Солнечные часы

Часы! Какая распространенная, всем известная, обыкновенная вещь. Мы проходим, не обращая никакого внимания, мимо окон часовых магазинов, где висят и лежат сотни всевозможных часов. По любым из них при первой необходимости можно просто и легко узнать время, взглянув на циферблат. И едва ли кому при этом приходит в голову мысль о том, сколько было затрачено труда, опытов и вычислений для того, чтобы современный человек пользовался этой обыкновенной вещью.

Мы так привыкли к часам, что не можем и представить себе, что когда-то люди не имели ни малейших средств для того, чтобы знать точно время. В древние времена даже астрономы не могли определить маленькие промежутки времени, и их наблюдения велись с точностью лишь до одной четверти часа; а теперь все самые обыкновенные люди, в самых обычных житейских ситуациях считают время минутами, а подчас и секундами.

В самом начале время стали отсчитывать с помощью солнца. Палка, воткнутая в землю на открытом пространстве, освещенном солнцем, отбрасывает тень. Движется вперед время, перемещается по небу солнце – и передвигается на земле тень от палки, перемещаясь с одного места на другое, описывая своим концом дугу. В этом принцип солнечных часов. Можно сделать так, что тень будет ложиться на плоскую поверхность, можно – на кривую, все равно, важно только, чтобы было четко определено перемещение тени на поверхности с течением времени. На этой поверхности проводят линии, соответствующие направлению тени в тот или иной час дня, а на линиях отмечают соответствующие цифры. Лучи солнца падают на палку, тень от палки падает на циферблат и указывает час дня.

Изобретение солнечных часов – одно из самых остроумных древних изобретений. Однако беда в том, что на солнечных часах трудно различать маленькие промежутки времени и самое главное, что для их работы необходимо, чтобы светило солнце. В южных странах, где облака редко закрывают солнце, они могут принести пользу. До недавнего времени кочевые племена, и особенно пастухи, пользовались солнечными часами. Но что делать там, где небо почти всегда серое, часто покрыто тучами, где дни коротки и солнышко является редким гостем? Как тут воспользоваться солнечными часами? На одних старинных солнечных часах было написано: "Я отмечаю только светлые часы". Очень хорошие слова: ведь и люди лучше всего сохраняют воспоминания о редких счастливых минутах в своей жизни и охотно забывают тяжелые времена. Но, к сожалению, и эти часы необходимо считать, хотя порой их оказывается гораздо больше, чем светлых. И люди вскоре увидели, что необходимо найти способ измерять время и в тех случаях, когда солнце отсутствует, и от солнца обратились к земле. Они стали использовать силу притяжения земли и создали водяные и песочные часы.

Солнечные часы в XVII–XVIII вв. часто устанавливались на общественных и частных зданиях, соборах и монастырях. В Москве их можно увидеть в Новодевичьем монастыре, на здании бывшей Синодальной типографии на Никольской улице, в некоторых подмосковных селах. Есть они и в Санкт-Петербурге и его окрестностях. Самые большие солнечные часы были построены в конце 20-х годов ХХ в. в городе Дронтгейме в Дании. Они расположены на рыночной площади, и статуя, стоящая в центре, отбрасывает тень на металлические пластины, вделанные в мостовую.

Для того чтобы понять принцип построения солнечных часов, можно воспользоваться своими наблюдениями за солнцем или прибором, показывающим годовое и суточное вращение Земли, – теллурием. Его используют на уроках географии и физики.

Возьмем небольшую булавку FО (4–5 мм) и воткнем в глобус, например, на широте Москвы (рис. 1). Эта булавка будет служить у нас солнечными часами на нашей миниатюрной Земле. Проделаем годовое и (в разных полушариях) суточное движение и проследим за тенью булавки, падающей на глобус. Если булавка воткнута внутри тропика в Северном полушарии, то у нас в июле тень от булавки будет настолько маленькой, что циферблат для таких часов придется делать у самого основания булавки, а в день летнего солнцестояния булавка и совсем не даст тени.

Рис. 1.

Рис. 1.

Также сильно будет меняться величина тени в северных широтах. Зимой она будет слишком длинной, а летом – короткой. Но если булавку АD воткнуть в глобус не к центру Земли (не перпендикулярно касательной к шару), а параллельно земной оси, то в этом случае ее тень будет изменять свою длину в разные времена года (см. рис. 1).
Циферблат же часов в виде бумажного круга можно расположить у основания булавки по касательной к шару, с которым она составит некоторый угол АВС (см. рис. 1).
Если булавку перенести севернее, то и угол булавки с циферблатом изменится. Угол А'В'С' будет больше угла АВС и на самом полюсе он будет равен прямому, а на экваторе – нулю (рис. 1).

Рис. 2.

Рис. 2.

На чертеже (рис. 2) даны два угла: РЕОВ – широта места и РАВС – угол солнечных часов. Стороны этих углов взаимно перпендикулярны – АВ^ЕО и ОВ^ВС, и, согласно законам геометрии углы АВС и ЕОВ равны. Значит, на полюсах этот угол будет равен 90°, на экваторе 0° и на широте Москвы 55°45'.

Рис. 3.

Рис. 4.

Для того чтобы спроектировать солнечные часы (рис. 3, 4), необходимо по астрономическому справочнику или точной карте установить широту установки солнечных часов.

Например, широта выбранного вами места равна 57°. При помощи транспортира строим угол 57° (рис. 5) и выпиливаем его из фанеры толщиной 3–5 мм в зависимости от величины часов. Затем, также из фанеры, делаем подставку и посередине (строго перпендикулярно плоскости подставки) закрепляем стрелку этих часов. Размер подставки лучше определить опытным путем по месту.
Часы закрепляются на открытом месте, хорошо освещенном солнечными лучами, без перекосов. Стрелка располагается ребром с севера на юг.
Затем по точным часам отмечаем положение тени от стрелки каждый час.
По одну сторону от центра будут часы первой половины дня, по другую – второй половины дня.
Часовые отрезки на циферблате можно разделить на минуты, а саму подставку художественно оформить.

Рис. 5.

Рис. 5.

Можно также расположить часы на вертикальной стене, но для этого придется уже построить не угол ЕОВ, а угол DВО (см. рис. 1), который будет равен прямому углу минус широта вашего места. То есть если широта вашего места 57°, следовательно, угол DВО будет равняться 33°. Под этим углом и следует установить часы (рис. 6).

Рис. 6.

Рис. 6.

Конечно, если такие часы будут стоять на открытом месте, то через несколько месяцев они придут в негодность. Поэтому их лучше сделать из алюминия, меди или термостойкого пластика.