Солнечные часы своими руками — мастер-класс. Мастер-класс «Солнечные часы своими руками Как сделать солнечные часы из картона
Елена Белега
Солнечные часы — самые надежные, ведь они никогда не убегают вперед и не опаздывают. Поэтому, наверное, их строили египтяне, китайцы, вавилоняне, греки, индусы, перуанские инки. Хотите попробовать? Изготовление таких часов может стать к тому же замечательным уроком по математике и астрономии для ваших детей. Простейшие экваториальные солнечные часы можно сделать из подручных материалов и расположить их в саду или на балконе. Экваториальными эти часы называются потому, что плоскость их циферблата параллельна плоскости земного экватора.
1. Определим направление на север самым древним и точным способом. Для этого закрепим вертикальный штырь (гномон) на горизонтальной поверхности. За пару часов до солнечного полдня отметим точкой положение тени от гномона и проведем окружность с центром в месте закрепления гномона и радиусом, равным длине тени от него в начальный момент наблюдения.
2. Последим за тенью: она будет уменьшаться, отходить от нарисованной нами окружности, но в какой-то момент начнет расти и вновь пересечет ее. Зафиксируем это касание тени второй точкой и соединим ее с первой. Полученный отрезок разделим пополам. Прямая, проходящая через центр окружности и середину отрезка, даст нам полуденную линию. Эта линия — точное направление север-юг.
3. Теперь разметим циферблат. Для экваториальных часов это сделать проще простого: делим круг на 24 равные части по 15° (24h х 15° = 360°) и наносим обозначение часов.
4. Пришло время изготовить корпус. Для этого подойдет плотный картон, кусок фанеры, тонкая дощечка (мы воспользовались пенопластом). Перпендикулярно поверхности необходимо закрепить гномон и насадить на него циферблат.
5. Осталось только правильно сориентировать полученную конструкцию. Для этого нужно соблюсти следующие условия: а) линия циферблата «6-18» должна располагаться строго горизонтально; б) линия «12-24» должна совпадать с направлением север-юг, которое мы уже нашли (см. 1); в) плоскость циферблата часов следует наклонить на север так, чтобы угол между гномоном часов и плоскостью горизонта составил величину равную географической широте вашей местности (для Москвы это примерно 55,5°). Часы готовы!
Они отображают истинное солнечное время, и их показания совпадут с вашими наручными часами, если вы учтете действующее у нас в стране летнее и декретное время. Зимой часы такой конструкции, к сожалению, работать не будут: солнце в наших широтах находится слишком низко над горизонтом, и гномон не даст тени.
Солнечные часы – одно из самых древних устройств, созданных человеком. Спустя несколько сотен лет это изобретение не потеряло своего функционала.
Его можно сделать вместе с детьми дома, на улице, в школьном дворе. Солнечные часы станут прекрасным . Кроме того, знание технологии их изготовления окажется полезным для любителей путешествовать.
Читайте также:
Историческая справка
Первые упоминания о солнечных часах были найдены на территории Древнего Египта. Еще 1300 лет до нашей эры люди пользовались такими часами. Применялись они и в Китае и Греции. Оттуда технология создания солнечных часов распространилась по всему миру.
Большую популярность они получили в XVIII веке – в то время использовались как декоративный элемент в пейзажных садах и дворцовых ансамблях.
Принцип работы
Работа часов основана на взаимосвязи элементов: основы (кадрана), циферблата и гномона.
Основа может устанавливаться под разным углом, в связи с этим выделяют различные виды часов.
Гномон представляет собой элемент, который отбрасывает тень на циферблат, это своеобразное подобие стрелки обыкновенных часов.
Виды солнечных часов
Выделяют три основных вида солнечных часов:
1. Экваториальные часы . Их основа расположена параллельно экватору. Гномон представляет собой стержень, расположенный параллельно земной оси. Для их правильной установки необходимо знать географическую широту местоположения.
2. Вертикальные часы . Плоскость кадрана расположена вертикально, обычно – на стене здания.
3. Горизонтальные часы . Основа расположена параллельно линии горизонта. Гномон создается в виде треугольника, с углом, соответствующим широте местоположения.
Создание экваториальных солнечных часов
Основа часов расположена параллельно экватору. Солнце равномерно движется, поэтому за час тень будет смещаться на 15. Отметим, что на данном циферблате должно быть не 12 делений, а 24. Таким образом, чтобы сделать циферблат, достаточно разделить основу на 24 сектора по 15.
Если часы предполагается расположить в саду или любой другой открытой местности, то для изготовления желательно брать прочные материалы.
В качестве основы подойдет камень, железо, древесина, пластик.
Гомон можно изготовить из длинного гвоздя или спиц для вязания.
Следующий шаг – правильно определить угол наклона циферблата . Он определяется как разница 90 и географической широты местоположения.
Необходимо установить кадран с циферблатом на освещенном месте, прикрепить гномон – и часы готовы.
Как правильно разместить циферблат
Обычные солнечные часы правильно работают, если полдень, как и задумано, наступает в 12:00.
В разной местности полдень наступает в различное время, поэтому важно учесть этот фактор. Для того чтобы часы показывали местное время, необходимо сместить цифры на циферблате вокруг своей оси , чтобы полуденная, самая короткая, тень двигалась по направлению север-юг.
Как узнать это направление? Необходимо взять лист фанеры, прикрепить к нему гвоздь под прямым углом и расположить лист на солнце. Далее необходимо каждые 15 минут в течение 3 часов отмечать передвижение тени гвоздя. Затем определить самую маленькую тень. Она будет полуденной линией.
Полярные часы
Необычная разновидность солнечных часов. Циферблат в данном случае напоминает шкалу, деления расположены по направлению запад-восток. Сам макет циферблата можно найти в Интернете.
Самое важное – правильно разместить кадран. Он должен быть расположен под углом, соответствующим географической широте местоположения, в направлении полярной звезды.
Отметим, что самые простые солнечные часы показывают солнечное время, которое может отличаться от реального времени.
Эти часы рассчитать, конечно, сложнее, чем экваториальные, но зато время они могут показывать круглый год. В этих часах кадран лежит строго горизонтально, а гномон направлен на север и расположен к поверхности кадрана под углом, равным географической широте местности. Вся сложность построения - в разметке часовых линий, которые в данном случае будут располагаться на циферблате не равномерно. Эту разметку можно провести тремя способами.
Первый способ - самый легкий, но не очень точный - способ визуальных наблюдений. Для начала, надо изготовить плоский кадран и укрепить на нем гномон. Например, Харьков расположен на широте 50°, поэтому гномон будет располагаться под углом 50° к горизонтальной поверхности кадрана. Чертеж гномона в данном случае будет выглядеть так.
После этого закрепляем гномон на кадране таким образом, чтобы стороны треугольника ВС и ВА были направлены строго на север (как это сделать описывалось в статье про экваториальные часы). Теперь наблюдаем за движением тени от гномона и каждый час делаем отметки на циферблате. Таким образом, за сутки можно разметить весь циферблат. Чтобы разметка была более точной, надо выбрать дни, когда значение уравнения времени приближается к нулю. После разметки наш циферблат будет сверху выглядеть так.
Из точки А проведем линию к перпендикулярной прямой так, чтобы угол САВ равнялся широте вашей местности (Рис.2).
Из точки В проведем перпендикуляр к отрезку АС (Рис.3) и отметим на нем точку D. Из точки В, радиусом BD, проведем окружность и, на пересечении ее с горизонтальной прямой, отметим точку О (Рис.4).
Теперь чертим окружность с центром в точке О и радиусом ОВ и эту окружность делим на равные сектора по 15°, как при разметке экваториальных часов. Каждый луч продлеваем до пересечения с вертикальной прямой ВС. Эти точки и будут определять часовую разметку наших горизонтальных часов (Рис.5).
Соединяем эти точки с точкой А (линии красного цвета). Осталось только пронумеровать - и половинка циферблата готова. Повернем полученный чертеж на 90° (Рис.6) и симметрично дорисуем правую половинку циферблата.
Часы готовы. Гномон изготавливается так же, как описано в первом способе и устанавливается на циферблат вдоль 12-часовой линии (линия АВ) так, чтобы угол, равный широте местности совпадал с точкой А.
Остается правильно сориентировать часы на местности - и все..
Третий способ - тригонометрический. В начале заготовим основу будущего циферблата - пересекающиеся под прямым углом линии и нанесем основные часовые отметки.
Все углы для разметки часовых делений можно рассчитать по формуле:
tg(a)=sin(f) * tg(t),
где а - искомый угол
f - широта местности
t - временной отрезок, выраженный в градусной мере (из расчёта 1ч = 15°).
Например, рассчитаем, где будет находиться отметка 11 часов на часах, расположенных в Харькове. Значение f = 50°, а t = 15° (1час от отметки 12).Подставим эти значения в формулу:
tg(a)=sin(50°)*tg(15°)=0,7660*0,2679=0,2052
отсюда определяем, что угол a=12°.
Таким образом, на циферблате угол между 12 и 11 часами будет для Харькова равняться 12°. Симметрично ему можно отложить сразу и угол между 12 и 13 часами. По этой же формуле рассчитываем и остальную разметку, принимая угол t равный соответственно двум, трем и т. д. часам (30°, 45° и т.д.).
Наши часы будут выглядеть так, как на этом рисунке (вид сверху). Красной линией ВС отмечено место крепления гномона, в данном случае без учета поправки на долготу местности. Если учесть эту поправку, то гномон будет направлен не ровно на 12 часов, а на точку времени 12час 35мин - истинный полдень для Харькова.
Теперь устанавливаем эти часы на местности, сориентировав гномон строго по линии север-юг, как описывалось ранее.
Циферблат горизонтальных часов не обязательно должен быть круглым. Если учесть реальную тень от гномона, то можно создать часы, которые будут показывать не только точное время, но и дату, не давая Вам забыть о таких важных событиях в жизни, как юбилеи, дни рождения, памятные даты. Например, солнечные часы у входа в яхт-клуб города Четхэма (Англия), показывают дату и час гибели адмирала Нельсона (21 октября в 17 часов). О построении таких часов можно прочитать в нашей специальной статье, посвещенной горизонтальным солнечным часам с циферблатом, ограниченным линиями солнцестояния .
Если Вы заинтересовались построением таких часов у себя на участке или дома, но у Вас нет времени сделать расчеты, вы можете заказать чертеж таких часов, рассчитанный именно для Вашей местности и для Ваших дат, в нашем интернет-магазине в разделе экзотических товаров.
Во первых, разберемся с видами солнечных часов. Существуют три вида отсчета времени по солнцу: при помощи горизонтальных, экваториальных и вертикальных солнечных часов. В домашних условиях проще всего сделать первые два вида.
Экваториальные. Поверхность циферблата наклонена относительно уровня земли на угол равному 90 градусов - широта местности и повернута к полярной звезде (на север). Стрелка относительно циферблата находится перпендикулярна и может представлять собой обычный штырь. Разметка часов на циферблате - каждые 15 градусов.
Горизонтальные. Циферблат находится на земле или подставке строго горизонтально. Стрелка представляет собой треугольник с углом равным широте местности. Направление стрелки на север. Деление циферблата на часы-сектора производится по формуле.
Как сделать солнечные часы
Экваториальные.
- На куске фанеры или пластика расчерчиваем циферблат с делением по часовым секторам каждые 15 градусов.
- В центр циферблата перпендикулярно вставляем штырь или палку любой длины.
Теперь нужно правильно часы установить.
- Готовому циферблату придаем угол наклона, при помощи подставки. Высота подставки (угол наклона) определяется для каждой местности отдельно. Например, для Москвы угол будет равен 90 градусов минус 55 градусов (северная широта) = 35 градусов. Соответственно, если вы живете в Волгограде, то от 90 градусов нужно отнимать широту Волгограда (48 градусов).
Широту каждого города можно посмотреть на Википедии.
- Найдя угол наклона циферблата, ориентируем его на местности, направляя, теперь уже наклонную стрелку на север.
Минус таких часов, в том, что показывать время они будут только пол года, зимой же они будут находится в тени.
Горизонтальные.
Такие часы очень просто можно сделать вместе с ребенком.
- Из фанеры или пластика вырезаем гномом (треугольную стрелку). Один из углов - прямой (90 градусов), второй - широта вашего города. То есть в Москве, это будет треугольник с углами 90 и 55 градусов, а в Волгограде - 90 и 48 градусов.
- Устанавливаем треугольник на местности, где у нас планируются часы, ориентируясь по компасу, на север.
- Заводим таймер, и каждый час выходим отмечаем деления.
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.
