Юный техник, 2014 № 07

СВОИМИ РУКАМИ Солнечные часы

Солнечные часы упоминаются даже в Библии. Причем там имеется в виду вполне конкретный гномон — указатель, построенный в Иерусалиме при царе Ахазе, в VIII веке до н. э. Правда, до наших дней он не сохранился. А потому одними из самых древних солнечных часов считаются найденные при раскопках в захоронении Наут (Ирландия). Они датируются 5000 годом до н. э.

Совершенствованием солнечных часов занимались величайшие ученые Эллады — Анаксимандр, Анаксимен, Евдокс, Аристарх. Причем, поскольку у древних народов не было деления суток на 24 равные части, то на 12 часов они делили световой день, от рассвета до захода солнца. В результате, поскольку в разное время года длина светового дня неодинакова, то и час получался разным по длительности.

Солнечные часы с индикацией приливов-отливов в порту.

Самые простые солнечные часы устроены так. Шест-гномон должен быть направлен на Северный полюс мира, иначе говоря — быть параллельным земной оси. Циферблат часов располагается перпендикулярно гномону. При этом плоскость, в которой Солнце путешествует по небу вокруг нашей планеты, также окажется перпендикулярной гномону и параллельной циферблату. А это значит, что тень от гномона будет путешествовать по циферблату равномерно в течение светового дня, каждый час проходя по 15 градусов. Солнечные часы такой конструкции называются экваториальными, так как их циферблат параллелен экватору.

Поскольку мы с вами живем не на экваторе, то в наших краях диск циферблата надо устанавливать в такой плоскости, чтобы ее угол к горизонтали равнялся географической широте места.

Направление на Северный полюс мира можно отыскать ночью по Полярной звезде. Будьте внимательны: направление гномона нельзя точно определить по компасу, потому что положения Северного магнитного полюса Земли и ее географического полюса не совпадают. Кроме того, на Земле существует множество магнитных аномалий: благодаря содержащимся в горной породе металлам, в некоторых уголках планеты погрешность компаса превышает 15 градусов.

Если вы посмотрите специальную литературу, то убедитесь, что за прошедшие тысячелетия конструкцию солнечных часов усовершенствовали настолько, что они стали, пожалуй, сложнее обычных механических. Для начала расскажем, как выйти из положения, если вдруг на прогулке выяснится, что вы забыли часы с мобильником дома, и определить, который час, подручными средствами.

Подобно древним, давайте будем считать, что за сутки Солнце делает полный оборот вокруг Земли (хотя, как пишут в учебниках, все наоборот — это наша планета крутится вокруг своей оси, но это сейчас не играет роли) за сутки, то есть за 24 часа. Значит, 360 градусов (это полный круг) делим на 24 часа — получаем 15 градусов за 1 час.

Отыскав более-менее ровное место, освещенное солнцем, втыкаете в землю шест-стрелку и размечаете вокруг нее «циферблат» — рисуете окружность и делите ее пополам, разделяя тем самым ваши солнечные часы на 12-часовые сектора. Потом еще раз делите эти половинки на две части и получаете 6-часовые сектора. Снова делите их пополам — получаете 3-часовые сектора. Остается поделить каждый оставшийся сектор на три равные части и получить часовые отрезки.

Став лицом на север, по тени, отбрасываемой шестом на нашем циферблате, можно определить, который час.

1. Солнечные часы, изготовленные Кэйт Понд в 1991 году, установлены в канадском городе Квебеке. В дни равноденствия солнечная тень ложится точно вдоль правой опоры… И все, больше никакой индикации.

2. Гномоном этих солнечных часов в Бельгии служит опора вантового моста.

3. Эти цилиндрические солнечные часы встречают посетителей при входе в парк развлечений.

Голландский мастер Вилли Ландер сделал солнечные часы из стакана.

А теперь часы посложнее. Как они выглядят, вы можете увидеть на приведенных иллюстрациях. Согласитесь, построить такие солнечные часы не представляет особого труда. Между тем они могут стать украшением вашего дачного или приусадебного участка.

Для примера мы будем ссылаться на солнечные часы, которые предназначены для работы на широтах, близких к 45 градусам. Ну, а вам, возможно, придется подкорректировать ваш чертеж, использовав специальный калькулятор на сайте http://hilaroad.com/camp/projects/sundial/sundial_calculator/sundial_calculator.htm или набрать в строке любой поисковой системы: Sundial Hour Line Calculator

Итак, чтобы построить и настроить ваши солнечные часы, для начала отыщите на участке открытое место, куда светит солнце от рассвета до заката и не падает тень от построек, деревьев или кустарников.

По компасу установите циферблат ваших солнечных часов так, чтобы его 12-часовая отметка была направлена на север. Закрепите диск на месте. Вечером, когда покажутся звезды, найдите на небе Полярную звезду и направьте верхушку гномона точно на нее.

С утра довершите настройку. Посмотрев на ваши обычные или электронные часы, поверните диск солнечных таким образом, чтобы показания обоих часов совпали. На фото вы видите, что они показывают 11:00 утра.

Учтите, что солнечные часы лучше всего работают при установке с учетом зимнего и летнего времени на данной широте. И время при этом они будут показывать именно вашей широты, а не декретное, смещенное на час или два, как это ныне практикуется в нашей стране. Так что придется вносить еще поправку на час или два.

В заключение нашего рассказа несколько слов об изобретении английского математика Уильяма Отреда, который ухитрился создать даже, карманные солнечные часы. Они сделаны из плотной чертежной бумаги или тонкого картона и состоят из двух перпендикулярных другу друг колец — экваториального и меридианного — и гномона-указателя.

Перенесите прилагаемый чертеж (лучше в увеличенном вдвое масштабе) на плотную бумагу и аккуратно вырежьте. На меридианном кольце нанесена шкала широт. Пользователь должен выбрать широту места, где он находится, и подвесить как раз на этой отметке кольцо на шнурке или пальце. Подвижный ползунок надо установить в соответствии с датой данного дня. Затем медленно поворачивайте часы вокруг вертикальной оси, пока на циферблате не появится точка.

В этот момент меридианное кольцо окажется сориентированным на север, а экваториальное — параллельно плоскости экватора. Точка укажет местное время. После этого оба круга и гномон можно совместить в одной плоскости и убрать прибор в карман или сумку до следующего измерения.

Карманные солнечные часы английского математика Уильяма Отреда.

СОВЕРШЕНСТВУ НЕТ ПРЕДЕЛА…

Гномон, отбрасывающий тень на циферблат, — далеко не единственное конструктивное решение для солнечных часов. Роль гномона может выполнять сферическое зеркало (что-то вроде «хрустального шара» на дискотеке), которое в определенный момент времени отбрасывает в соответствующие части циферблата солнечные зайчики. Можно устроить часы с циферблатом, нанесенным на окно в помещении, где в солнечный день изображение отбрасывает тень на пол.

У подножия 101-этажного небоскреба Тайбэй 101 в Тайване обустроен круглый парк. Его дорожки и деревья составляют циферблат солнечных часов, которые хорошо видны из окон небоскреба. Гномоном часов служит само здание.

В парке солнечных часов бельгийского города Генк можно встретить цифровые солнечные часы. Внутри этого сложного устройства солнечные часы подвергаются многочисленным преломлениям и, совершив путешествие по системе зеркал, подсвечивают те или иные точки экрана. На черном экране красивыми белыми цифрами высвечивается время в часах и минутах.

В конце XVIII — начале XIX века в европейских парках попадались солнечные часы с полуденным боем. Точнее, с оглушительной пальбой. Часы были устроены таким образом, что в полдень солнечные лучи падали на линзу, под которой размещался холостой патрон. Усиленный линзой луч солнца поджигал порох, и раздавался оглушительный выстрел. В течение года положение линзы и патрона регулировали, чтобы полуденный залп раздавался точно в 12:00 по местному поясному времени.