Демонстрация 8.

«Солнечные часы»

  Солнечные часы — устройство для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. 

    История солнечных часов берет свое начало в Ассирии и Вавилоне, когда человеку стала очевидна связь между расположением и длиной солнечной тени от предметов и положением Солнца на небосводе. До наших дней сохранилось несколько древних грандиозных сооружений, позволяющих с удивительной точностью отслеживать положение Солнца, звезд и Луны на небосводе, восходы и заходы небесных объектов в каждый из дней года ( рис.1).

  Простейшие солнечные часы показывают истинное местное время. Пользоваться солнечными часами можно только днём при ясном небе или при лёгкой облачности, не мешающей образованию чёткой тени.

Рис.1.        

  В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются, и уступили место различным видам других часов.

 Солнечные часы делятся на три типа – экваториальные, горизонтальные и вертикальные.

   Экваториальные солнечные часы состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона (рис.2). Часовые деления на кадран наносятся через равные угловые промежутки, как на циферблате обыкновенных часов, а гномон обычно представляет собой металлический стержень, устанавливаемый на кадране перпендикулярно его поверхности. Затем кадран ориентируется в горизонтальной плоскости так, чтобы прямая, соединяющая основание гномона и часовое деление, соответствующее полудню, была направлена параллельно полуденной линии в сторону юга — для Северного полушария, или в сторону севера — для Южного полушария, и наклоняется относительно плоскости горизонта, соответственно, в сторону севера или сторону юга на угол α=90°-φ, где φ — географическая широта места установки солнечных часов. Кадран будет параллелен небесному экватору (отсюда — название этого типа солнечных часов), а поскольку небесная сфера в течение дня вращается равномерно, то и тень от гномона   за любой час дня будет описывать равные углы (поэтому часовые деления и проводятся так же, как на циферблате обычных часов).

Рис.2.    

   Главный недостаток экваториальных солнечных часов - то, что они, в отличие от горизонтальных, будут работать только от дня весеннего равноденствия до дня осеннего равноденствия (в Северном полушарии весеннее равноденствие — в марте, осеннее — в сентябре, в Южном полушарии весеннее равноденствие — в сентябре, осеннее — в марте). В остальную часть года они работать не будут, поскольку Солнце будет находиться по другую сторону от плоскости небесного экватора, и вся верхняя поверхность кадрана будет в тени.

 Горизонтальные солнечные часы, так же, как и экваториальные, состоят из кадрана и гномона ( рис.3). Однако в данном случае кадран устанавливается параллельно плоскости горизонта. Чаще всего гномон представляет собой треугольник, перпендикулярный плоскости кадрана, а одна из его сторон наклонена к ней на угол, равный географической широте места установки часов. Линия пересечения гномона и кадрана направляется параллельно полуденной линии — линии, вдоль которой в данном месте направлена тень вертикального стержня в истинный полдень.                                                                                                         

Рис.3.

 Вертикальные солнечные часы обычно размещают на стенах зданий и различных строений ( рис.4). Поэтому их кадран вертикален — перпендикулярен плоскости горизонта, но может быть повёрнут в различные стороны. От стороны, в которую повёрнут кадран, зависит расположение часовых делений на кадране. Симметричными относительно полуденного деления они будут лишь при кадране, обращённом строго на юг (географический, не магнитный!) — в северном полушарии, или на север — в южном полушарии, иными словами — при кадране, перпендикулярном полуденной линии. Для так направленного кадрана гномон должен лежать в плоскости небесного меридиана, иными словами — быть перпендикулярным как плоскости кадрана, так и плоскости горизонта, а одна из его сторон должна быть параллельной земной оси, откуда следует, что она должна составлять с плоскостью кадрана угол, равный 90°-φ,   где φ — широта места установки.

Рис.4. 

Демонстрация 1.

Продемонстрировать модель солнечных часов в экваториальном, горизонтальном и вертикальном исполнениях  ( рис. 5, 6, 7).

Координаты Нижнего Новгорода  в градусах и десятичных минутах. Широта: 56°19.7202′ с.ш. Долгота: 44°0.123′ в.д. .

                                      Рис.5.                                                    Рис.6.                                             Рис. 7.