Солнечные часы

Управление образования Дивеевского муниципального округа

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Дивеевская средняя общеобразовательная школа»

СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ

Работу выполнила

Сырова Мария Андреевна,

ученица 8 «Б» класса.

Научный руководитель

Казакова Светлана Сергеевна

учитель географии

с.Дивеево, 2024 год

Оглавление

Введение

Актуальность

С давних времен человек умеет измерять всевозможные величины, такие как площадь, вес, объем. И такую величину как время человек научился измерять не менее искусно. Много столетий минуло с момента создания первых часов.

«Часы - прибор для измерения текущего времени (в секундах, минутах, часах). Часы относятся к категории "приборов времени", куда входят также хронометр, секундомер, таймер, реле времени и комбинированные приборы, например часы с секундомером…». (Энциклопедия).

Первым устройством, с помощью которого человек измерял время, были солнечные часы.

Сегодня в повседневной жизни совершенно нет необходимости наблюдать за положением солнца, звезд, следить за песочными или солнечными часами. Но интерес к таким наблюдениям не угасает до сих пор.

В восьмом классе по географии мы проходили тему «Время на территории России», в ходе которой мы рассмотрели место России на карте часовых поясов мира. Выполняли практические задачи по карте часовых зон России. Узнали, чем отличается местное, поясное и зональное время. Меня заинтересовала эта тема, захотелось поглубже её изучить. Привлекли моё внимание различные виды часов. Я нашла макет изготовления солнечных часов и их изготовила. И думаю, если в школьном дворе сделать солнечные часы, их можно использовать в качестве учебного пособия и в начальной школе на уроках окружающего мира, и в средней школе на уроках географии и физики. Обучающиеся на практике по движению тени наглядно смогут проследить суточное и годовое движение нашей планеты. Таким образом на примере созданных солнечных часов возможно наглядно продемонстрировать возможности применения научных знаний в современном мире.

Цели и задачи

Цель проекта – собрать карманные солнечные часы для кабинета ге

ографии и предложить проект создания солнечных часов во дворе школы.

Задачи проекта:

Изучить историю происхождения часов, познакомиться с их устройством;

Научиться определять время по солнечным часам;

Изготовить макет карманных солнечных часов для кабинета географии;

Провести опрос среди знакомых и одноклассников;

Предложить проект создания солнечных часов во дворе школы.

Объект и методы исследования

Объект исследования – солнечные часы, их применение в нашей жизни.

Методы исследования: анализ теоретической и методической литературы, практический; метод обобщения, технологический (ИКТ).

Содержательная часть

Устройство солнечных часов

П оявление солнечных часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время. Создание так называемых теневых (мы их называем солнечными) часов приписывают египтянам, которые придумали их еще во втором тысячелетии до нашей эры. Они представляли из себя простую деревянную доску с отметинами. Теневые часы, разделенные на двенадцать дневных промежутков, и стали первым изобретением человека, предназначенным для определения времени. Таким образом, «Солнечные часы» — это прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, — циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но такие часы «работали» только днем.

Классификация солнечных часов

экваториальные (у таких солнечных часов плоскость кадрана (циферблата) параллельна экватору, а гномон (та часть, которая отбрасывает тень), обычно представляющий собой металлический стержень, параллелен земной оси);

Экваториальные солнечные часы на берегу Темзы (Лондон, Англия)

Э кваториальные солнечные часы состоят из кадрана (пластина с часовыми делениями) и гномона. Часовые деления на пластину 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).

Равные угловые промежутки (t=15°) между соседними часовыми делениями, как на циферблате обычных часов, и перпендикулярность гномона кадрану являются основными преимуществами экваториальных солнечных часов над горизонтальными и вертикальными. 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. Конечно, этот недостаток можно устранить, если сделать кадран в виде пластины, нанести часовые деления и на верхнюю, и на нижнюю поверхность, а гномон продолжить под пластину, но и тогда в дни, близкие к дню весеннего или осеннего равноденствия солнечные часы не будут работать — Солнце будет светить на пластину не сверху и не снизу, а сбоку.

горизонтальные (плоскость кадрана параллельна плоскости горизонта, а гномон имеет форму треугольника, одна из сторон которого наклонена к плоскости кадрана на угол, равный географической широте места установки часов);

Горизонтальные солнечные часы (Лимассол, Кипр)

Горизонтальные солнечные часы, так же, как и экваториальные, состоят из кадрана и гномона. 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.

вертикальные (как следует из названия, циферблат таких часов размещается в вертикальной плоскости, обычно на стенах зданий).

Настенные солнечные часы (Собор Или, Англия)

Вертикальные солнечные часы обычно размещают на стенах зданий и различных строений. 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.

Отличие солнечных часов от обычных.

Солнечные часы показывают истинное солнечное время. На Земле существует разница во времени. Для тех, кто живёт на одном меридиане (на одинаковой долготе) и время будет одинаковое. Такое время называют местным, истинным солнечным, астрономическим. Таким образом, местное солнечное время – это истинное астрономическое время на данном меридиане.

Соответственно, на соседнем меридиане истинное солнечное время будет уже отличаться. Земля полностью оборачивается на 3600 вокруг своей оси за 24 часа. Можно рассчитать, что за 1 час она поворачивается на 150 (360/24=15), за1 минуту на 40 (60/15=4).

Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.

Истинные солнечные сутки — величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче. Стало быть, и части их, то есть часы, минуты и секунды не всегда равны между собой. Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шел точно по солнцу, то есть в один день быстрее, в другой медленнее.

Поэтому наручные часы показывают не солнечное и некое другое время, называемое средним. Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем расчетов. Складывают продолжительность всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году. Гражданские сутки, а стало быть, гражданские часы, минуты и секунды, есть величина постоянная по определению.

История. Древний Египет

Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте — надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306—1290 гг. до н. э. (рис. 1). Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце её прикреплён невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад.

Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса (рис. 2). С одной стороны модели — две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня — на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу-вверх, в полдень тени не было. С другой стороны модели — две наклонные плоскости без ступеней, этот тип часов действовал аналогично часам со ступенями. Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 до н. э. с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом (рис. 3).

Рисунок 1 – Реконструкция солнечных часов по описанию из гробницы Сети I

Рисунок 2 – Модель солнечных часов из Каирского египетского музея

Рисунок 3 – Рисунок часов с наклонной плоскостью, примерно так выглядели часы из Кантары

Приложения

О прос

Ф отографии солнечных часов в некоторых городах России

Солнечные часы в г.Ишим

Солнечные часы в г.Светлогорск

Солнечные часы в г.Дзержинск

Изготовление горизонтальных карманных солнечных часов

Я изготовила солнечные часы горизонтального типа. Особенность их в том, что плоскость циферблата, как следует из названия, расположена горизонтально, гномон же находится под наклоном к горизонтали под углом, равным географической широте той местности, для которой предназначены часы.

Часы я изготавливала по мастер-классу, взятому на сайте «Картонкино»

https://kartonkino.ru/kartonnaya-masterskaya/igrushki-igrovoy-rekvizit/karmannyie-solnechnyie-chasyi/

Выбрала циферблат и гномон ближайшей географической широты (560 с.ш.), и солнечными часами вполне можно пользоваться.

Итог моей сборки.

Заключение

Подбирая материал для своей работы, я познакомилась с историей возникновения часов. Выяснила, что солнечные часы бывают различных видов, основные из которых – горизонтальные, вертикальные и экваториальные. Выполняя работу по созданию солнечных часов карманного типа, я поняла, насколько важны точные расчеты при изготовлении часов. И, хотя в настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются, и уступили место различным видам других часов, они всегда вызывают к себе интерес. Солнечные часы сегодня - это скорее экзотика, но если сделать этот прибор своими руками, то его можно с успехом применять в качестве не только прибора для определения времени, но и как интересный архитектурный элемент. В дальнейшем я планирую предложить установить солнечные часы на школьной территории, чтобы их можно использовать в качестве учебного пособия и в начальной школе на уроках окружающего мира, и в средней школе на уроках географии и физики.

Список использованных источников

Серафимов В. В., Лермантов В. В. Часы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Дмитриев В. И.; Прогулка по солнечным часам Санкт-Петербурга // История Петербурга. 2011. № 5.

Шестаков С. А. Солнечные часы из Керченского музея // Боспорские исследования. Вып. IX. Симферополь — Керчь. 2005.

https://m-focus.ru/solnechnye-chasy-vidy-princip-raboty/

https://kartonkino.ru/download/cardboard-sundial.pdf (шаблон картонных карманных часов)