Najstariji mehanizam za određivanje vremena. Sunčani sat - najjednostavniji uređaj, ali sadrži znanja i zapažanja naših davnih predaka. Trenutno sunčani sat korišten kao krajobrazni ukras. Na primjer sunčani sat roditelji uče svoju djecu strukturi Sunčevog sustava i samoj zgradi DIY sunčani sat- najuzbudljivija aktivnost za našu djecu, na primjer, boravak na plaži. U proizvodnji sunčani sat morate znati neke točke i značajke njihovog dizajna, o čemu ćemo raspravljati u ovom članku.
Od čega je napravljen sunčani sat?
Sunčani sat sastoje se od kazaljke koja baca sjenu (ova se kazaljka naziva gnomon) i brojčanika sunčanog sata. Vrijeme do sunčani sat određena sjenom koju baca gnomon na brojčaniku. Sve je jednostavno, ali postoje neke značajke. Brojčanik sata sunčani sat podijeljeno na 24 sata umjesto na 12 sati kao kod konvencionalnih mehaničkih satova. Brojčanik ili gnomon trebaju biti nagnuti iznad ravnine. Sunčani sat ne uzimaju u obzir ljetno računanje vremena. Sunčani sat radi samo po vedrom ili djelomično oblačnom vremenu tijekom dana. To su sva ograničenja sunčani sat.
Postoji nekoliko vrsta sunčani sat. Pozabavimo se njima redom.
Možete to učiniti na pijesku na plaži. Za početak moramo znati dvije stvari: na kojoj se geografskoj širini nalazimo i gdje je sjever. Ako se drugi dio može uspostaviti selekcijom, onda će prvi morati biti pripremljen. Dakle, imamo kompas i znamo svoju zemljopisnu širinu (Sankt Peterburg - 60, Moskva - 55, Nižnji Novgorod - 56, Jekaterinburg - 56, Soči - 43, Rostov na Donu - 47, Novosibirsk - 55, Vladivostok - 43 stupnjeva sjeverne širine). Ako napravimo brojčanik sunčani sat na prijenosnoj površini - nacrtati krug i podijeliti ga na 24 dijela. Ako na zemlji napravimo sunčani sat, nacrtamo krug, u središte kruga utaknemo štap (gnomon) i nagnemo ga prema sjeveru tako da kut između površine zemlje i gnomona bude jednak našoj geografskoj širini, povucite crtu od donjeg kraja gnomona točno prema sjeveru - bit će 12 sati dana prema astronomskom vremenu. Nacrtamo preostale linije, dijeleći cijeli krug na 24 jednaka sektora. Svaki sektor sunčani sat jednak 15 stupnjeva.
Ovdje smo u zasjedi. Nakon kompetentne podjele brojčanika i nagiba gnomona, pokazuje se vrijeme sunčani sat može se razlikovati od vremena koje prikazuje lokalna televizija. Problem leži u standardnom vremenu i vremenskim zonama, koje su umjetno stvorene radi praktičnosti. Prijenosni brojčanik sata lako će riješiti ovaj problem, samo ga okrenite dok ne dođe pravo vrijeme. Sa satom nacrtanim na pijesku malo je kompliciranije, ovo se mora uzeti u obzir kada se počinje bojati brojčanik. Na primjer, možete odgoditi označavanje brojčanika do 12 sati, kada ćemo bez kompasa odrediti sjever i točno nacrtati glavnu os brojčanika našeg sunčanog sata. Ako nemate vremena za čekanje, a kreativnost juri iz vas, nacrtajte brojčanik sunčani sat u radnoj verziji i prilagodite brojčanik za pogrešku koju ste dobili.
U našim geografskim širinama sunčani sat rade usred ljeta od 8 do 20 sati pa je gotovo besmisleno utrkivati se između tih vrijednosti. Zbog toga je često na okruglom brojčaniku baza gnomona pomaknuta prema dolje.
Isti vodoravni sat, samo je gnomon postavljen jasno okomito, a sam brojčanik nagnut je prema zemljinoj površini pod kutom geografske širine mjesta na kojem su takvi satovi instalirani.
Vertikalni sunčani sat.
Vertikalni sunčani sat obično pričvršćena na zidove kuća. Isti nagnuti gnomon i brojčanik pod kutom od 15 stupnjeva.
Obično u gradovima čine mješoviti tip sunčani sat, tj. brojčanik je nagnut za pola kuta, gnomon je nagnut za pola kuta. Takva konstrukcija sunčani sat izgledaju spektakularnije, zapravo, zbog onoga što su napravljeni.
zgrada sunčani sat vlastitim rukama zaista će osvojiti vaše dijete i, osim toga, proširiti njegove horizonte.
Povijest sunčanog sata
Čovjek je izumio niz instrumenata za mjerenje vremena, na primjer, mjesečeve, vodene, satove za svijeće, koji su se koristili sve do 18. stoljeća, zatim pješčani sat a od 16. do 18. st. uljni satovi. Međutim, zbog svoje ovisnosti o vanjskim uvjetima i njihovim fluktuacijama, kao i zbog tehničke nesavršenosti, ova sredstva mjerenja vremena nisu našla opću primjenu.
Prema suvremenoj kronologiji, već prije 4000 godina posvuda su postojali satovi različitog stupnja složenosti. Prvi su ih pokušali izraditi Egipćani, koji su izmislili zvjezdane satne karte, a po izlasku zvijezda bilo je moguće odrediti noćno vrijeme. Što se tiče dana, kasni Egipćani su izumili satove u sjeni. (sunčani sat). Sjena od poprečna greda postupno prelazio niz oznaka od izlaska do zalaska sunca. Skup uputa za izradu takvog sata pronađen je u grobnici faraona.
Seti I, koji je vladao oko 1300. pr. Takvi jednostavni satovi u sjeni bili su preteče solarni.
Osobito povoljni klimatski uvjeti za mjerenje vremena sa sunčani sat imao Egipat. Vijesti o najstarijem od drevnih Egipćana sunčani sat odnosi se na vladavinu Tutmozisa III - prva polovica XV stoljeća. PRIJE KRISTA. Jedan od tipova sunčanih satova bio je stepenasti sat u obliku obeliska s dvije nagnute plohe, usmjeren po osi istok - zapad i podijeljen na stepenice. Pri izlasku sunca sjena je padala na rub gornje stepenice jedne od tih ploha - istočne, a zatim se postupno spuštala dok do podne nije potpuno nestala. Zatim se poslijepodne sjena ponovno pojavila na dnu zapadne površine, odakle se nastavila uzdizati sve dok u zalasku sunca nije dotakla rub gornje stepenice.
Na opisano sunčani sat vrijeme se mjerilo duljinom, a ne smjerom bačene sjene. Međutim, Egipćani su imali sunčani sat sa skalom za određivanje smjera bačene sjene. Poznati rimski arhitekt i arhitekt Marko Vitruvije, koji je radio za vrijeme vladavine Cezara i Augusta, u svom eseju "Arhitektura" opisuje najmanje 13 vrsta sunčanih satova.
To uključuje horizontalnu šupljinu polukuglasti sunčani sat- takozvane hemisfere. Unutarnja površina hemisfere predstavljala je nebesku hemisferu s ekvatorskom linijom, dvjema linijama solsticija i dvanaestosatnom vremenskom skalom. Izum takvih satova pripisuje se poznatom antičkom astronomu Aristarhu iz Samesa, koji je živio 320.-250. pr. Kr. koji je također napravio sunčani sat s polukružnim brojčanicima podijeljenim na pet dijelova (sata) nejednake duljine. u savršenstvu grčkog sunčani sat U tome je veliko učešće imao i poznati matematičar, liječnik, utemeljitelj grčke astronomije Eudoks iz Knida, koji je živio 408.-356. PRIJE KRISTA. oštar kraj gnomon, koji je izvorno Egipćanima služio za jasno ograničavanje sjene na ljestvici, Grci su kasnije zamijenili malim okrugla rupa, takozvano solarno oko, bacajući malu točku svjetla na ljestvicu. Osim spomenutih horizontalnih satova, Grci su imali i naprednije okomiti sunčani sat, takozvani hemocikli, koje su postavili na javne zgrade. Svi drevni sunčani satovi bili su zasnovani na jednostavnom principu gnomona, u kojem duljina i smjer sjene nisu ovisili samo o položaju Sunca u ovaj trenutak na nebeskom svodu, ali i od godišnjeg doba.
Rimskom metodom dijeljenja dana i noći na 12 sati, svjetlosni dan se produljivao u proljeće i ljeto, a skraćivao u jesen i zimi. Antički sunčani sat je zbog svoje nesavršenosti pokazivao takvo vrijeme, glavna značajka koja je bila da se pod utjecajem promjenjivog nagiba Sunca tijekom godine mijenjala duljina dana i noćnih sati. Kasnije antičke i mnoge srednjovjekovni sunčani sat imao krivolinijske ljestvice, eliminirajući ovaj nedostatak. Takvi satovi, sa složenijim i točnijim vremenskim skalama izračunatim za tromjesečne ili mjesečne intervale, koristili su se sve do otprilike 15. stoljeća. Novo doba u razvoju sunčanih satova otvorio je važan izum iz 1431. godine. Njegov princip bio je postaviti strelicu u sjeni u smjeru zemljine osi. Ovom jednostavnom inovacijom postignuto je da se sjena strelice, nazvana poluos, nakon ove inovacije jednoliko okreće oko poluosi okrećući se svakog sata za 15 stupnjeva. To je omogućilo uvođenje jedinstvenog vremena koje se moglo koristiti tijekom cijele godine, a segmenti koji odgovaraju satima bili su iste duljine bez obzira na promjenu visine Sunca. Sljedeći korak u razvoju sunčani sat sunčani sat sa šestarom. Prvom stvoritelju sunčani sat s korektivnim kompasom primjenjuje astronom i matematičar
Regiomontan. s brojčanikom paralelnim s ravninom zemljinog ekvatora i gnomonom okomitim na njega, bili su, u biti, najjednostavniji sat s jednolikom vremenskom skalom. Kreatori takvih satova obično su polazili od činjenice da će se koristiti na različitim zemljopisnim širinama. Ponekad su takvi satovi imali zupčastu kazaljku i mali brojčanik sa kazaljkom za brojanje minutnih intervala s točnošću od 1 do 3 minute. Takvi satovi nazivani su heliokronometri.
Postojali su i ekvatorijalni satovi raspoređeni na takav način da je njihov brojčanik izravno pokazivao srednju vrijednost solarno vrijeme, ne lokalno solarno vrijeme poput običnog ekvatorijalnog sata. Sorte sunčani sat bile vrlo raznolike. Zanimljivi kružni tokovi sunčani sat- jedna od opcija za putujući sunčani sat, koji je vrlo često istovremeno služio i kao ukrasni privjesak.
Glavni dio takvih sunčani sat nalazio se mjedeni prsten promjera nekoliko centimetara s drugim pomičnim prstenom s rupom za sunčevu zraku. Na vanjskoj površini glavnog prstena obično su bila urezana početna slova naziva mjeseci, a naspram njih, na unutarnjoj površini, bila je satna skala. Prije mjerenja trebalo je okrenuti manji, obično željezni, prsten tako da rupa za gredu leži na nazivu odgovarajućeg mjeseca. Pri mjerenju vremena sat se držao u položaju koji je omogućavao prolaz sunčeve zrake kroz rupu na skali. Na sličnom principu izgrađeni su i takozvani ekvatorijalni prstenovi - slični satovi, na čijem su se glavnom prstenu nalazila još dva kruga koja su se međusobno presijecala. Kasnije se pojavila nova verzija s poprečnim nosačem umjesto trećeg prstena.
Na jednoj strani ove prečke bili su naznačeni mjeseci, a na drugoj - znakovi zodijaka. U sredini se nalazio skakač s malom rupom za prolaz sunčeve zrake. Ispravan položaj ovog sata kada je mjerenje vremena bilo takvo kada sunce, prolazeći kroz rupu, pao je na središnju liniju ekvatorskog kruga. U zaključku ovog odjeljka želio bih se kratko zadržati na jednom od modela ceste sunčani sat koristili indijski putnici. Bili su to drveni osmerokutni štapići s metalnim vrhom dužine 160 cm s izrezbarenim satnim ljestvicama. U rupu iznad vage za odgovarajući mjesec stavljala se šipka duga oko 15 cm tako da je njen vrh, kad je štapić u okomitom položaju, bacao sjenu na vagu. Na štapu je trebalo biti 12 ljestvica. Budući da su isti uvjeti vrijedili za dane udaljene od solsticija u isto vrijeme, bilo je dovoljno imati 8 ljestvica. Ovi satovi su dobili naziv ashade prema godišnjem dobu (lipanj-srpanj) u kojem se putovalo. Sunčani sat nikada nisu izgubili na značaju i nastavljaju se dizajnirati čak i danas. Rimljani su poboljšali sunčani sat kakav danas poznajemo, pa čak i napravili solarni prijenosni sat pogodan za putovanja. Postojale su tisućljećima i dugo su bile sredstvo za provjeru i usklađivanje vrlo nepouzdanih satova na kotačima, sve dok ih konačno nije zamijenio izum spiralne opruge kao regulatora (1674.), ali o tome ćemo govoriti u nastavku.
Ispitali smo strukturu i funkcioniranje sunčanog sata koji se tijekom godina usavršavao i mijenjao. Sunčani sat sa stupom podesivim po visini, kompasom i minutnim ljestvicama bili su jednostavan i pouzdan pokazatelj sunčevog vremena, ali su također patili od nekih ozbiljnih nedostataka. Njihov rad bio je povezan sa sunčanim vremenom i ograničenim radnim vremenom - između izlaska i zalaska sunca. Stoga su se novi uređaji za mjerenje vremena bitno razlikovali od sunčanih satova. Dok je jedinica vremena prema sunčanom satu izvedena iz rotacije Zemlje i njezina kretanja oko Sunca, bilo je potrebno stvoriti umjetni standard jedinice vremena, na primjer, u obliku vremenskog intervala potrebnog za određena količina tvari koja će istjecati u kronometrijskom uređaju.
Sunčani sat sastoji se od tri dijela: gnomona, odnosno predmeta koji baca sjenu, brojčanika na koji ta sjena pada i samog sunca. Linije na brojčaniku, oblik i veličina gnomona izračunavaju se pojedinačno za svaki sat, ovisno o geografskim koordinatama mjesta na kojem su ugrađeni.
Sunčani sat je astronomski instrument koji mjeri visinu, azimut i deklinaciju sunca. Dimenzija ovih veličina je lučni stupanj. Prema vlastitom nahođenju, možemo im dati različita fizička značenja. Dakle, pomoću vrijednosti azimuta i visine sunca iznad horizonta možemo mjeriti vrijeme. I po vrijednosti deklinacije - registrirati datume prijelaza sunca iz jednog zviježđa zodijaka u drugo, odrediti početak dana ekvinocija, solsticija ili bilo kojeg drugog datuma, na primjer, rođendana.
Položaj linija na brojčaniku sunčanog sata ovisi o orijentaciji brojčanika u odnosu na nebeski pol, matematički horizont i nebeski ekvator. Brojčanik se može nacrtati bilo gdje, na primjer, na kuglastoj površini.
Iako su dizajni sunčanih satova vrlo različiti, većina ljudi pretpostavlja da je sunčani sat disk na koji je pričvršćen trokut. Djelomično je to istina. Ovako izgleda najčešći horizontalni sunčani sat.
Razmotrite kako radi tipični horizontalni sunčani sat.
Vage.
Glavni element brojčanika je skala za mjerenje vremena. Točnost ljestvice ovisi o točnosti izrade sunčanog sata i pažljivosti sastavljanja njegovih dijelova. Osim toga, točnost ljestvice određena je veličinom sunčanog sata (što je veličina veća, to je ljestvica točnija). Podjele ljestvice su segmenti tzv. satne linije. Odnosno, linije koje oblikuje sjena gnomona na brojčaniku sunčanog sata. Na fotografiji ispod, satne linije su označene bojom.
Ranije, prije uvođenja standardnog vremena, postojala je samo jedna ljestvica namijenjena bilježenju lokalnog vremena - odnosno vremena na meridijanu koji prolazi kroz mjesto na kojem je postavljen sunčani sat. Sada na brojčanicima možete vidjeti dvije ili čak tri ljestvice. Jedan je za registraciju lokalnog vremena, drugi je za registraciju standardnog ljetnog vremena, a treći je za registraciju standardnog zimskog vremena. To je učinjeno kako ne bi zbunio korisnika izračunima. Treba imati na umu da to nije različiti tipovi vrijeme, ali samo različiti putevi mjerenja istih.
Postoje posebni slučajevi kada se na brojčaniku postavljaju dodatne ljestvice. Potreba za tim javlja se kada je sunčani sat instaliran u jednoj vremenskoj zoni, ali je namijenjen za registraciju vremena u drugoj vremenskoj zoni, tisućama kilometara udaljenoj od mjesta postavljanja. Na primjer, kao na ovom sunčanom satu, koji je postavljen u Umei (Švedska), ali bilježi vrijeme u Moskvi.
Sunčani sat za vremenske zone GMT+3 i GMT+1
Ponekad se na sunčanom satu, osim ljestvica namijenjenih bilježenju vremena, izrađuju ljestvice za mjerenje azimuta sunca i visine sunca nad horizontom, te ljestvica geografske dužine.
Azimutna ljestvica sunca i ljestvica visine sunca iznad horizonta, lučni stupnjevi.
Azimut je kut između smjera pola i smjera nekog udaljenog objekta. U gnomonici, za razliku od geodezije, azimut se tradicionalno mjeri od pravca prema geografskom južnom polu. To znači da je u trenutku pravog podneva azimut sunca po definiciji 180º, au trenutku kada je sunce točno na zapadu ili točno na istoku njegov azimut je redom 90º odnosno -90º. Većina ljudi pretpostavlja da sunce uvijek izlazi na istoku i zalazi na zapadu. Koristeći azimutno mjerilo, lako je provjeriti da to nije slučaj. Samo dva puta godišnje, na ekvinocije, sunce izlazi na istoku i zalazi na zapadu.
Ljestvica koja mjeri visinu sunca iznad horizonta obično se nalazi na brojčaniku sunčanog sata koji služi vodič za učenje u geografiji i astronomiji. U običnom životu, u svakodnevnom životu, nema potrebe znati koja je trenutna visina sunca iznad horizonta. Ali na sunčanom satu postavljenom na školskom astronomskom mjestu takva je ljestvica prikladna.
Ljestvica geografske dužine, dopunjena imenima gradova
Ljestvica zemljopisne dužine omogućuje promatranje kretanja sunca oko planeta. Kada sunce prijeđe bilo koji lokalni meridijan, na tom meridijanu nastupa pravo sunčevo podne, sunce zauzima najvišu točku svoje dnevne putanje i njegov azimut je točno 180º. To jest, u ovom trenutku sunce je točno na jugu. Ako se ljestvica zemljopisne dužine dopuni popisom gradova na takav način da se ime grada nalazi nasuprot odgovarajuće zemljopisne dužine, tada je pomoću sjene gnomona moguće, bez pribjegavanja izračunima, saznati u koji je grad sada pravo podne.
Jednadžba vremena i analema.
Na brojčaniku sunčanog sata ili uz sunčani sat često se nalazi tablica jednadžbe vremena (ili njezin grafikon) i analema. Da bismo razumjeli što je to, potrebno je neko objašnjenje. Činjenica je da se očitanja sunčanog sata poklapaju s očitanjima ručnog sata samo četiri puta godišnje - 15. travnja, 12. lipnja, 1. rujna i 24. prosinca. U ostatku godine, sunčani sat ili napreduje ili zaostaje unutar (+ 14) - (-16) minuta. Razlog tome je što sunčani sat mjeri pravo, objektivno postojeće vrijeme, dok ručni sat oni mjere takozvano prosječno vrijeme, koje su ljudi posebno izmislili kako bi pojednostavili proces mjerenja. Da bi se saznalo prosječno vrijeme iz stvarnog vremena mjerenog sunčanim satom, njihovim očitanjima treba dodati posebnu korekciju koja se naziva jednadžba vremena. Jednadžba vremena je razlika između očitanja ručnog i sunčanog sata. U stručnoj literaturi obično se naziva µ ili EoT. U različite dane u godini µ Ima razna značenja. Izražena grafički ovisnost µ iz kalendarskog datuma naziva se grafikon, nomogram ili tablica jednadžbi vremena.
Tortni dijagram jednadžbe vremena i analema dizajnirana za izračunavanje prosječnog vremena iz očitanja sunčanog sata.
Zemlja se okreće oko Sunca u ravnini koja se naziva ekliptika. Os rotacije Zemlje usmjerena je prema sjeveru i nagnuta je prema ovoj ravnini pod kutom od približno 23 stupnja. To znači da pola godine vidimo da je Sunce ispod ekliptike. U ovo doba je zima na sjevernoj hemisferi. Tijekom druge polovice godine vidimo da je sunce iznad ekliptike. U ovo doba je ljeto na sjevernoj hemisferi. Visina sunca iznad ekliptike izražena u stupnjevima luka naziva se deklinacija. ρ . Grafički izražena ovisnost jednadžbe vremena µ od zalaska sunca ρ naziva se analemom. U koordinatama ρ, µ analemma je prekrasna krivulja u obliku osmice.
Horizontalni sunčani sat s tablicom jednadžbe vremena i analemom duž satne linije. Na ovom sunčanom satu analema se koristi kao alat za provjeru mehaničkog, elektroničkog ili bilo kojeg drugog sata.
Kada se primijeni na sunčani sat, analema se može koristiti na dva načina. Prvi način je da se na analemi označe točke koje odgovaraju kalendarskim datumima. Zatim, ako znamo koji je danas datum, možemo koristiti koordinatu µ odrediti koliko minuta tog dana treba dodati očitanjima sunčanog sata da bi se saznalo koliko je sati u smislu općeprihvaćenog prosječnog vremena. Istodobno duž koordinata ρ , možemo saznati deklinaciju sunca.
Grafikon jednadžbe vremena može se isklesati u kamenu i staviti pored sunčanog sata kao zasebno umjetničko djelo.
Druga metoda ne zahtijeva poznavanje trenutnog kalendarskog datuma. U ovom slučaju, posebno izračunata analema, podijeljena na segmente koji odgovaraju kalendarskim datumima, postavljena je duž jedne od satnih linija. U trenutku kada sjena nodusa (o tome u nastavku) prijeđe analemu (ne crtu sata, sic!), očitanja sunčanog sata podudaraju se sa srednjim vremenom i točkom analeme u kojoj sjena nodus križa odgovara kalendarskom datumu. Ovako uređena analema vrlo je prikladna za provjeru mehaničkih satova i za određivanje tekućeg datuma u kalendaru. Ako je veličina sunčanog sata dovoljno velika, a sparivanje njegovih dijelova točno obavljeno, analemu možemo razbiti na 365 dijelova i tako sunčanom satu dati još jednu funkciju - da služi kao vječni kalendar.
Sjena nodusa dvaput prelazi "osmicu" analeme. Dakle, korištenje analeme kao alata za provjeru satova i određivanje datuma pretpostavlja da je korisnik svjestan da analema razlikuje dva dijela - zimu i ljeto, te da oni nisu međusobno simetrični. Grafički izgledaju kao krivulje u obliku slova S koje se zrcale jedna u odnosu na drugu. Zimski dio se koristi između jesenskog i proljetnog ekvinocija, ljetni dio se koristi između proljetnog i jesenskog ekvinocija.
Za detaljnije upoznavanje s pojmom analema, možete pogledati video materijal za obuku Ivana Koroleva.
Postoje deseci načina za grafički prikaz ovih ovisnosti i jako puno načina za njihovu implementaciju u materijal. Evo nekih od njih.
Graf i tablica jednadžbe vremena mogu biti izrađeni od kamena i od pozlaćenog, patiniranog ili starog obojenog metala.
Gnomon.
Gnomon je predmet koji baca sjenu na brojčanik i služi za bilježenje vremena. Na horizontalnom sunčanom satu obično ima oblik trokuta, a njegov kut nagiba odgovara geografskoj širini. Ravnina trokuta je paralelna s mjesnim meridijanom, a njegova gornja stranica paralelna je sa zemljinom osi i uvijek je usmjerena prema sjevernom nebeskom polu. (Naravno, samo na sjevernoj hemisferi).
Gnomon je materijalni objekt i ima debljinu. Treba ga uzeti u obzir pri izračunu brojčanika. U ljuskama se prave prekidi čija je širina jednaka debljini gnomona. Strogo govoreći, točan sunčani sat ima dva gnomona - istočni i zapadni. Zapadni je rub formiran od zapadne i gornje strane. Njegova sjena bilježi vrijeme od izlaska sunca do podneva. Istok je rub koji čine istočna i gornja strana trokuta. Njegova sjena bilježi vrijeme od podneva do zalaska sunca.
Gnomon izrađen lijevanjem plastike. Bronca, patinirana.
Gnomon s teksturiranom patiniranom površinom. Mjed.
Gnomon s nodusom. Na istočnoj strani gnomona ugraviran je izraz iz knjige Harryja Harrisona "Čelični štakor ide u vojsku". Mjed, zlato 999.
Jedno od lica gnomona je zakrivljeno. To se čini, očito, ne samo iz estetskih razloga, već i kako ne bi došlo do zabune koje lice treba koristiti za registraciju vremena. Ravnina gnomona ne mora biti čvrsta. Može se izraditi injekcijskim prešanjem, rezanjem vodenim mlazom ili bilo kojom drugom metodom, ovisno o želji. Važno je samo da rub namijenjen za snimanje vremena bude strogo ravan i da se nalazi na izračunatim točkama brojčanika.
Gnomon nodus. Na zapadnoj strani gnomona fraza iz teksta članka M.V. Lomonosov "O poboljšanju teleskopa" 1762.
Na sunčanom satu obično postoji samo jedan gnomon. Izuzetak je tzv. osmanski sunčani sat. Na njima su instalirana dva gnomona. Jedan je za bilježenje vremena, drugi, manji, za određivanje vremena islamskih namaza. Ali postoje iznimke. Na primjer, na ovom sunčanom satu veliki gnomon je dizajniran za bilježenje vremena, dok je mali stožasti gnomon dizajniran tako da jednom godišnje, na vlasnikov rođendan, sjena s vrha stošca prati posebno izračunatu liniju obljetnice.
Horizontalni sunčani sat s dva gnomona. Na rođendan vlasnika ovog sunčanog sata, sjena s vrha stožastog gnomona slijedi posebno izračunatu liniju.
U vrlo rijetkim slučajevima, više od dva gnomona ugrađeno je na sunčani sat. Dakle, na ovom sunčanom satu postoje tri brojčanika, od kojih je svaki opremljen svojim gnomonom. Jedan od njih je dizajniran za mjerenje pravog lokalnog vremena na meridijanu mjesta postavljanja, drugi je dizajniran za mjerenje pravog standardnog vremena, a treći je za mjerenje azimuta sunca.
Sunčani sat s tri gnomona.
Nodus, deklinacijske crte, jubilarna crta.
Nodus (u prijevodu s grčkog - čvor) je takva točka na gnomonu, čija sjena odgovara deklinaciji sunca. Deklinacija je visina sunca iznad ekliptike. Ekliptika je ravnina u kojoj se Zemlja okreće oko Sunca.
Nodus se obično pravi kao oznaka na polarnom licu gnomona.
Svaki dan u godini odgovara određenoj vrijednosti deklinacije sunca. Kako sunce putuje od istoka prema zapadu na svom dnevnom kursu, sjena nodusa pomiče se preko brojčanika od zapada prema istoku. Putanja sjene čvora je jedinstvena za svaki dan u godini i ne mijenja se značajno tijekom stoljeća. Ta se putanja naziva deklinaciona linija.
Redovi odbijanja. Na brojčaniku su ugravirane deklinacijske linije koje odgovaraju datumima prijelaza sunca iz jednog zodijačkog zviježđa u drugo.
Na Međunarodni dan muzeja, sjena nodusa slijedi posebno izračunatu komemorativnu liniju deklinacije.
Crte deklinacije na brojčaniku mogu se izračunati za bilo koji datum. Ali obično se izračunavaju za datume koji imaju astronomsko značenje. Na primjer, za dane ekvinocija i solsticija. Kako Zemlja čini godišnju revoluciju oko Sunca, zvjezdana pozadina naše zvijezde se mijenja. Od pamtivijeka je podijeljeno na 12 sektora koji se nazivaju zodijačkim zviježđima, a mnogi ljudi još uvijek smatraju prelazak sunca iz jednog zodijačkog zviježđa u drugo značajnim astronomskim događajem. Ako se linije deklinacije na sunčanom satu izračunaju za svaki od ovih dvanaest sektora, tada će sunčani sat imati još jednu funkciju. Osim vremena, registrirat će i datum promjene zodijačkih zviježđa.
Tijekom godine u životu svake osobe odvijaju se mnogi događaji. Neki od njih su subjektivno puno važniji od promjene zodijačkih mjeseci. Linija deklinacije sunca, izračunata za takav dan, koja je od posebne važnosti u osobni život osoba se zove jubilarna linija.
Na jedan brojčanik može se staviti nekoliko deklinacijskih linija za godišnjicu. Po jedan za svakog člana obitelji.
Obično se linija obljetnice izračunava za dan vjenčanja ili za rođendan. No postoje mnogi drugi događaji vrijedni usporedbe s položajem Zemlje u njezinoj orbiti. Na primjer, dan kada je dovršena kuća, dan kada je obranjena disertacija, dan kada je objavljena pjesma, sve su to vrlo vrijedne prilike za slavlje svake godine uz sunčani sat. Na jednom brojčaniku možete staviti nekoliko obljetnica za svakog člana obitelji. Ili možete napraviti nekoliko brojčanika za svaki od njih na jednom sunčanom satu.
Svake godine na isti dan, sunčeva sjena slijedi posebno izračunatu liniju obljetnice. Ovo će trajati sve dok postoji Sunčev sustav. Odnosno, u sljedeće četiri i pol milijarde godina.
Koja je razlika između sunčanog sata i konvencionalnog mehaničkog sata?.
Sunčani sat pokazuje pravo sunčevo vrijeme.
Ručni satovi pokazuju srednje solarno vrijeme.
Trenutak kada Sunce dosegne najvišu točku svoje dnevne putanje i prijeđe mjesni meridijan naziva se pravo Sunčevo podne. Vremenski interval između dva uzastopna podneva naziva se pravi Sunčev dan.
Pravi solarni dan je promjenljiva vrijednost. Nekad su duže, nekad kraće. Stoga njihovi dijelovi, odnosno sati, minute i sekunde, nisu uvijek međusobno jednaki.
Satni mehanizam teško je konstruirati tako da točno prati Sunce, odnosno jedan dan brže, a drugi sporije. Stoga ručni satovi ne pokazuju solarno i neko drugo vrijeme, koje se naziva prosjekom. Trajanje prosječnog dana, koji se naziva i građanski, dobiva se izračunom. Zbrojite trajanje svih solarnih dana u godini i dobiveni zbroj podijelite s brojem dana u godini. Civilni dan, a time i civilni sati, minute i sekunde, konstantna je vrijednost po definiciji.
Prije izuma atomskih satova, najstabilnija jedinica vremena bio je zvjezdani dan, definiran vremenskim intervalom između dva uzastopna izlaska daleke zvijezde. Za mjerenje trajanja Sunčevog dana, a zatim računskim putem za određivanje trajanja prosječnog dana, prema tradiciji, koristi se zvjezdano vrijeme - zvjezdani sati, minute i sekunde.
Usporedna duljina dana, izražena u prosječnom vremenu, je sljedeća:
Srednji solarni (civilni) dan
24 h 00 m 00 s
pravi solarni dan
24 h 00 m 00 s ± 17 m
zvjezdani dan
23 h 56 m 4,09 s
Os našeg planeta nagnuta je prema ravnini njegove revolucije oko Sunca za 23°. Osim toga, orbita našeg planeta ima ekscentricitet, što znači da brzina njegove revolucije oko Sunca nije konstantna. Iz ova dva razloga, vremenska točka koja pada točno u sredinu građanskog dana i naziva se srednjim solarnim podnevom poklapa se sa pravim solarnim podnevom samo četiri puta godišnje. U ostale dane, građansko podne ili predvodi pravo Sunčevo podne, ili kasni u odnosu na njega. Isto vrijedi općenito za bilo koje vrijeme, a ne samo za podne.
Razlika između pravog i srednjeg sunčevog vremena naziva se jednadžba vremena. Da bi se iz očitanja sunčanog sata dobila očitanja ručnih satova, potrebno je uzeti u obzir jednadžbu vremena. Osim toga, obično su potrebne prilagodbe za standardno vrijeme, ljetno računanje vremena i, ako se potonje uvede, za ljetno računanje vremena.
Obični satovi pomažu u rješavanju praktičnih pitanja - ne kasniti na posao, probuditi se na vrijeme. Ovo je vrlo korisna stvar- redovno radno vrijeme. U svijetu u kojem su vozni red vlakova i cijene goriva stvarniji od samih Keplerovih zakona, ne možete živjeti ni jedan dan bez redovitog sata. Ipak, rezultati evolucije se ne mogu poništiti i naša tijela nastavljaju živjeti prema pravom sunčevom vremenu i nastavljaju se sjećati kako su se osjećali naši daleki preci, ne odvajajući još vrijeme od prostora, već sebe od prirode i sretni samo zbog toga.
Sunčani sat nam pomaže da umjerenije procijenimo svoju ulogu u ovom svijetu. Pomažu nam da se prisjetimo da je Zemlja vrlo mali planet s ograničenim resursima, da se okreće oko žute zvijezde srednje veličine, a da je sama zvijezda samo jedna od mnoštva sličnih koje čine našu malu domovinu - Mliječnu Way Galaxy.
Sunčani sat je ravnina na kojoj je pričvršćen gnomon. Ovisno o položaju ravnine, sat se dijeli na ekvatorijalni, vodoravni i okomiti. Moguće je izraditi i složenije vrste sunčanih satova, ali ih u ovoj knjizi nećemo razmatrati, jer nam je cilj objasniti osnovne astronomske pojmove i matematičke zakone potrebne za izradu ovog uređaja.
Princip rada sunčanog sata temelji se na prividnom kretanju Sunca koje promatramo sa Zemlje. Budući da se Zemlja okreće oko svoje osi od zapada prema istoku, čini nam se da Sunce svaki dan izlazi na istoku i zalazi na zapadu. Budući da vidimo Sunce kako se kreće oko Zemljine osi rotacije, gnomon sunčanog sata mora biti usmjeren duž te osi, bez obzira gdje ga postavili. Stoga je važno znati koordinate mjesta na kojem će naš sat biti instaliran, posebice zemljopisnu širinu (trebat ćete znati samo zemljopisnu dužinu kako biste odredili vrijeme pomoću sunčanog sata, ali o tome ćemo malo govoriti kasnije).
Da bi gnomon bio usmjeren duž osi rotacije Zemlje, potrebno je da pokazuje na zvijezdu Sjevernjaču, ili na Sjeverni pol svijeta (ako smo na sjevernoj hemisferi), ili na Južni Pol svijeta (ako smo na južnoj hemisferi). U svakom slučaju, kut između gnomona i ravnine horizonta mora biti jednak geografskoj širini mjesta na kojem je sat postavljen.
Kao što je prikazano na slici, kutna visina nebeskog pola iznad ravnine horizonta jednaka je geografskoj širini točke promatranja, odnosno kutu između zemljinog ekvatora i točke promatranja, ucrtanog na meridijanu mjesta. Zemljopisna širina je određena kutom između ravnine zemljinog ekvatora i viska, ili, slično, kutnom visinom pola, odnosno osi rotacije Zemlje, u odnosu na ravninu horizonta. Ti su kutovi jednaki jer su im stranice međusobno okomite.
ekvatorijalni sunčani sat
Ovisno o mjestu brojčanika, postoje različite vrste takvi sati. Krenimo od najjednostavnijeg slučaja – sunčanog sata čiji je brojčanik paralelan s ekvatorom. Na dane jesenskog i proljetnog ekvinocija Sunce se kreće duž nebeskog ekvatora, au ostale dane - paralelno s njim i na kraju doseže Sjeverni trop (s odstupanjem od + 23,5 °) ili Južni trop (s odstupanjem od -23,5 °). Za izradu najjednostavnijeg sunčanog sata dovoljno je ravninu postaviti paralelno s ravninom nebeskog ekvatora i na nju pričvrstiti gnomon, usmjeren duž osi rotacije Zemlje, kao što je prikazano na sljedećoj slici. Dakle, kut nagiba gnomona u odnosu na horizontalu bit će jednak geografskoj širini mjesta na kojem je sat postavljen. Gnomon mora biti usmjeren prema polu svijeta, odnosno duž linije sjever-jug. Da biste to učinili, možete koristiti kompas i uzeti u obzir malo odstupanje uzrokovano činjenicom da se geografski Sjeverni pol i magnetski Sjeverni pol ne podudaraju. Međutim, ova pogreška se može zanemariti.
Ravnina ekvatora bit će okomita na os rotacije Zemlje i, prema tome, okomita na ravnu sjever-jug, koja leži u ravnini horizonta. Crta na brojčaniku koja povezuje točku presjeka gnomona s ravninom sata i točku presjeka ravnine sata s linijom sjever-jug na kojoj se nalazi sat označavat će podne. Očito je da će Sunce točno u podne prijeći preko linije sjever-jug. Preostali sati označeni su pod jednakim kutovima od 13°, budući da Sunce u 24 sata napravi potpuni krug od 360° (360/24 = 15°).
Ove sunčane satove nedvojbeno je najlakše napraviti, ali imaju zanimljivu osobinu: u proljeće i ljeto pokazuju vrijeme u gornjem dijelu aviona, u jesen i zimi - u donjem dijelu aviona. Stoga brojčanik mora biti označen s obje strane, kao što je prikazano na slici. Ovo je najjednostavniji, ali ne i najpopularniji sat: najčešće se brojčanik sunčanog sata nalazi vodoravno ili okomito. Horizontalni i okomiti satovi mogu se napraviti od ekvatorijalnih satova izgradnjom jednostavne projekcije i primjenom osnovnih trigonometrijskih funkcija.
Horizontalni sunčani sat
Ravnina ovog sata je strogo horizontalna. Gnomon s linijom sjever-jug tvori kut koji je jednak geografskoj širini točke na kojoj je postavljen sat, a usmjeren je prema polu svijeta. Ravno sjever - jug bi označavalo 12 sati. Položaj preostalih linija na brojčaniku određen je sljedećim izrazom
gdje ? - kut između crte koja označava 12 sati i željene satne crte,
H= 15°, 30°, 43°…, prema sljedećoj slici.
Vertikalni sunčani sat Projicirajući satne linije ekvatorijalnog sunčanog sata na okomitu ravninu usmjerenu duž linije zapad-istok, dobivamo linije brojčanika novog sata. Samo trebamo uzeti u obzir da tg ? \u003d SA / AO, tg H \u003d SA / AB, sin (90 ° - f) \u003d AB / AO, iz čega slijedi da je tg? = tg H cos f. Na H = 15°? bit će kut pod kojim se nalazi satna linija, označavajući 11 i 13 sati. Pod kutom H \u003d 30 °? pokazat će mjesto satne linije 10 i 14 sati i tako dalje do linije 6 i 18 sati.
Međutim, zidovi većine kuća nisu usmjereni duž linije zapad-istok, već s tom linijom tvore kut koji se može točno izmjeriti. U tom slučaju označavanje brojčanika postaje znatno kompliciranije. Trigonometrijski proračuni potrebni za to navedeni su u dodatku.
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |
Pozdrav, dragi čitatelji KARTONKINO.ru! Proljeće... Negdje je već u punom jeku, negdje se tek očekuje, za mjesec-dva, ali sunce posvuda jače i duže sja. A mi imamo izvrsnu priliku sunce staviti u djelo stvaranjem uradi sam sunčani sat. Naravno, oni neće zamijeniti tradicionalne - mehaničke i elektroničke - satove, ali ovaj domaći proizvod je vrlo zabavan, a za mlađe generacije i edukativan jer je model sunčanog sata koji ćemo izrađivati najefektniji , a za njegovu izradu bit će potrebna određena znanja iz područja astronomije i trigonometrije.
Postoje mnoge varijante ovog drevnog instrumenta za mjerenje vremena. Ali među svom raznolikošću sunčanih satova koji su se ikada koristili, sljedeće se vrste razlikuju kao osnovne ili klasične:
— ekvatorijalni(za takav sunčani sat ravnina okvira (brojčanika) je paralelna s ekvatorom, a gnomon (dio koji baca sjenu), obično metalna šipka, paralelan je sa zemljinom osi);
Ekvatorijalni sunčani sat na obalama Temze (London, Engleska)
— horizontalna(ravnina okvira je paralelna s ravninom horizonta, a gnomon ima oblik trokuta, čija je jedna stranica nagnuta prema ravnini okvira pod kutom jednakim geografskoj širini mjesta gdje je sat postavljen);
Horizontalni sunčani sat (Limassol, Cipar)
— vertikalna(kao što naziv implicira, brojčanik takvih satova postavljen je u okomitoj ravnini, obično na zidovima zgrada).
Zidni sunčani sat (katedrala Ely, Engleska)
Napravit ćemo sunčani sat ekvatorijalnog tipa, kao najlakši za izradu. Zbog činjenice da je brojčanik postavljen paralelno s ekvatorom, a sunce se kreće gotovo ravnomjerno preko nebeske sfere, sjena s gnomona će se pomaknuti za kut od 15 ° svaki sat. Stoga se satne podjele na brojčaniku primjenjuju na isti način kao u običnim satovima, samo oznake nisu potrebne 12, već 24. Jasno je da gornji dio brojčanika vjerojatno neće biti koristan, osim za stanovnike Arktika, kada dođe polarni dan, a sunce će sjati danonoćno.
Nema potrebe da sami crtate brojčanik, možete koristiti gotove predloške - okrugle ili četvrtaste (što vam se više sviđa):
Naš zadatak je pravilno orijentirati sunčani sat u prostoru. Kut nagiba brojčanika u odnosu na vodoravnu ravninu određuje se na sljedeći način:
α=90°-φ ,
gdje je φ geografski zemljopisna širina. Geografsku širinu svog mjesta stanovanja možete saznati na karti ili na Wikipediji.
A znajući potrebne kutove, vrlo je lako napraviti nagnuti stalak od kartona ili papira za naš sunčani sat, a zatim nalijepiti otisnuti brojčanik ili pripremiti sken kućišta sata s otisnutom slikom brojčanika u grafičkom uređivaču. .
Znamo dimenzije predloška za brojčanik. Stranica kućišta je pravokutni trokut. Dakle, znamo duljinu hipotenuze C i kutove trokuta, a duljine kateta A i B izračunavaju se pomoću trigonometrijskih formula:
A=C×sinα
B=C×cosα
Ostaje samo nacrtati sken prema dobivenim dimenzijama, čak i bez bočnih zidova.
Napravio sam kućište sa stražnjim poklopcem koji se otvara (niže ću objasniti zašto):
Što god učinili, i dalje ćete dobiti kutiju
Pa, sada u središte brojčanika morate instalirati gnomon. Da biste to učinili, možete koristiti bilo koju šipku prikladne veličine (na primjer, plastičnu cijev iz vrećice soka). A možete ga napraviti i od kartona ili papira:
- izrežite pravokutnu traku širine 60 mm (dužinu određujemo empirijski, okom, tako da pri savijanju dobijemo gustu cijev promjera oko 5-6 mm s malom rupom);
- zalijepite na 1 rub dvostrana traka i smotajte cijev
- izrežite drugu pravokutnu traku širine 15-20 mm i također je presavijte u cijev promjera koji odgovara promjeru otvora prve cijevi;
- odrežite dio prve cijevi na udaljenosti od 10 mm od ruba (to će biti nešto poput matice)
i spojite detalje;
- popraviti gnomon na brojčaniku, popravljajući ga s obrnuta strana“Matica” (tu je dobro došao poklopac na otvaranje).
Sunčani sat je spreman. Sada, da bi ispravno radili, trebate ih staviti na mjesto osvijetljeno suncem (na prozorsku dasku, balkon itd.) tako da gnomon "gleda" na sjever (smjer određujemo pomoću kompas).
Naravno, ne vrijedi čekati točno podudaranje očitanja takvog sunčanog sata s očitanjima običnih satova. Prvo, sunčani sat koji pokazuje pravo solarno vrijeme ne uzima u obzir standardno vrijeme u određenom području. Drugo, ne zaboravite da se magnetski i geografski pol Zemlje razlikuju, a činjenica da smo sat orijentirali duž magnetskog pola također će unijeti neku pogrešku.
I na kraju, glavna točka, na koju također treba računati, je da ekvatorijalni sat radi samo između dana proljetnog i jesenskog ekvinocija. Ostatak vremena gornja površina okvira bit će u sjeni. No dan proljetnog ekvinocija na sjevernoj hemisferi je uskoro, pa se ne čeka dugo. Dovoljno vremena da vlastitim rukama napravite sunčani sat i stavite ga u rad.
Uspješni eksperimenti!
Svidio vam se članak? Pred vama je još mnogo zanimljivih stvari - pretplatite se na ažuriranja i primajte obavijesti izravno u svoju pristiglu poštu!
Usput, nova majstorska klasa izrade sunčanog sata već je spremna. Ovaj put govorimo o modelu džepnog sata horizontalnog tipa.
Vidimo se uskoro u KARTONKINU!
MATERIJALI:
- list vrlo debelog kartona
- kutomjer (ploča)
- list bijelog kartona
- vladar
- škare
- olovka
- ljepilo
Baklja
PRIPREMNI RADOVI (za roditelje):
Sunčani sat možete napraviti unaprijed i koristiti ga po sunčanom vremenu.
AKCIJE S BEBOM:
Počinjemo naše upoznavanje s tako složenim konceptom, jer prvo s čime želimo upoznati djecu su sati. Sat je jedini uređaj koji može mjeriti vrijeme. mjeriti i predvidjeti. Ali nije sve tako jednostavno kao što se na prvi pogled čini! Prvi sat koji je čovjek izumio bio je solarni. Njihov glavni princip rada je sjena od "strelice"
Kako bi beba mogla shvatiti djelovanje sunčanog sata, isprobajmo ih zajedno i izradimo ih!
Najbolje je koristiti kutomjer, ali ako ga nema, uzmite običnu ploču, moramo nacrtati polukrug na papiru.
Nacrtamo radijus od gornje točke do donje baze: ovdje će se nalaziti "strelica" sunčanog sata.
Polukrug dijelimo na 12 jednakih sektora. Svaki će biti jednak 15 stupnjeva. Tu je potreban kutomjer ili dobro poznavanje geometrije.
iskreno. Podijelili smo na oko, tako da smo dobili 12 identičnih sektora. Katjuša ih je numerirala i okitila. I dok sam se bavio "strelicom". Da biste to učinili, uzmite debeli karton i iz njega izrežite pravokutni trokut. (Zapamtite geometriju;)) U ovom trokutu duga kateta treba biti jednaka polumjeru polukruga, a kut između nje i hipotenuze treba biti jednak geografskoj širini na kojoj se nalazi vaš grad. Napravili smo približna mjerenja, jer. pri ruci nije bilo kutomjera. Napravili smo kut od otprilike 50 stupnjeva. (Za Minsk)
Zatim zalijepimo trokut s dugom nogom na papir između 6. i 7. sektora. Pravi kut mora biti na polukrugu, a kut s geografskom širinom na njegovoj osnovici.
Sada morate ispravno numerirati sate i pronaći jug! numeriranje ide OD STRELICE u oba smjera. Iznad (duž strelice) 12, desno od 1 do 6, lijevo od nje od 11 do 6. Oštri vrh strelice trebao bi gledati prema JUGU.
Naš sat je spreman, sada ostaje samo čekati sunčano vrijeme. Proljeće je u dvorištu, konačno je nakon dugih oblačnih veljačkih dana izašlo sunce i zagrijalo zemlju. Stavili smo sat na prozor s južne strane i dobili smo ovo:
Sjena je pala točno na 12. sektor. Ponovno smo izmjerili u 13:00 sati i uvjerili se da je sjena došla do sektora broj 8, što znači da je već 1:00. SUNČANI SATNIK RADI!!!
Usput, nije potrebno napraviti tako složene satove. Uostalom, prvi sunčani sat je samo štap. zaboden u zemlju i malo promatranja! Pokušajte napraviti takav jednostavan sat sa svojim djetetom u šetnji. Zabodite štap, izmjerite vrijeme, a onda na kraju šetnje pogledajte koliko se sjena pomaknula i je li se uopće pomaknula!
U prošloj lekciji pogledali smo prezentaciju, ako ste je propustili, možete se raspitati i preuzeti. ALI puni popis od svih razreda o TIME može se pronaći:
1) Na popisu koji se nalazi iza komentara.
3) Na dnu stranice u odjeljku "Po temama".