Карманные солнечные часы

Всем привет! Предлагаю вашему вниманию занимательную поделку, сделанную своими собственными руками из подручных материалов. С одной стороны это просто игрушка, сувенир, а с другой- серьёзная вещь, для пользования которой требуются некоторые знания и навыки в таких областях науки как астрономия, география, математика и физика. Речь пойдёт о древнем приборе для определения времени- солнечных часах, о которых наверняка все слышали, некоторые даже видели, кто-то возможно даже делал. Подробно расписывать принцип работы и конструкции стационарных часов думаю нужды нет, в интернете очень подробно всё описано, остановлюсь лишь на нескольких деталях и особенностях.

Для построения данной конструкции нам понадобятся:
1. Фанера 3-х слойная 4 мм
2. Компас с сухой стрелкой
3. Латунь листовая толщиной 1мм.
4. Провод медный ø 0,8-1мм.

Инструментальный набор таков:
1. Ножовка по дереву
2. Очень острый нож
3. Лобзик обычный (не электро)
4. Чертёжный инструмент (циркуль, транспортир, линейка и тд)
5. Ножницы по металлу
6. Паяльник
7. Набор надфилей
8. Строительный фен
9. Наждачная бумага различной зернистости
10. При желании аппарат для выжигания

Из названия статьи уже становится понятно, что данный прибор является мобильным, то есть переносным, которому для определения времени необходима ориентация относительно земных координат, а именно: полуденная линия часов должна совпадать с направлением меридиана. Для этого в конструкции был установлен компас. Кстати, эти часы будут корректно показывать время только в той местности, координаты которой использовались в расчётах. Долгота места определяет угол наклона гномона (стрелки часов) и часовые деления кадрана (циферблата ), а широта имеет значение для поправки местного времени к часовому поясу (гражданскому времени).

Наши часы будут состоять из следующих элементов:

1 Компас. Для более точной ориентировки направления на север в часах применён немного доработанный обычный стрелочный компас. Доработка заключается в том, что картушка компаса наклеена непосредственно на стрелку, и не просто наклеена, а с корректировкой магнитного склонения ( для нашей местности это составляет 11°, что может дать ошибку около часа)

Для начала разобрал компас на составные части:

Понравившийся рисунок картушки просто скачал из интернета, распечатал в нужном размере на фотобумаге и наклеил на стрелку с учётом магнитного склонения, благо градуировка на картушке уже имелась

С балансировкой пришлось повозиться подшкуривая обратную сторону.

И ещё одна функция такого компаса- картушка, помимо указания направления на север, работает как уровень для установки плоскости часов в горизонтальном положении. Конечно лучше было бы дополнительно установить пузырьковый уровень, но за неимением оного решил, что установка горизонтальности по картушке будет достаточно для игрушки-сувенира, сверять по ним куранты никто не будет.

2 Кадран (циферблат) у горизонтальных часов отличается от экваториального тем, что углы между часовыми метками расположены неравномерно. Для горизонтальных солнечных часов разметку кадрана можно сделать тремя способами :

Первый способ самый лёгкий, но не точный, просто нужно установить часы, строго сориентировав их, и затем каждый час делать отметку на кадране и таким образом разметить весь циферблат. Делать это лучше в дни, когда поправка уравнения времени близка к нулю (см. «Аналемма»). И показывать такие часы будут уже приведённое гражданское время, учитывающее поправку по долготе.

Второй способ — разметка при помощи геометрических построений, для него нужны карандаш, транспортир и циркуль.
Чертим две взаимно перпендикулярные линии и отмечаем точку А.

Из которой проводим линию АС, чтобы угол САВ был равен широте нашей местности.

Из точки В проводим перпендикуляр на линию АС и обозначаем точкой D

Далее из точки В проводим окружность радиусом ВD до пересечения с прямой АВ, и отмечаем точку О. Теперь используя эту точку в качестве центра чертим окружность радиусом ОВ, и делим её на секторы по 15°, продлевая каждый луч до линии ВС. Точки пересечения лучей с линией определят часовую разметку наших часов.

Соединяя эти точки с точкой А получаем половину циферблата, вернее его четверть так как часовые линии с 6 до 12 симметричны линиям с 12 до 18 относительно оси АВ, а отметки с 18 до 6 часов ( назовём их ночными) симметричны дневным.

— Ну и наконец третий способ- тригонометрический или расчётный. Определяем углы часовых линий по формуле: tg α = sin φ x tg t
Где α- часовой угол на кадране
φ- широта места
t- временной отрезок, выраженный в градусной мере (из расчёта 1ч- 15°)

Например для моего случая угол между линиями 11 и 12 часов составит sin57°x tg15°= 0,8386х0,2679 = 0,2247, что соответствует 12,6°, вот почему, повторюсь ещё раз, картушка компаса скорректирована на величину магнитного склонения ( 11°).

Получасовые и четвертьчасовые линии достаточно просто разметить делением часового участка.
Итак, одним из последних двух способов, кадран был нами размечен. Получившаяся разметка будет показывать нам местное среднее время, которое отличается от поясного (гражданского) времени на величину, зависящую от долготы места наблюдения.

Как известно, отсчёт времени идёт от гринвичского меридиана (GMT), и далее через 15° меняются часовые пояса. Для Московского времени (МСК) часовой пояс GMT +3, но и это условно относительно истинного солнечного времени, например разница истинного и поясного времени в Москве составляет 29 минут 40 секунд . Это означает, что когда куранты на Красной площади отбивают полночь, истинная полночь по солнечному времени наступит только через полчаса. В моей местности разница составляет 31 минуту, поэтому и деления смещены на полчаса. Вот как это выглядит на готовом изделии:

3 Гномон (стрелка) по определению должен быть складным. Задача состояла в том, чтобы выдерживать угол широты и вертикальность плоскости установки. Можно конечно просто укладывать его набок, но в таком случае размеры получались небольшими и гномон как бы терялся на плоскости часов, посему решено было сделать эту деталь подъёмной. В этом случае и длину можно увеличить до нужных пропорций, и вертикальность выдерживается в приемлемых пределах ( люфт гномона в пределах 1°), и угол широты места устанавливается подтачиванием пятки гномона, который в последующем не меняется.

Детали выполнены из латуни толщиной 1мм. Выбор материала обусловлен тем, что он должен быть немагнитным, чтобы не обманывать компас, и хорошо поддавался пайке мягкими припоями.

4 Анале́мма (греч. ανάλημμα, «основа, фундамент») — кривая, соединяющая ряд последовательных положений центральной звезды планетарной системы (в нашем случае — Солнца) на небосводе одной из планет этой системы в одно и то же время суток в течение года (Википедия).

Иными словами эта кривая показывает на сколько спешат или отстают наши часы относительно среднего времени. Так например в октябре Солнце оказывается в зените на 16 минут раньше, а в феврале на 14 минут позже полудня по среднегодовому времени. Связано это явление с эллиптичностью орбиты и наклоном оси Земли. Не будем вдаваться в подробности, нам важно знать сколько минут в какой день нужно прибавить или отнять от показания наших солнечных часов чтобы относительно точно определить время. Для этого мы эту красивую загогулину расположим на внутренней поверхности крышки.

Теперь собираем всё вышеуказанное воедино.
Условно разделим наш прибор на две части- собственно солнечные часы и крышку (у нас же они карманные, значит будут иметь вид портсигара). Из листа фанеры нарезаем пять прямоугольников размером 100х120 мм.

У заготовок срезаем углы по 15мм. с каждой стороны, как видно на деталях крышки:

Для установки гномона и компаса прорезаем отверстия в заготовках кадрана с обратной стороны и следующей за ним подложкой. Гномон заглубляем так, чтобы ось его поворота лежала в плоскости кадрана срезая один слой фанеры (он чуть больше 1мм.).

Склеиваем детали, затем, как в анекдоте, тщательно обрабатываем напильником, а если быть точнее торцевые части оклеиваем шпоном из той же фанеры и обрабатываем наждачкой . Петли, соединяющие крышку с корпусом сделаны из медной проволоки и вклеены с помощью эпоксидной смолы.

Ну а далее занимаемся украшательством, чтобы наша поделка не выглядела как простая фанерная коробка, на крышку налепим стилизованный рисунок Солнца

А чтобы придать старинный вид обработаем изделие феном. В результате получаем вот такую игрушку для взрослых.

Заключение. Мне кажется такой подарок для подростка гораздо интереснее и полезнее любого новомодного гаджета, купленного в магазине (тем более уже ни чем не удивишь). По меньшей мере эта вещь заставляет работать мозги, ну а если ещё и разбудит любопытство узнать подробности в науках- это будет просто замечательно.

А вот как часами пользоваться:

Источник: usamodelkina.ru

Добавить комментарий