Что такое солнечные часы
Солнечные часы — что это и как работает?
Солнечные часы — устройство, с помощью которого можно определить текущее время по Солнцу. Они работают по принципу отбрасывания тени от объекта на поверхность с отметками времени. Объект, который отбрасывает тень, называется «гномон». По тени можно определить угловую высоту Солнцу.
Гномоны бывают разные: с фигурой и острым краем или с тонким стержнем. Солнце меняет свое расположение в течение суток: каждый час поворачивается на 15 градусов. Чтобы переместиться на один градус долготы с востока на запад, Солнцу требуется 4 минуты. Вместе с этим перемещается тень от гномона — она падает на отметку с определенным часом.
Солнечные часы сопоставляют с осью вращения Земли. Форма устройства должна указывать на настоящий астрономический север — это не Северный или Южный полюса. Форма горизонтально ориентированных часов должна соответствовать географической широте.
Виды солнечных часов
Есть три основных типа солнечных часов: горизонтальные, экваториальные и вертикальные. Раньше люди строили шаровые, конические и цилиндрические часы.
Горизонтальные солнечные часы состоят из кадрана и гномона. Что такое гномон, вы уже знаете, а вот кадран — это плоскость с часовыми делениями. На горизонтальных часах кадран устанавливают параллельно плоскости горизонта. Гномон — это, как правило, треугольник, который перпендикулярен плоскости кадрана. Одна из сторон гномона наклонена на угол, равный географической широте места установки часов.
Линия, которая пересекает кадран и гномон, направляется параллельного полуденной линии. Вдоль этой линии направлена тень вертикального стержня в истинный полдень. Истинный полдень — это время в середине дня, между восходом и закатом солнца.
Экваториальные солнечные часы состоят из гномона и кадрана, как и горизонтальные. Часовые деления отмечаются на кадране через равные угловые промежутке — аналогичным образом времся отмечается на циферблате обычных часов. Гномон, как правило, это металлический стержень, который устанавливают на кадране перпендикулярно его поверхности. Кадран ориентируется в горизонтальной плоскости, чтобы прямая, которая соединяет гномон и часовое деление, соответствующее полудню, была направлена параллельно полуденной линии. В сторону юга — для Северного полушария, в сторону севера — для Южного полушария. Также, прямая, которая соединяет основание гномона и часовое деление, наклоняется относительно плоскости горизонта.
Основной минус экваториальных часов — они работают только от дня весеннего равноденствия до осеннего равноденствия.
Вертикальные солнечные часы размещают на стенах различных строений. Их кадран расположен вертикально и перпендикулярен плоскости горизонта. При этом, он может быть повернут в любую сторону — от этого зависит расположение часовых делений. Чтобы деления времени были симметричны относительно полуденного деления, кадран должен быть обращен на юг в северном полушарии и на север — в южном.
В России вертикальные солнечные часы можно найти в Московском планетарии. Они показывают текущую дату и время.
Солнечные часы
Со́лнечные часы́ — прибор 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.
Простейшие солнечные часы показывают солнечное время, а не местное, то есть, не учитывают деление Земли на часовые пояса. Кроме того, простейшие солнечные часы не учитывают летнего времени. Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии Солнца.
В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются, и уступили место различным видам других часов.
Содержание
История
Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии (4 Царств, 20:10, Исайя, 38:8).
Древний Египет
Древний Китай
Древняя Греция и Древний Рим
В Рим первые солнечные часы были привезены консулом Валерием Массала из Сицилии в 263 г. до н. э. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 года Марцием Филиппом.
Древняя Русь и Россия
Средние века
Арабские астрономы (Сабит ибн Корра, Ибн аш-Шатир, Абу-л-Хасан ибн Юнис) оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось ещё направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы.
Вместе с введением равных часов дня и ночи (не зависящих от времени года) задача гномоники значительно упростилась: вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если только штифт расположен по направлению оси земли, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору (экваториальные, или равноденственные часы); на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.
Гномоника занималась составлением правил нахождения различных положений тени на этих поверхностях. Солнечные часы, как уже сказано, дают не среднее, но истинное солнечное время. Одной из специальных задач гномоники было строить кривую на циферблате солнечных часов, которая указывала бы «средний» полдень в различное время года. В средние века гномоникой занимались: Апиан, Альбрехт Дюрер, Кирхер. Живший в начале XVI в. Мюнстер был призван «отцом гномоники».
Типы солнечных часов
Различают солнечные часы экваториальные, горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг). Строились также конические, шаровые, цилиндрические солнечные часы. Классические экваториальные, горизонтальные и вертикальные солнечные часы могут исправно работать лишь на широтах севернее Северного тропика и южнее Южного тропика.
Экваториальные
Горизонтальные
Если обозначить географическую широту места установки часов через φ, количество часов до полудня (после полудня) через m, то угол между полуденной линией и соответствующим часовым делением на часах α можно определить по формуле:
Для определённости будем считать, что часы устанавливаются в средних широтах северного полушария. На рисунке показана небесная сфера с центром в точке O. Плоскость горизонта обозначена NESW, NS — полуденная линия, Z — зенит, Z’ — надир, PL — ось мира, ZNSZ’ — плоскость небесного меридиана. Как известно, угол наклона оси мира к плоскости горизонта равен географической широте места наблюдения (обозначена буквой φ на рисунке), поэтому сторона OP гномона солнечных часов, обозначенного на рисунке TPO, показана совпадающей с осью мира. Угол между полуденной линией и краем тени от гномона, который нам нужно найти, обозначен α. Через t обозначен угол между кругом склонения Солнца PBL и плоскостью небесного меридиана. Положение Солнца опять-таки для определённости показано до полудня.
Таким образом, на рисунке имеем сферический треугольник PNB. Заметим, что плоскость небесного меридиана перпендикулярна к плоскости горизонта, то есть угол PNB — прямой, поэтому наш сферический треугольник — прямоугольный. Для определения любого элемента прямоугольного сферического треугольника достаточно знать любые два других его элемента. В сферическом треугольнике PNB известны сторона φ и угол t, надо найти сторону α. По мнемоническому правилу Непера имеем:
Остаётся заметить, что
Вертикальные
Солнечные часы в филателии
См. также
Примечания
Литература
Ссылки
Солнечные часы Google Maps KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)
 Часы | |
|---|---|
| По принципу действия | Солнечные часы • Ноктурлабиум • Водяные часы • Огненные часы • Песочные часы • Механические часы • Кварцевые часы • Электрические часы • Электронные часы • Астрономические часы • Атомные часы |
| По назначению | Будильник • Секундомер • Таймер • Хронометр • Шахматные часы • Наградные часы |
| По типу | Башенные часы • Карманные часы • Наручные часы • Напольные часы • Часы с кукушкой • Цветочные часы |
| Детали и механизмы часов | Гномон · Спусковой механизм часов · Маятник · Генератор сигналов · Кварцевый резонатор · Циферблат |
| Известные часы | Куранты Московского Кремля · Биг-Бен · Пражские куранты · Башня Зиммера |
Полезное
Смотреть что такое «Солнечные часы» в других словарях:
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ — СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ, прибор, который начали использовать еще около 5000 лет назад на Ближнем Востоке для определения времени дня. Традиционно солнечные часы состоят из короткого основания с плоским верхом, на котором установлен гномон, столбик,… … Научно-технический энциклопедический словарь
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ — состоят из циферблата и стержня, тень от которого, перемещаясь по циферблату вследствие движения Солнца по небу, показывает истинное солнечное время … Большой Энциклопедический словарь
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ — (Sun dial) прибор для определения истинного солнечного времени. Состоит из циферблата и стержня. При освещении солнцем тень стержня указывает на циферблате истинное солнечное время. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно… … Морской словарь
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ — старинный прибор для измерения времени по Солнцу. Вероятно, это древнейший научный инструмент, дошедший до нас без изменений и представляющий первое применение человеком его знаний о движении небесных тел. Хотя известны самые разнообразные… … Энциклопедия Кольера
Солнечные часы — прибор, служащий для определения времени по Солнцу. С. ч. состоят из стержня или пластинки, отбрасывающих тень, и циферблата, на который тень падает, указывая истинное солнечное время. В зависимости от расположения плоскости циферблата… … Большая советская энциклопедия
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ — прибор для определения времени по Солнцу. Состоит обычно из циферблата, располож. вертикально, горизонтально или перпендикулярно оси вращения Земли, и стержня или пластины, отбрасывающей тень на циферблат (см. рис.). Положение тени указывает… … Большой энциклопедический политехнический словарь
солнечные часы — состоят из циферблата и стержня, тень от которого, перемещаясь по циферблату вследствие движения Солнца по небу, показывает истинное солнечное время. * * * СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ, состоят из циферблата и стержня, тень от которого,… … Энциклопедический словарь
солнечные часы — saulės laikrodis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tikrojo saulinio laiko matuoklis. Jį sudaro plokštuma su ciferblatu ir strypas arba plokštelė, kurių šešėlis krinta ant ciferblato. atitikmenys: angl. sundial vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Солнечные часы — С тех пор как Анаксимандр из Милета по вавилонскому образцу сконструировал первые греч. С. ч., греки постоянно работали над их совершенствованием. Математич. деление долготы дня на 12 частей привело к введению понятия «световой… … Словарь античности
Солнечные часы — с тех пор как Анаксимандр из Милета по вавилонск. образцу сконстр. первые греч. С. ч., греки постоянно работали над их совершенств. Математич. деление долготы дня на 12 частей привело к введению понятия «световой изменяющ. час» … Древний мир. Энциклопедический словарь
Солнечные часы
Солнечные часы
В этой статье мы рассмотрим историю солнечных часов, первых из созданных человеком. Необходимость измерять время была продиктована потребностью древнего человека следить за сменой времен года. Время посева, сбора урожая, сезонность передвижения перелетных птиц было важно для человека.
История солнечных часов началась тогда, 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.
История солнечных часов
Стоунхедж
Одним из таких сооружений в Европе является Стоунхендж, служивший весьма точным календарем для прогнозирования смены времен года, нужного для ведения сельского хозяйства, и обсерваторией для предсказания солнечных и лунных затмений, необходимого, по видимому, для осуществления культовых обрядов.
Время его постройки, согласно исследованиям ученых, датируется 1850-м годом до н.э.
Огромные каменные постройки для астрономических наблюдений найдены в разных уголках мира: на территориях Древнего Вавилона, Египта, в Китае.
Самые известные из них это «Игла Клеопатры», находящаяся сейчас в Лондоне, и гигантский обелиск недалеко от Каира, построенный за 3000 лет до н.э.
История солнечных часов берет свое начало в Ассирии и Вавилоне. Вавилоняне достигли больших успехов в астрономии и математике.
Одним из инструментов, необходимых для астрономических наблюдений являлись полусферические солнечные часы, которые они приспособили и для определения ночного времени. Двенадцать известных древним астрономам созвездий, которые мы сейчас знаем как «знаки зодиака», появлялись в небе с разницей в один час.
Шар из проволоки скользил по циферблату в виде чаши. Вокруг шара был круг, представляющий эклиптику.
На нем изображались двенадцать созвездий, так чтобы угловые расстояния соответствовали реалиям.
По такому инструменту можно было определить место Солнца на проволочной сфере, если иметь знание о положении дневного светила в том или ином знаке зодиака.
Этот астрономический прибор позволял заметить разницу между солнечным и звездным временем, сравнить время пути Солнца и созвездий по эклиптике. Сравнение производилось с помощью водяных часов (клепсидры).
В музеях Каира и Берлина находятся несколько древних инструментов для наблюдений за Солнцем и звездами, найденных при раскопках в Египте.
Самое раннее упоминание в египетских рукописях о солнечных часах датируется 1521 годом до н.э., хотя это вовсе не означает, что до этого времени они там не использовались.
Египетские солнечные часы того периода определяли время по длине тени от гномона.
Итак, что же представляли из себя «Ахазовы ступени»?
Исследователи Священного Писания полагают, что это не что иное, как солнечные часы, устройство которых Ахаз позаимствовал у ассирийцев и вавилонян.
Как полагают те же исследователи они представляли из себя стоящую на возвышении колонну, от нее вниз шли ступени, являющиеся делениями, по падению тени на которые определяли время. Время правления царя Ахаза 873—852 годы до н.э.
В Китае гномоном пользовались для определения времен года с VIII века до нашей эры.
В округе Гуйчжоу археологи нашли нефритовые солнечные часы, относящиеся к III-му веку до н.э. Из-за особенностей исчисления времени, история солнечных часов в Китае достаточно самобытна.
Это был диск из камня с установленным в центре гномоном.
На двух сторонах диска была шкала, возле делений которой написаны названия 12-ти китайских сдвоенных часов.
По верхней части диска измеряли время от весеннего до осеннего равноденствия, а по нижней части от осеннего до весеннего равноденствия.
А вот водяные часы появились в Китае, судя по всему, раньше солнечных, в 2696 году до нашей эры.
Древние цивилизации Мексики и Перу тоже владели знаниями о том, как отмечать времена года с помощью гномона.
В Греции солнечные часы упоминаются в древних документах VI века до нашей эры и не описываются как что-то необычное. Еще в IV веке до нашей эры, согласно известным древнегреческим источникам, там прочно вошло в быт определение времени по аналемматическим солнечным часам, в которых в качестве гномона выступал человек.
Однако, история солнечных часов в Греции не так однозначна: существует мнение, что уже в X-м веке до н.э. в Грецию были привезены солнечные часы из Ассирийского или Вавилонского Царства. Несомненно лишь заимствование у вавилонян солнечных часов, что, учитывая торговые связи того времени, неудивительно.
В III-м веке до н.э. в Греции использовались полусферические солнечные часы, в которых наклон полусферы повторял наклон эклиптики на широте места где был изготовлен.
В античной Греции добились значительных успехов в астрономии и математике. Конические солнечные часы были изобретены на основе теории конических сечений Аполлония.
Суть этих часов в том, что ось вогнутого сегмента конуса находится параллельно Земной оси.
Конус направлен туда же, куда и горизонтальный гномон.
На основной, направленной на юг, стороне солнечных часов имелся циферблат, расположенный перпендикулярно конусной оси и параллельно экватору. Через разделенные на 12 равных частей дуги были проведены часовые линии.
Падающая тень пересекала эти дуги, и по точкам пересечения можно было узнать который час. Несколько конических солнечных часов сейчас хранятся в Лувре.
Плоские солнечные часы появились в результате усовершенствования конических. Такие часы с вертикальным циферблатом устанавливали на башне, чтобы по ним можно было издалека видеть который час. Так появились первые солнечные башенные часы. В Афинах на Башне Ветров находятся едва ли не самые древние вертикальные солнечные часы, сохранившиеся до наших дней. Вообще, эта башня сама по себе уникальна уже тем, что является первой метеорологической станцией. На крыше был расположен флюгер, в ней самой находились водяные часы, на фасаде первые солнечные башенные часы.
В Риме первые солнечные часы появляются в 292 году до нашей эры. В результате Первой Пунической войны и уже после ее окончания римлянами были завоеваны греческие острова и часы были вывезены оттуда в качестве трофея. Впрочем из-за этого они показывали время того места, где были сделаны. Уже очень скоро солнечные часы стали неотъемлемой частью быта римлян. Их устанавливали на площадях, возле храмов и в других общественных местах.
На площади Монтечиторио в Риме и сейчас можно увидеть один из древнейших обелисков с солнечными часами. Установленный еще во времена императора Августа на Марсовом поле, он был убран с площади в эпоху упадка империи, но найден в 1463 г. и поставлен вновь в 1792 году.
Римляне стали устанавливать и использовать солнечные часы для разных бытовых нужд. Так, по ним регулировали вход в бани.
Римляне мало привнесли в развитие гномоники, они пользовались тем, что делали греческие мастера.
В начале Средних веков в Европе пользовались лишь солнечными и водяными часами.
Приблизительно в XIII в. там входят в употребление песочные часы,
которые, являясь альтернативой водяным, получают значительное распространение уже к началу XIV века.
В Византии, в Средневековье были популярны вертикальные солнечные часы. Их размещали на фасадах монастырей, башен, общественных зданий и храмов. На циферблатах впервые указывают числа. В связи с популярностью походных часов появляется профессия часовщика. Совершенствуется астролябия Гиппарха. В это же время арабские мастера учатся у византийцев изготавливать солнечные и водяные часы. Развитие гномоники в Индии и на мусульманском Ближнем Востоке в средневековье дает начало изучению тригонометрии, геометрии и математике. Индусы активно используют в расчетах теорему Пифагора и другие знания, заимствованные у эллинов.
К развитию тригонометрии у арабов привело появление переводов трудов Птоломея и индийских «сиддхант».
После завоевания турками Константинополя, на всех мечетях, в которые нередко переделывали Православные Храмы, устанавливали солнечные часы. По ним определяли время молитв, а на циферблате наносилась линия, указывающая направление на Мекку.
В Багдаде и Дамаске были построены обсерватории.
Переняв у византийцев искусство создания астролябий и угломерных инструментов, водяных и солнечных часов мусульманские ученые достигли больших успехов в их совершенствовании.
В Европе одним из первых людей, проявивших интерес к гномонике, был папа Сильверст II. Прочитав книги Боэция по геометрии и астрономии, где были описаны основные виды часов того времени, он написал трактат по геометрии, где озвучил основные правила для сооружения солнечных часов. Благодаря ему Европа узнала про устройство и применение астролябии. Это был X век нашей эры.
Перевод греческих текстов в XIV веке способствовал новому интересу к науке и к гномонике, как ее частному направлению. В конце XIV в. Европа перешла на новый счет времени, основанный на равных дневных и ночных часах. И это был очень важный шаг для всей истории часов. Нужно было модернизировать солнечные часы к этому счету времени.
Однако в наше время стало модным украшать солнечными часами парки, бульвары и скверы городов.
Солнечные часы Севастополя.
Так, например в 2008-м году, к 225-летию города, на Приморском бульваре Севастополя, вблизи Памятника затонувшим кораблям были устроены солнечные часы, которые несомненно стали украшением города. Они привлекают внимание многочисленных туристов и горожан. Циферблат выложен разноцветной плиткой, а тень небольшого гномона довольно точно показывает время.