Как сделать солнечные часы своими руками

Процесс изготовления

Самостоятельно сделать горизонтальные, вертикальные или экваториальные часы сможет каждый. Для этого нужно заранее подготовить требуемые материалы и изучить все тонкости работы.

Горизонтальная конструкция

Это самые простые часы, сделать которые можно за минимальное количество времени. В дачный сезон (период с марта по сентябрь) они будут точно показывать время. Однако уже в октябре их нужно корректировать.

Процесс изготовления состоит из следующих этапов:

• Первым делом берут лист фанеры или пластика и наносят на него очертания треугольного гномона. При этом один из углов должен быть прямым, а другой — соответствовать широте региона.
• Ручным или электрическим лобзиком выпиливают главную деталь конструкции.
• С помощью компаса или специального мобильного приложения устанавливают изготовленный гномон. Его располагают так, чтобы острый угол был направлен на север.
• На следующем этапе начинают изготовление кадрана. Эту деталь лучше вырезать из металла или дерева.
• Основу конструкции покрывают влагоотталкивающими составами, которые защитят материал от негативного воздействия дождя и снега.
• Нанесение разметки начинают с линии, соответствующей 6 и 18 часам. Её располагают горизонтально и перпендикулярно гномону.
• Затем берут будильник и каждый час делают пометки на циферблате в тех местах, где находится тень от гномона.
• В самом конце готовое изделие декорируют, стараясь гармонично вписать его в окружающую среду.

Вертикальное приспособление

Изготовление этого прибора своими руками занимает довольно много времени. При этом мастеру нужно будет учитывать множество нюансов, которые помогут правильно расположить и разметить часы.

Пошаговая инструкция:

• Работу начинают с вырезания кадрана. Для вертикальных часов лучше использовать более лёгкие материалы, при закреплении которых на стене не нужно будет создавать дополнительные конструкции.
• С помощью различных измерительных приборов определяют расположение центра циферблата.
• От него отступают несколько сантиметров вверх и отмечают место установки гномона.
• От этой точки опускают отвес (какой-либо груз на длинной верёвке или леске), по которому чертят линию, соответствующую полудню.
• В заранее намеченном месте просверливают отверстие для крепления гномона.
• Часть этой детали, которая будет располагаться в стене, расплющивают при помощи молотка. Это позволит избежать случайных проворачиваний.
• После этого крепят гномон, стараясь повернуть его так, чтобы он располагался перпендикулярно стене.
• С помощью хронометра каждый час отмечают местоположение тени.
• Готовые вертикальные часы украшают и покрывают прозрачным защитным составом.

Экваториальные часы

Такое устройство отличается хорошей точностью и простотой изготовления. Смастерить его своими руками сможет даже подросток. Для этого нужно будет выполнить такие действия:

• Из пластика или фанеры вырезают квадратное основание.
• С помощью транспортира на него наносят деления через каждые 15 градусов.
• В середине циферблата крепят металлический стержень. Его размер выбирается в зависимости от величины часов.
• После этого кадран устанавливают на специальную подставку, которая позволяет выбрать правильный наклон.
• Затем выполняют корректировку расположения циферблата, добиваясь того, чтобы гномон был направлен на север.
• Каждый час следят за перемещением тени и делают необходимые отметки на циферблате.

Способ №2. По аналоговым часам и Солнцу

Этот способ основан на знании того, что в средних и высоких широтах северного полушария Солнце движется по небосводу по часовой стрелке с угловой скоростью, равной половине от скорости движения часовой стрелки на часах. Это, по сути, — усовершенствованный первый способ.

Чтобы определить стороны света по аналоговым часам и Солнцу, следует придерживаться следующей инструкции:

1. Часы располагаются горизонтально. Циферблат должен быть направлен вверх.
2. Часы поворачиваются в горизонтальной плоскости так, чтобы часовая стрелка указала на Солнце, а точнее на его проекцию на горизонт.
3. От центра циферблата проводится луч так, чтобы он оказался строго между часовой стрелкой и цифрой «12». При этом в утренние часы этот луч будет находиться в промежутке от 6 до 12, а в вечерние — в промежутке от 12 до 6, если смотреть по часовой стрелке. Этот луч и укажет приблизительное направление на юг.

Существует вариация этого метода с использованием спички. Для этого:

1. Часы располагаются горизонтально циферблатом вверх.
2. Между часовой стрелкой и цифрой «12» на циферблате мысленно отмечается точка.
3. Возле этой точки сбоку к корпусу часов прикладывается спичка так, чтобы она была перпендикулярна плоскости циферблата.
4. Часы с прислоненной к ним спичкой вращаются в горизонтальной плоскости до тех пор, пока тень от спички не пересечет центр циферблата.
5. Луч, проведенный из центра циферблата через цифру «12» укажет приблизительное направление на юг.

Методы с использованием аналоговых часов хорошо будут работать только в том случае, если Солнце в течение дня будет двигаться низко над горизонтом. Чем выше солнечный зенит в конкретном регионе в конкретное время года, тем большую ошибку эти методы будут давать.

Например, они будут прекрасно работать за полярным кругом во время полярного дня, неплохо — в средних широтах в зимний период, и окажутся совершенно непригодными для ориентирования — в летних тропиках и на экваторе.

Кроме того, я не зря указал, что способ ориентирования по Солнцу и аналоговым часам предназначен для северного полушария. В южном полушарии, где Солнце движется справа налево, этот метод ориентирования нужно менять (о том, как это сделать, мы говорили в другой статье). Однако пользоваться им при этом становится сложнее, а значит увеличивается вероятность допущения ошибки. В таких ситуациях лучше применять другой способ, о котором поговорим далее.

Солнечные часы

Солнечные часы стали первым устройством для определения времени. Точное время они показывают всего три дня за весь дачный сезон (весеннее и осеннее равноденствие и летнее солнцестояние). В остальные дни разница может доходить до 17 минут, но для дачных работ это не принципиально. Поэтому можно обойтись без создания таблицы погрешностей или графика, уточняющего время каждый день и час.

Солнечные часы показывают точное время только в дни равноденствия и солнцестояния

Какие бывают солнечные часы

Существует три вида солнечных часов:

• вертикальные;
• горизонтальные;
• экваториальные.

Сферические, полукруглые и другие — разновидности основных видов. Принцип всех часов основан на показаниях тени от предмета (гномона), падающей на заранее нанесённые на циферблат (кадран) деления в час, пятнадцать, десять или пять минут, в зависимости от пожелания изготовителя.

Горизонтальные часы

У горизонтальных часов кадран параллелен линии горизонта. В центре или ближе к югу устанавливается гномон — вертикальный предмет, тень которого и будет указывать время.

В горизонтальных часах циферблат параллелен горизонту

От вертикального гномона тень на любой широте России будет иметь разную длину. Для того чтобы тень имела равную длину, гномон наклоняют на угол широты местности, которую можно точно определить по GPS-навигатору или в интернете. Например, Москва стоит на 55-й широте, угол наклона — 55 о от линии горизонта. Наклоняется гномон только в направлении север–юг по линии самой короткой тени в истинный полдень. Истинный полдень — момент верхней кульминации центра Солнца для данной точки земной поверхности.

Полуденная линия указывает на географический полюс, а не на магнитный

Экваториальные часы

У экваториальных часов кадран наклоняется в сторону географического севера (для России) относительно горизонта на угол: 90 минус величина широты этой местности. То есть циферблат будет параллелен линии экватора. Гномон устанавливается перпендикулярно кардану, то есть параллельно земной оси. Поправки на местное время такие же, как для горизонтальных часов.

Показания экватариальных часов видны издалека

Вертикальные часы

Вертикальные часы располагают на плоскости, перпендикулярной линии горизонта, а гномон устанавливается под углом к кадрану по полуденной линии на угол, равный разнице между 90 о и величиной широты местности. Полуденная линия определяется по линии самой короткой тени от горизонтального гномона.

На вертикальных часах цифры не всегда симметричны, если стена не смотрит строго на географический юг

Конструкция солнечных часов

В основе любых солнечных часов лежат два элемента:

• кадрана – это плоская поверхность, на которую нанесена соответствующая разметка (циферблат);
• гномона – это стержень, который прикреплен к этой поверхности.

Для изготовления часов может быть использован любой материал, который устойчив к атмосферным факторам. Это может быть камень, цемент, железо, древесина, пластик или даже гравийная отсыпка. Желательно, чтобы циферблат был светлым (это может быть белый мрамор, известняк и проч.): так тень от гномона будет более заметной. А сам гномон, кстати, можете сделать из длинных гвоздей, пластиковых штырей или же спиц для вязания.

Такие часы способны украсить и оживить любой ландшафт. Особенно, если для него использовались живые растения, не превышающие 50 сантиметров в высоту. К примеру, цветки календулы расцветают примерно в шесть часов утра, а закрываются в четыре вечера (даже если день выдался облачным).

Новые часы Samsung

Опубликованный недавно патент (LetsGoDigital) описывает дизайн ремешка с солнечной батареей для будущих умных часов Samsung. Согласно подробному описанию, в каждой секции ремешка будет размещаться солнечный элемент, обеспечивающий питание встроенной батареи часов. Samsung описывает использование полимера с квантовыми точками над этими солнечными элементами для изменения пути света. Компания считает, что такая конструкция позволит добиться большей эффективности.

Если новый тип ремешка будет действительно эффективным, это изменит много на рынке смарт-часов.

Примечательно, что этот патент был впервые подан еще в 2019 году, но только недавно был опубликован USPTO, что свидетельствует о серьезности намерений корейской компании. Выходит, что Samsung уже довольно давно работает над этой технологией. Тем не менее, это не первая компания, которая решила делать что-то подобное.

Как ориентироваться по Солнцу с помощью часов

Мне известно три способа ориентирования по Солнцу и часам. Все эти способы базируются на нескольких аксиомах:

• Солнце встает на востоке и садится на западе, при этом чаще всего точное место восхода и захода отклонено в северную либо южную сторону.
• В середине дня Солнце проходит через прямую, соединяющую северное направление с южным.
• Солнце движется по небесной сфере с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час, то есть в два раза медленнее часовой стрелки часов.
• Если стать лицом на север, то позади окажется юг, справа — восток, слева — запад. Понимая это, можно, зная всего одну сторону света, найти все остальные.

Подробнее об этих и других фактах, а также о том, откуда они взяты и почему работают так, а не иначе, можно прочитать в отдельной статье. Сейчас же предлагаю перейти непосредственно к описанию методов ориентирования.

Garmin Instinct Solar

Garmin Instinct Solar отличается  большой автономностью, которая может достигать до 54 дней в режиме смарт-часов, поэтому часы могут справляться с огромным количеством задач без снижения производительности.

Благодаря функции зарядки от солнечной батареи часы могут работать даже 56 дней, а если отключить модуль  GPS, то и до 68 дней. Эти показатели могут меняться в зависимости от интенсивности использования.

Instinct Solar отслеживает пройденное расстояние, количество шагов и сожженных калорий, мониторит качество и продолжительность сна, уровень стресса организма и множество других показателей активности. Принимает уведомления со смартфона и из социальных сетей, управляет музыкальным проигрывателем. Большое разнообразие спортивных режимов, включая бег, езду на велосипеде, плавание (водонепроницаемость 10АТМ).

Цена: 399 — 450$

Ключевые особенности Garmin Instinct Solar

• Расширенные возможности мониторинга здоровья, спорта и активности;
• Датчик сердечного ритма, сна и стресса, высотомер, барометр, компас, гироскоп и акселерометр;
• Определение VO2;
• GPS, ГЛОНАСС и Галилео;
• Управление музыкой;
• Водонепроницаемость 10 АТМ (100 метров статического давления водяного столба);
• Автономность до 68 дней (в зависимости от интенсивности использования).

Горизонтальные солнечные часы

В горизонтальных солнечных часах циферблат располагается горизонтально. Гномон в этом случае по аналогии с экваториальными часами расположен в северном (для средних и высоких широт северного полушария) направлении под углом к горизонту, равном широте местности.

Старинные солнечные часы из меди на стене крепости в крепости на горе Святого Михаила, Корнуолл, Великобритания.

Такие солнечные часы также располагаются строго по географическим сторонам света.

Пометка на циферблате, соответствующая 12 часам дня, делается по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов. В момент пересечения тени гномона этой отметки фиксируется время на обычных часах. После этого ровно через час делается следующая пометка. И так до тех пор, пока Солнце не скроется за горизонт. Все пометки соединяются прямыми с местом установки гномона — получаются своего рода лучи.

Лучи, соответствующие утренним часам, рисуются на циферблате зеркально вечерним. Далее каждый луч нумеруется по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов.

На таком циферблате также можно сделать пометки для определения даты. Для этого:

1. В день летнего солнцестояния в течение дня через каждый час на циферблат наносятся пометки, соответствующие концу тени гномона.
2. Отметки соединяются плавной кривой.
3. Возле полученной кривой подписывается дата и месяц, в день которой были сделаны пометки.
4. Аналогичные действия повторяются ровно через месяц и так до тех пор, пока не настанет день зимнего солнцестояния.
5. С противоположной стороны кривых наносятся даты и месяца, соответствующие периоду с декабря по июнь. Так, июль будет соответствовать маю, август — апрелю, сентябрь — марту, октябрь — февралю, а ноябрь — январю.

Для того, чтобы приблизительно определить дату по таким часам, нужно посмотреть, на какой кривой находится конец тени гномона или между какими кривыми, а затем методом интерполяции определить приблизительную дату и месяц. Для этого конечно необходимо знать хотя бы, в какой период проводится измерение, ведь, например, 21 ноября тень будет примерно той же длины, что и 21 января.

Casio G-Shock Gravitymaster GR-B100

Наверняка каждый, кто хоть немного разбирается в часах знаком с брендом Casio. Их линейка часов G-Shock характеризуется своеобразным внешним видом и сочетанием металла и полиуретана. Все модели из этой серии отличаются высокой прочностью, надежностью и долговечностью.

Одна из самых ярких линеек этой серии с солнечной батареей — Casio G-Shock Gravitymaster. Линейка Gravitymaster включает несколько моделей: GA-1000, GA-1100, GW-A1100, GW-A1000, GW-3000, 3500, 4000, GPW-1000, 2000 и GR-B100. Каждая модель отличается не только внешним видом и расположением окошек на циферблате, но и имеет уникальный набор функций.

Например, у моделей  GA-1000 и GA-1100 к стандартному набору функций добавлены компас и температурный датчик, которых нет у моделей с приставкой GW. Зато модели GW-A1100, GW-A1000, GW-3000 питаются от солнечной батареи.

Модель GR-B100 является новинкой 2018 года. Она получила увеличенный цифровой экран повышенной яркости, двойную подсветку Super Illuminator, поддержку таймеров обратного отсчета, функцию будильника и поиска телефона. Для синхронизации со смартфоном и настройки часов используется приложение G-Shock Connected.

Время автономной работы без источника света составляет до 6 месяцев обычного использования и до 19 месяцев в режиме ожидания. Стоит гаджет примерно 300 долларов США.

Среднее солнечное время

Уравнение времени — над осью солнечные часы будут отображаться быстрее по сравнению с часами, показывающими среднее местное время, а под осью солнечные часы будут отображаться медленными .

Среднее солнечное время — это часовой угол среднего Солнца плюс 12 часов. Это 12-часовое смещение происходит из решения начинать каждый день в полночь для гражданских целей, тогда как часовой угол или среднее солнце отсчитывается от местного меридиана. Начиная с 2009 года, это реализовано с помощью шкалы времени UT1 , построенной математически на основе интерферометрических наблюдений с очень длинной базой дневных движений радиоисточников, расположенных в других галактиках, и других наблюдений. Продолжительность светового дня меняется в течение года, но продолжительность среднего солнечного дня почти постоянна, в отличие от кажущегося солнечного дня. Кажущийся солнечный день может быть на 20 секунд короче или на 30 секунд длиннее среднего солнечного дня. Длинные или короткие дни происходят последовательно, поэтому разница увеличивается до тех пор, пока среднее время не опережает кажущееся время примерно на 14 минут около 6 февраля и отстает от кажущегося времени примерно на 16 минут около 3 ноября. Уравнение времени представляет собой эту разницу, которая является цикличным и не накапливается из года в год.

Среднее время следует за средним солнцем. Жан Мееус описывает среднее солнце следующим образом:

Продолжительность среднего солнечного дня медленно увеличивается из-за приливного ускорения Луны Землей и соответствующего замедления вращения Земли Луной.

Теоретические сведения

Перечислим некоторые факты, основанные на знаниях астрономии, которые помогут разобраться в принципе работы гномона.

Факт №1. Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень от гномона движется в противоположном направлении, то есть с запада на восток.

Факт №2. Во время восхода и захода Солнца, когда оно находится непосредственно над горизонтом, тень от гномона имеет самую большую длину, а в солнечный полдень — самую короткую.

Факт №3. Самая короткая тень от гномона получается, когда Солнце находится в зените, то есть наивысшей точке траектории своего движения по небосводу. В этот момент Солнце пересекает истинный меридиан, то есть линию, соединяющую север с югом.

Факт №4. Самое быстрое изменение длины тени наблюдается в часы восхода и захода Солнца за горизонт. В середине же дня скорость изменения длины тени минимальна.

Факт №5. Из-за наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости земной орбиты на угол примерно равный 23,5 градуса, а также из-за вращения Земли вокруг Солнца наблюдаемое движение Солнца по небосводу происходит то ниже небесного экватора (в северном полушарии с сентября по март), то выше него (в северном полушарии с марта по сентябрь). И только в дни весеннего и осеннего равноденствий движение Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора. При этом дальше всего от небесного экватора траектория движения Солнца лежит в дни зимнего и летнего солнцестояний.

К слову, небесный экватор — это большой круг небесной сферы, расположенный перпендикулярно оси вращения Земли, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора.

Факт №6. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.

Факт №7. Усредненное «земное» время не всегда совпадает с астрономическим временем по ряду причин.

Факт №8. Видимый с Земли диаметр Солнца равен приблизительно тридцати угловым минутам. Это делает тени от предметов размытыми.

Факт №9. Если стать таким образом, чтобы перед лицом оказался север, то позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.

Понимание процессов, лежащих в основе работы гномона и солнечных часов, необходимо не только для того, чтобы самостоятельно сделать эти приборы, но и для того, чтобы корректно ими пользоваться. Один раз довелось наблюдать забавную картину: человек, имея купленные солнечные часы, так и не смог понять, почему время на них и на часах в телефоне отличается. В видео показан этот пример:

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.

1. Сориентировать относительно сторон света – плоскость циферблата или же сам гномон необходимо направить на истинный полюс земли. С магнитным полюсом он не совпадает – разница между ними составляет порядка 7-8 градусов. Сориентировав солнечные часы по компасу, вы получите погрешность во времени в пределах получаса. В принципе, эту погрешность можно устранить с помощью обычных часов – ровно в полдень тень от гномона будет указывать на истинный северный полюс. Вам останется только подогнать под нее циферблат часов и все.

2. Сориентировать гномон четко в соответствии с осью вращения Земли. Здесь все просто и для этого дела можно воспользоваться обычным транспортиром. Угол наклона гномона солнечных часов равен широте вашего места проживания – определить широту можно по топографическим картам или через интернет. В общем, сегодня это не проблема.

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.

Поясное время

В общем, используется оно в основном в географии.Из школьных знаний нам известно, что Земля делится на меридианы. Всего их 24 и они отстают друг от друга на 15 градусов долготы.Принято считать, что начальный меридиан с нулевой долготой является основным. Его ещё называют всемирным.Меридианы простираются с запада на восток. Такое время в соседних поясах отличается на один час. Для того, чтобы вычислить время отдельного пояса, необходимо узнать номер пояса.

Меридианы

Собственно говоря, поясное время это время часового пояса. Принято считать, что день состоит из 24 часов и начинается в полночь.

Вертикальные часы

Их обычно размещают на любой вертикальной стене. Кадран в данном случае направлен точно на юг: либо под перпендикуляром к полуденной линии, либо под острым углом к ней.

Гномон нужно закрепить повыше центра кадрана. Он должен отклоняться на угол, равный 90° минус градус северной широты вашего места жительства. Часовые отметки на кадране тоже определяются через равные промежутки в 15°.

Нередко домашние умельцы отдают предпочтение смешанному типу солнечных хронометров. То есть на 1/2 угла наклоняют и кадран, и гномон. Хронометры такого устройства смотрятся более эффектно.

Солнечные часы любого типа работают, разумеется, только в дневное время и лишь тогда, когда на небе сияет небесное светило, поэтому нет смысла наносить на кадран «ночные» часы. Также следует иметь в виду, что не нужно укреплять часы слишком жестко, иначе нельзя будет корректировать их работу. Ведь из-за колеблющейся длительности светового дня весной часы будут немного спешить, а осенью отставать.

Сохраните ссылку чтобы не потерять, она Вам понадобиться:

Портативные солнечные часы.

   В XVI веке в России появились западноевропейские портативные солнечные часы. На 1980 год в советских музеях было семь таких часов. Самые ранние из них относятся к 1556 году и хранятся в Эрмитаже, они были предназначены для ношения на шее и представляют собой горизонтальные солнечные часы с секторным гномоном для указания времени, компасом для ориентации часов в направлении север — юг и отвесом на гномоне для придания часам горизонтального положения. Все эти элементы установлены на плате, которая может отклоняться от горизонтального положения, обеспечивая возможность использования часов не на одной, а в интервале широт: 47 — 57 градусов.