороной наклоненной к плоскости циферблата на угол, равный географической широте данной местности. Направлена стрелка на север, а деления на сектора (часы) производятся по формуле. Такие часы показывают время весь год, но зимой и поздней осенью их показания не совсем точны.
- Вертикальные. Их циферблат расположен вертикально и размещается на стенках зданий, столбах, заборах и других вертикальных плоскостях. Кадран в них должен быть направлен строго на юг и должен быть перпендикулярно полуденной линии или под острым углом к ней. Гномон в таких солнечных часах закрепляется выше центра циферблата и должен быть отклонен на угол, равным 90 градусам за вычетом географической широты данной местности.
Как сделать солнечные часы
Мы рассмотрим, как сделать два типа солнечных часов – экваториальные (наклонные) и горизонтальные. Именно такие часы наиболее распространены в обиходе.
Экваториальные солнечные часы
- В качестве основы берут фанеру или пластик. На ней расчерчивают циферблат с делениями через каждые 15 градусов.
- В центре циферблата закрепляют металлический штырь или стерженек из любого крепкого материала.
- Часы надо правильно установить. Для этого циферблату придают наклон с помощью подставки. Угол этого наклона рассчитывается для каждой местности индивидуально: 90 градусов минус градус широты данного района.
- После установки циферблата солнечные часы необходимо сориентировать на местности – направить стрелку часов на север.
- Стоит помнить о том, что такие солнечные часы будут показывать время только в определенные сезоны, а зимой, например, они не будут непригодны.
Горизонтальные солнечные часы
Эти часы делаются очень просто и быстро, поэтому их можно изготовить вместе с ребенком.
- Для циферблата также используют пластик или фанеру, из этих же материалов делают гномон в виде треугольной стрелки. Один из ее углов должен быть равен 90 градусам, а второй берется равным широте конкретной местности.
- Этот треугольник вместе с циферблатом устанавливают в месте, где будут использоваться солнечные часы. При этом необходимо ориентироваться на север с помощью компаса.
- Далее заводят таймер, и каждый час отмечают тень от стрелки и таким образом делают деления на циферблате.
- Горизонтальные часы можно сделать большими и расположить на клумбе, газоне или на островке посредине декоративного водоема. Если сделать очень большие часы, то в качестве делений можно использовать камни-валуны или пни деревьев.
Здравствуйте, дорогие читатели КАРТОНКИНО.ru! Весна... Где-то она уже в самом разгаре, где-то её прихода пока только ждут, через месяцок-другой, но солнце везде светит ярче и дольше. И у нас есть прекрасная возможность пустить солнечный свет в дело, смастерив солнечные часы своими руками . Разумеется, они не заменят традиционные — механические и электронные — часы, но самоделка эта — очень занимательная, а для представителей подрастающего поколения — ещё и познавательная, ведь модель солнечных часов, которую мы будем делать, — самая что ни на есть действующая, а её изготовление потребует определённых знаний в области астрономии и тригонометрии.
Существует немало разновидностей этого древнейшего прибора для измерения времени. Но среди всего многообразия солнечных часов, когда-либо использовавшихся, в качестве основных или классических выделяют следующие типы:
— экваториальные (у таких солнечных часов плоскость кадрана (циферблата) параллельна экватору, а гномон (та часть, которая отбрасывает тень), обычно представляющий собой металлический стержень, параллелен земной оси);
Экваториальные солнечные часы на берегу Темзы (Лондон, Англия)
— горизонтальные (плоскость кадрана параллельна плоскости горизонта, а гномон имеет форму треугольника, одна из сторон которого наклонена к плоскости кадрана на угол, равный географической широте места установки часов);
Горизонтальные солнечные часы (Лимассол, Кипр)
— вертикальные (как следует из названия, циферблат таких часов размещается в вертикальной плоскости, обычно на стенах зданий).
Настенные солнечные часы (Собор Или, Англия)
Мы с вами будем делать солнечные часы экваториального типа, как самые простые в изготовлении. Благодаря тому, что циферблат устанавливается параллельно экватору, а солнце движется по небесной сфере практически равномерно, тень от гномона за каждый час будет смещаться на угол, равный 15°. Поэтому часовые деления на циферблат наносятся также, как и в обычных часах, только отметок нужно не 12, а 24. Понятно, что верхняя часть циферблата вряд ли пригодится, разве только жителям заполярья, когда наступит полярный день, и солнце будет светить круглосуточно.
Чертить циферблат самостоятельно необходимости нет, можете воспользоваться готовыми шаблонами — круглым или квадратным (какой больше по душе):
Наша задача сводится к тому, чтобы правильно сориентировать в пространстве солнечные часы. Угол наклона циферблата относительно горизонтальной плоскости определяется так:
α=90°-φ ,
где φ — географическая широта. Узнать широту своего места жительства можно по карте или в Википедии.
А зная необходимые углы, очень просто сделать для наших солнечных часов наклонную подставку из картона или бумаги и потом наклеить на неё распечатанный на принтере циферблат либо подготовить в графическом редакторе развертку корпуса часов с нанесённым изображением циферблата.
Размеры шаблона циферблата нам известны. Боковая сторона корпуса представляет собой прямоугольный треугольник. Таким образом, нам известны длина гипотенузы С и углы треугольника, а длины катетов A и B рассчитываются по тригонометрическим формулам:
A=C×sinα
B=C×cosα
Остаётся только начертить развёртку по полученным размерам, можно даже без боковых стенок.
Я сделала корпус с открывающейся задней крышкой (ниже объясню, для чего):
Что ни делай, всё равно коробочка получается
Ну вот, теперь в центре циферблата нужно установить гномон. Для этого можно использовать любой подходящий по размеру стержень (например, пластиковую трубочку от пакетика с соком). А можно также сделать его из картона или бумаги:
— вырезаем прямоугольную полоску шириной 60 мм (длину определяем эмпирически, на глаз, так, чтобы при сворачивании получилась плотная трубочка диаметром около 5-6 мм с небольшим отверстием);
— наклеиваем на 1 край двусторонний скотч и сворачиваем трубочку;
— вырезаем ещё одну прямоугольную полоску шириной 15-20 мм и также сворачиваем ее в трубочку диаметром, совпадающим с диаметром отверстия первой трубочки;
— отрезаем часть первой трубочки на расстоянии 10 мм от края (это будет что-то вроде гайки)
и соединяем детали;
— закрепляем гномон на циферблате, фиксируя его с обратной стороны «гайкой» (тут-то и пригодилась открывающаяся крышка).
Солнечные часы готовы. Теперь, чтобы они работали правильно, нужно поставить их на освещённом солнцем месте (на подоконнике, на балконе и т.д.) так, чтобы гномон «смотрел» на север (направление определяем по компасу).
Конечно, ждать точного совпадения показаний таких солнечных часов с показаниями обычных часов не стоит. Во-первых, солнечные часы, показывающие истинное солнечное время, не учитывают поясное время в конкретной местности. Во вторых, не стоит забывать, что магнитный и географический полюса Земли имеют расхождение, и то, что часы мы ориентировали по магнитному полюсу, также внесёт некоторую погрешность.
И наконец, главный момент, с которым также придётся считаться, — экваториальные часы работают только в период между днями весеннего и осеннего равноденствия. Всё остальное время время верхняя поверхность кадрана будет находиться в тени. Но день весеннего равноденствия в северном полушарии уже скоро, так что ждать остаётся недолго. Времени как раз хватит, чтобы сделать солнечные часы своими руками и настроить их на работу.
Успешных вам экспериментов!
Понравилась статья? Впереди ещё много интересного — подписывайтесь на обновления и получайте анонсы прямо себе на почту!
Кстати, уже готов новый мастер-класс по изготовлению солнечных часов. На этот раз речь идёт о модели карманных часов горизонтального типа.
До новых встреч в КАРТОНКИНО!
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.
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.
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.
