Как сделать прибор гномон. Солнечные часы на даче. Картонные экваториальные часы

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.

Древнейший механизм для определения времени. Солнечные часы - простейший прибор, но в нем заложены знания и наблюдения наших древних предков. В настоящее время солнечные часы используются как ландшафтное украшение. На примере солнечных часов родители учат своих детей строению солнечной системы, да и сама постройка солнечных часов своими руками - увлекательнейшее занятие для наших детей, например, будучи на пляже. При изготовлении солнечных часов надо знать некоторые моменты и особенности их конструкции, о которых мы и расскажем в этой статье.

Из чего состоят солнечные часы

Солнечные часы состоят из стрелки-указателя, отбрасывающей тень (эта стрелка называется гномон) и циферблата солнечных часов. Время по солнечным часам определяют по тени, отбрасываемой гномоном на циферблат. Все просто, однако есть некоторые особенности. Циферблат солнечных часов делится на 24 часа, а не на 12 часов, как в обычных механических часах. Циферблат или гномон должны быть наклонены над плоскостью. Солнечные часы не учитывают переход на летнее время. Солнечные часы работают только в ясную или малооблачную погоду в светлое время суток. Вот и все ограничения солнечных часов .

Существует несколько видов солнечных часов . Давайте разберемся с ними по-порядку.

Можно делать прямо на песке на пляже. Для начала нам нужно знать две вещи: на какой широте мы находимся и где находится север. Если вторую часть можно установить методом подбора, то с первой придется быть подготовленным. Итак, у нас есть компас и мы знаем свою широту (Санкт-Петербург - 60, Москва - 55, Нижний Новгород - 56, Екатеринбург - 56, Сочи - 43, Ростов-на-Дону - 47, Новосибирск - 55, Владивосток - 43 градусов северной широты). Если мы делаем циферблат солнечных часов на переносимой поверхности - чертим круг и делим его на 24 части. Если делаем солнечные часы на земле, рисуем круг, в центр круга вставляем палку (гномон) и наклоняем ее на север так, чтобы угол между поверхостью земли и гномоном был равен нашей широте, от нижнего конца гномона ровно на север рисуем черту - это будет 12 часов дня по астрономическому времени. Остальные линии расчерчиваем, деля весь круг на 24 равных сектора. Каждый сектор солнечных часов равен 15 градусам.

Здесь нас ожидает засада. После грамотного разграфления циферблата и наклона гномона, время показывающее солнечными часами может отличаться от времени, которое показывает местное телевидение. Проблема кроется в декретном времени и часовых поясах, которые были для удобства созданы искусственно. Переносимый циферблат с легкостью решит эту проблему, просто вовернем его, пока время не будет правильным. С часами, нарисованными на песке чуть посложнее, этот момент надо учесть при начале разрисовывания циферблата. Например, можно отложить разметку циферблата до 12 часов, когда мы и север без компаса определим и точно главную ось циферблата наших солнечных часов нарисуем. Если ждать некогда, и творчество рвется из Вас, разграфите циферблат солнечных часов в черновом варианте и скорректируйте свой циферблат на ту погрешность, которая у Вас получилась.

В наших широтах солнечные часы работают в самый разгар лета часов с 8 утра и до 8 вечера, так что расовать числа между этими значениями практически бессмысленно. Из-за этого часто на круглом циферблате основание гномона сдвигают вниз.

Те же самые горизонтальные часы, только гномон установлен четко вертикально, а сам циферблат наклонен к поверхности земли на угол широты места установки таких часов.

Вертикальные солнечные часы.

Вертикальные солнечные часы обычно крепят на стенах домов. Тот же самый наклоненый гномон и расчерченный через 15 градусов циферблат.

Обычно в городах делают смешанный тип солнечных часов , т.е. на половину угла наклоняют циферблат, наполовину угла наклоняют гномон. Такое построение солнечных часов смотрите эффектнее, собственно, из-за чего их и делают.

Построение солнечных часов своими руками действительно увлечет Вашего ребенка и, кроме того, расширит его кругозор.

История солнечных часов

Человек изобрел для измерения времени целый ряд инструментов, например, лунные, водяные, свечные часы, которые использовались вплоть до XVIII века, затем песочные часы и от XVI до XVIII века масляные часы. Однако из-за своей зависимости от внешних условий и их колебаний, равно как и из-за технического несовершенства эти средства измерения времени не нашли всеобщего применения.

По современной хронологии уже 4000 лет назад уже повсюду существовали часы различной степени сложности. Первыми попытались их сделать египтяне, которые изобрели звездные часовые карты, и можно было определить ночное время, наблюдая за подъемом звезд. Что касается дневного времени, то поздние египтяне изобрели теневые часы (солнечные часы). Тень от поперечной балки постепенно пересекала ряд меток от восхода и до заката солнца. Набор инструкций для изготовления таких часов был найден в могиле фараона

Сети I, который правил примерно в 1300 году до н.э. Такие простые теневые часы были предшественниками солнечных .

Особо благоприятные климатические условия для измерения времени с помощью солнечных часов имел Египет. Известия о самых древних из древнеегипетских солнечных часов относится к эпохе правления Тутмоса III - первой половине XV в. до н.э. Одним из видов солнечных часов были ступенчатые часы в виде обелиска с двумя наклонными поверхностями, ориентированными по оси на восток - запад и разделенными на ступени. При восходе Солнца тень падала на край верхней ступеньки одной из этих поверхностей - восточной, затем постепенно опускалась, пока к полудню полностью не исчезала. Затем, после полудня, тень снова появлялась в нижней части западной поверхности, откуда она все поднималась до тех пор, пока при заходе Солнца не касалась грани верхней ступеньки.

На описанных солнечных часах время измерялось длиной, а не направлением отбрасываемой тени. Однако египтяне имели солнечные часы и со шкалой для определения направления отбрасываемой тени. Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий, работавший во времена правлений Цезаря и Августа, описывает в своем сочинении "Архитектура" не менее 13 видов солнечных часов.

К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические солнечные часы - так называемые гемисферы. Внутренняя поверхность полушария представляла небесную полусферу с линией экватора, двумя линиями солнцестояния и с двенадцатичасовой шкалой времени. Изобретение таких часов приписывают известному античному астроному Аристарху из Самеса, жившему в 320 - 250 гг. до н.э который изготовил также солнечные часы с полукруглымишкалами, разделенными на пять частей (часов) неодинаковой длины. В совершенствовании греческих солнечных часов большое участие принимал и известный математик, врач, основатель греческой астрономии Евдокс из Книдоса, живший в 408 - 356 гг. до н.э. Острый конец гномона, служивший первоначально египтянам для четкого ограничения тени на шкале, греки позднее заменили небольшим круглым отверстием, так называемым солнечным оком, бросавшим на шкалу небольшую световую точку. Кроме указанных выше горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы , так называемые гемоциклы, которые они располагали на общественных зданиях. Все древние солнечные часы были основаны на простом принципе гномона, у которого длина и направление отбрасываемой тени зависели не только от положения Солнца в данный момент на небосводе, но и от времени года.

При римском способе деления дня и ночи на 12 часов весной и летом удлиняли дневные часы, а осенью и зимой их укорачивали. Античные солнечные часы вследствие своего несовершенства указывали такое время, главной чертой которого было то, что под влиянием изменяющегося наклона Солнца изменялась в течение года длина дневных и ночных часов. Более поздние античные и многие средневековые солнечные часы имели криволинейные шкалы, устраняющие этот недостаток. Такими часами с более сложными и более точными шкалами времени, вычисленными для квартальных или месячных интервалов, пользовались примерно до XV века. Новую эпоху в развитии солнечных часов открыло важное изобретение, датирующееся 1431 годом. Принцип его заключался в установке теневой стрелки в направлении земной оси. Этим простым нововведением было достигнуто то, что тень стрелки, называемой полуосью, после этого нововведения равномерно вращалась вокруг полуоси, поворачиваясь каждый час на 15 градусов. Это дало возможность ввести равномерное время, которым можно было пользоваться в течение всего года, причем отрезки, соответствующие часам, были одинаковой длины независимо от изменяющейся высоты Солнца. Следующим этапом в развитии солнечных часов стали солнечные часы с компасом. К первым создателем солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном и математик

Региомонтан. с циферблатом, параллельным плоскости земного экватора, и гномоном, перпендикулярным ей, были, по существу, простейшими часами с равномерной шкалой времени. Создатели таких часов обычно исходили из того, что ими будут пользоваться в различных географических широтах. Иногда такие часы имели стрелку с зубчатой передачей и малый циферблат со стрелкой для отсчета минутных интервалов с точностью от 1 до 3 минут. Такие часы назывались гелиохронометрами.

Были и экваториальные часы, устроенные так, что их циферблат указывал непосредственно среднее солнечное время , а не местное солнечное время , как у обычных экваториальных часов. Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Интересны кольцевые солнечные часы - один из вариантов дорожных солнечных часов которые очень часто одновременно служили и в качестве декоративной подвески.

Главной частью таких солнечных часов было латунное кольцо диаметром несколько сантиметров с другим передвижным кольцом, снабженным отверстием для солнечного луча. На внешней поверхности главного кольца обычно гравировали начальные буквы наименований месяцев, а против них, на внутренней поверхности, находилась часовая шкала. Перед измерением надо было повернуть меньшее, обычно железное, колечко так, чтобы отверстие для луча лежало у наименования соответствующего месяца. При измерении времени держали часы в положении, позволяющим солнечному лучу проходить через отверстие в шкале. На подобном принципе строились и так называемые экваториальные кольца - аналогичные часы, на главном кольце которых имелись еще два пересекающихся друг с другом круга. Позднее возник новый вариант с поперечиной вместо третьего кольца.

На одной стороне этой поперечины были указаны месяцы, а на другой - знаки зодиака. Посередине имелась перемычка с малым отверстием для прохождения солнечного луча. Правильное положение этих часов при измерении времени было таким, когда солнечный луч, проходящий через отверстие, попадал на центральную линию экваториального круга. В заключение этого раздела хотелось бы коротко остановиться на одной из моделей дорожных солнечных часов , используемых индийскими путешественниками. Они представляли собой деревянные восьмигранные палки с металлическим острием длиной 160 см с вырезанными часовыми шкалами. В отверстие над шкалой для соответствующего месяца вдвигался стержень длиной около 15 см так, чтобы его острие при вертикальном положении палки отбрасывало тень на шкалу. На палке должно было быть 12 шкал. Поскольку для дней, удаленных от солнцестояния на одинаковое время, действовали одинаковые условия, то достаточно было иметь 8 шкал. Наименование ашадах эти часы получили по тому сезону (июнь-июль), в котором совершались путешествия. Солнечные часы никогда не утрачивали своего значения и продолжают конструироваться еще и в наши дни. Римляне усовершенствовали солнечные часы, с которыми мы знакомы в настоящее время, и даже сделали солнечные переносные часы , удобные для путешествий. Они просуществовали тысячелетия и еще долгое время оставались средством проверки и координации для очень ненадежных колесных часов, пока не были окончательно вытеснены благодаря изобретению спиральной пружины в качестве регулятора хода (1674г.), но об этом мы расскажем ниже.

Мы рассмотрели устройство и функционирование солнечных часов, которые с годами совершенствовались и изменялись. Солнечные часы с передвижным по высоте полюсом, компасом и шкалами с минутным делением были простым и надежным указателем солнечного времени, но страдали и некоторыми серьезными недостатками. Их работа была связана с солнечной погодой и с ограниченным периодом работы - между восходом и заходом Солнца. Поэтому новые приборы для измерения времени принципиально отличались от солнечных часов. В то время как единица времени по солнечным часам выводилась из вращения Земли и ее движения вокруг Солнца, надо было создать искусственный эталон единицы времени, например, в виде интервала времени, необходимого для вытекания определенного количества вещества в хронометрическом устройстве.

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 часов

Н 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 нужны
3 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.

Заключение

Все, 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.

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.

Сначала немного теории

Много тысячелетий люди определяют время по солнцу. Простейшие солнечные часы (гномон), состоящие из вертикального стержня (собственно гномона), расположенного на горизонтальной площадке, были известны еще в 3-м тысячелетии до нашей эры. Время по таким, да и всем другим, солнечным часам определяют по тени, которую отбрасывает гномон на площадку (кадран), устроенную вокруг гномона (или рядом с последним). В зависимости от ориентации плоскости кадрана различают обычно горизонтальные и вертикальные солнечные часы. Мы же здесь рассмотрим наклонные солнечные часы, которые представляют из себя гномон, установленный на наклонной плоскости (рис. 1).

1 - кадран; 2 - гномон; 3 - тень от гномона.

Поверхность кадрана нанесенными на нее часовыми делениями разбита на угловые секторы, то есть является циферблатом часов: Для определения времени в центре кадрана, перпендикулярно к его плоскости, установлен стержень - все тот же гномон. Тень, падающая от гномона на поверхность кадрана, выполняет роль часовой стрелки, показывающей время.

Угол наклона плоскости кадрана к северу равен 90° минус угол φ, где угол φ равен географической широте местности. Широту местности легко узнать по обычной географической карте. В Подмосковье, например, наклон кадрана должен составлять 90°–34°, так как 56° - географическая широта Москвы.

Счастливчику, проживающему в доме, где северный скат крыши ориентирован строго в направлении «юг-север» с углом наклона, близким к 35°, обзавестись солнечными часами ничего не стоит. Отклонение угла наклона крыши на 2...3° в ту или иную сторону не потребует ее переделки, так на точности хода часов это заметно не скажется.

Простейшие солнечные часы на крыше дома

Градуировка кадрана

Как уже говорилось, в качестве кадрана мы будем использовать плоскость северного ската крыши. (Если крыша ориентирована по-другому, солнечные часы придется делать на какой-нибудь другой площадке.) Циферблат астрономических солнечных часов представляет собой круг, поделенный радиусами, исходящими из его центра, на 24 часовых сектора, с центральными углами по 15° (рис. 2).

Разбивку плоскости на секторы начинают от полуденной линии, проходящей через центр кадрана в направлении с севера на юг и совпадающей с направлением тени от гномона в 13 ч по декретному времени. Секторную разметку дополняют цифрами.

Напомним, что в России декретное время - поясное время, переведенное на 1 ч вперед. А поясное время - система счета времени, основанная на разделении поверхности Земли на 24 часовых пояса. Таким образом во всех пунктах в пределах одного пояса в каждый момент поясное время одинаково, в соседних же поясах оно отличается на 1 ч. Часовые пояса образованы соседними меридианами, отстоящими по долготе на 15° друг от друга. Как известно, началом отсчета географических долгот Земли является нулевой (Гринвичский) меридиан. Так вот, этот нулевой меридиан является средним меридианом нулевого часового пояса. Возвращаясь к декретному времени отметим, что во 2-м часовом поясе, в котором расположена Москва, оно на 3 ч опережает всемирное время, то есть местное время нулевого меридиана.

Разметку кадрана (кровли) проще всего произвести с помощью веревочного равностороннего треугольника. Для этого на прочном шнуре или веревке наносят отметки, например, завязывают узелки-петли, делящие шнур на три равные части, после чего концы шнура соединяют, образуя кольцо. В месте соединения концов шнура к этому кольцу привязывают груз, который в последующем будет выполнять роль отвеса (рис. 3).

Одну из сторон треугольника, смежную с углом, к вершине которого привязан груз, делят метками, например, проволочными хомутиками, на четыре части так, чтобы длины полученных отрезков находились в соотношении 27:23:23:27. При таком соотношении отрезков лучи, соединяющие концы отрезков стороны треугольника с противолежащей вершиной, делят угол при этой вершине (а он равен 60°) на четыре угла по 15° каждый.

Далее в центре циферблата, то есть в месте установки гномона, закрепляем на крыше реперный стержень (забиваем длинный гвоздь). Надев на стержень одну из двух петель при вершине веревочного треугольника (см. рис. 3), груз-отвес отпускают, в результате чего сторона треугольника, один конец которой укреплен на гвозде, а к другому привязан груз, совпадет с полуденной линией. Конечно, это произойдет лишь в том случае, когда крыша наклонена строго на север (рис. 4). Вторую петлю отводят в сторону, например, вправо, так, чтобы на плоскости крыши образовался веревочный равносторонний треугольник. Понятно, что сторона треугольника с грузом не должна сместиться с полуденной линии. Теперь на кадране (скате крыши) отметим положения концов отрезков, на которые мы разделили одну из сторон треугольника, например, делая отметки маркером.

После разметки правого нижнего сектора циферблата свободную петлю треугольника перебрасываем на другую половину крыши (слева от полуденной линии) и вновь формируем треугольник, обеспечив вертикальное положение стороны треугольника с грузом-отвесом, и размечаем крышу так же, как в первом случае. В результате этих операций вся нижняя «дневная» часть циферблата окажется поделенной на 8 секторов.

Для разметки боковых секторов циферблата, на которые тень от гномона заходит утром и вечером, за свободную петлю треугольник поднимаем вверх, к коньку, и формируем треугольник так, чтобы его сторона с грузом, проходила через крайнюю точку (левую, правую) разметки нижней части циферблата. Понятно, разметку боковых секторов циферблата ведут так же, как и разметку нижних секторов (см. рис. 4).

Дизайн циферблата

Проще оформить циферблат в виде прямоугольника (рис. 5). При разметке по веревочному треугольнику боковые секторы («утро/вечер») изначально образованы прямыми линиями. Ломаную же линию, ограничивающую нижний сектор («день») спрямляют, соединяя прямой боковые крайние точки сектора. Деления (радиусы часовых секторов) обозначают на циферблате точками или отрезками-штрихами, направленными к центру кадрана.

Цифры наносят водостойкой краской, предварительно разметив их маркером или цветным карандашом (оцифровку лучше начинать от полуденной линии). Для цифр рекомендуется использовать геометрически простой и легко читаемый шрифт типа индексации на почтовых конвертах или знаков на калькуляторе.

Установка гномона

В центре кадрана перпендикулярно плоскости ската монтируют фланец с отверстием для стальной трубы (гномона), тень от которой и является стрелкой, показывающей время. Во фланце трубу фиксируют болтом. Перпендикулярность установки гномона проверяют прямоугольным треугольником. Длина гномона должна быть соразмерна размерам плоскости кадрана, чтобы тень от него находилась в пределах циферблата.

Внимание! Обязательно надежно заземлите гномон, соединив его стальным проводником диаметром 6...7 мм с листом металла, закопанным в грунт на глубине 1,5...2 м, обеспечив тем самым молниезащиту дома (см. рис. 5).

Техника безопасности

Заметим, работы, связанные с высотой, всегда лучше выполнять вдвоем. Поскольку заспинного моторчика с пропеллером, как у Карлсона, ученые еще не придумали, монтажнику-высотнику необходим монтажный пояс, к которому привязывают веревку, как в цирке страховочную лонжу. Разметчик работает на крыше, а его напарник, находящийся на земле, подстраховывает товарища и корректирует его действия. Обязательно понадобится надежная и легкая лестница, которую придется перемещать по поверхности крыши. Рекомендуем для работы на крыше соорудить специальную облегченную лестницу из брусков сечением 30x60 мм (годятся и бруски сечением 25x50 мм). Расстояние между стойками выбирают с учетом особенностей кровельного покрытия. Дело в том, что на кровле из шифера стойки должны располагаться во впадинах листов.

Соединяют детали лестницы на гвоздях размером 4x80 мм, причем в деталях для гвоздей обязательно сверлят отверстия. При сверлении стенки отверстия уплотняются, поэтому гвозди в таких отверстиях держатся более плотно, а бруски не раскалываются. Выступающие концы гвоздей загибают. К верхней части лестницы крепят бобышки-зацепы, с помощью которых она цепляется за конек.

Наклонные солнечные часы работают только в солнечные дни и только с 21 марта по 21 сентября, когда солнце расположено в северном полушарии, поэтому на «зимнее время» стрелки переводить не нужно. На зиму гномон с крыши лучше убрать, чтобы это не сделал за вас снег при сходе с крыши.