I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ВСЁ О СОЛНЕЧНЫХ ЧАСАХ

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Тюрина Н.А. 1

---

1МКОУ Нижнекарачанская СОШ

Работа в формате PDF

353.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

1. Введение……………………………………………………………………3

2. История возникновения солнечных часов…………………………….4- 7

3. Виды солнечных часов и их особенности ………………………………7-9

4. Практическая часть………………………………………………………9-10

5. Заключение………………………………………………………………...10

6. Литература………………………………………………………………….11

Введение

На уроке математики я столкнулась с задачей: «В старину часто пользовались солнечными часами, они известны более 3000 лет. В солнечных часах время определяется по положению тени от наклонного стержня на циферблате (циферблат и стержень располагали так, чтобы в полдень тень от стержня была направлена на отметку 12 ч). Подумайте, что общего у солнечных часов с современными, в чем их достоинства и недостатки». Я поняла, что практически ни чего не знаю о солнечных часах и заинтересовалась ими. В поиске информации я нашла много интересного материала о солнечных часах, который обобщила в данной работе.

Актуальность темы заключается в том, что мода на солнечные часы возвращается. Механические часы принесли нам немало удобств, но при этом свели до бытового уровня понятие Времени в Пространстве.

Цель работы: изучить историю солнечных часов, узнать, какие модели этих часов существуют и сконструировать действующую модель этих часов, определить время по солнечным часам, выяснить точность измерения самодельного прибора.

Задачи работы:

1) Ознакомиться с различными видами солнечных часов.

2) Доказать актуальность использования солнечных часов в современном мире.

3) Проанализировать достоинства и недостатки солнечных и современных часов.

Гипотеза Солнечные часы имеют широкую практическую реализацию в

современном мире.

Методы исследования: 1) поиск, анализ и синтез различных источников информации: книг, статей, Интернет-ресурсов; 2) самостоятельное изготовление солнечных часов.

История возникновения солнечных часов

Летом мы много времени проводим на открытом воздухе, и непроизвольно начинаем связывать ход времени с движением солнца по небу. Первые примитивные понятия для измерения времени древним людям подсознательно подсказала регулярная смена времени года, смена дня и ночи, перемещение Солнца и Луны по небесному своду. Положение Солнца на небе использовалось в качестве той часовой стрелки, по которой люди определяли время в дневную часть суток. Именно движение солнца легло в основу солнечных часов, которые появились примерно 5,5 тысяч лет назад. Принцип действия солнечных часов основан на движении тени, отбрасываемой неподвижным ориентиром в течение дня.

Солнечные часысостоят из указателя (гномона), отбрасывающего тень и играющего роль стрелки, а так же циферблата с нанесенными на него делениями, обозначающими часы суток. Перемещение стрелки-тени, отражающей суточное вращение Земли, позволяет определять время.

Самое раннее известное упоминание о солнечных часах – Книга Исаии в Библии. «Вот, я возвращу назад на десять ступеней солнечную тень, которая прошла по ступеням Ахазовым. И возвратилось солнце на десять ступеней по ступеням, по которым оно сходило» – часы, построенные царем Ахазом в 732 г. до н.э. по вавилонским образцам. В древнем Египте время измерялось при помощи тени от священных обелисков у храмов или консольных балок, которые одновременно служили для почитания культа бога Солнца. Роль гномонов выполняли и прямые пилоны (XIV в. до н.э.). на общественных площадях. До сих пор сохранился такой обелиск высотой в 35,5 м на площади св. Петра в Риме, который был доставлен туда в 38 году Калигулой из Гелиополиса.

В античном мире сформировалась целая наука, посвященная проектированию солнечных часов, – гномоника. Возникновение греческой гномоники связывается с именем Бероза из Вавилона, изготовившего в VI в. до н. э. скафис – солнечные часы в виде чаши, точность установки которой проверялась путем заполнения водой. В греческом языке солнечные часы получили название – арахна (паук), позже использовавшееся и арабами.

Известный римский архитектор и зодчий Маркус Витрувий описывает в своем сочинении «Архитектура» не менее 13 видов солнечных часов. К ним относятся и не совсем обычные для северных областей Европы горизонтальные полые полусферические часы – так называемые гемисферы.

Во II в. до н. э. знаменитый астроном Клавдий Птолемей ввел деление суток на 24 часа. Изобретение в начале новой эры наклонного гномона, параллельного земной оси, позволило создавать более точные солнечные часы. В VII в. папа Гонорий повелел оборудовать все церкви солнечными часами.

Солнечный календарь в церкви св. Марии с ангелами, XVI в., Рим. В полдень каждого дня солнечный луч пересекает меридиан на полу храма в точке, соответствующей дню года.

Шкала для расчета поправок на период 1500–2500 гг.

Особый вид солнечных часов – зеркальные, где роль гномона исполняет зеркальце, а кадран размещен на стене или потолке помещения. Вместо тени по шкале ползет блик – солнечный зайчик. Первым такие часы описал Й.Б. Бенедиктус в своей книге «De gnomonum umbrarumque solarium usus liber», изданной в Турине в 1574 г. Проектированием зеркальных часов занимался и Николай Коперник.

Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши.

Самыми старыми солнечными часами на Руси считается система ниш в Спасо-Преображенском соборе в Чернигове, возведенном в 1031 – 1036 гг. Солнечный луч, попадающий в ниши, обозначал время начала богослужений. В русских народных избах окно, обращенное на юг, оборудовалось простыми солнечными часами в виде забитой в подоконник иголки или шеста перед окном и системы зарубок на откосах окна.

Новый виток популярности приобрели солнечные часы в эпоху Возрождения. В это время возникли также первые учебники по солнечным часам. С начала XVI в. теорию солнечных часов стали преподавать в университетах Виттенберга, Тюбингена, Ингольд-штадта, в Праге и в Штирскем Градце как составную часть математики. Популярными в этот период стали «карманные» переносные солнечные часы, оборудованные магнитной стрелкой.

Карманные кольцевые солнечные часы со шкалами высот и сезонов, мастер Конрад Метц (1643–1717), Амстердам, бронза.

Особый вид карманных солнечных часов – солнечное кольцо, изобретение которого приписывается парижскому врачу Бове, хотя еще в XV в. нюрнбергский математик Ганс Мюллер Региомонтан описал его в своих трудах. Кольцо подвешивается на цепочке за фиксированную точку и ориентируется так, чтобы луч, проходящий через отверстие, падал на часовую шкалу внутри кольца.

Карманные солнечные часы, г. Аугсбург, Бавария, переделанные в XVIII в. из механических часов XVI века.

Построенные по проекту архитектора Антонио Ринальди (1710–1794) вдоль российских дорог верстовые столбы – знаменитые «Катькины мили» также часто снабжались солнечными часами. Самые старые солнечные часы в Киеве находятся во дворе Братского монастыря и имеют форму куба с кадранами на четырех вертикальных гранях, ориентированных по сторонам света. Также хорошо знакомы киевлянам солнечные часы на фонтане «Самсон» возле Гостиного двора на Контрактовой площади, оригинал которых украсил в 1811 г., возрождавшийся после пожара Подол.

Южные солнечные часы фонтана «Самсон» на Контрактовой площади в Киеве

До середины XIX в. высокоточные солнечные часы для нужд астрономии и навигации производились в Санкт-Петербурге в Механическом заведении Главного штаба. В 1-й половине XIX в. в Одессе действовали интересные солнечные часы – «полуденная пушка». Ровно в полдень солнечный луч падал на фокусирующую линзу и поджигал запал, оповещая весь город.

Простейший способ измерения времени с помощью сельских часов мне показала моя бабушка. Нужно левую руку повернуть ладонью вверх, направленный вверх большой палец выполняет роль теневой стрелки. В зависимости от длины этой тени в сравнении с остальными пальцами руки можно было примерно определить время. Этот простой способ измерения времени сохранялся среди сельского населения весьма долгое время.

Самый современный вариант - в США запатентованы цифровые солнечные часы. В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут. Мода на солнечные часы возвращается. Три века назад этот символ космической связи между человеком и Вселенной был вытеснен механикой, которая тикает «сама по себе». Она, конечно, принесла немало удобств, но одновременно свела до бытового уровня понятие Времени в Пространстве. Виды солнечных часов и их особенности. Солнечные часы, как человеческая душа, хорошо работают только, когда светло. Сегодня они снова стали элементом дресс-кода состоятельной и образованной публики. Оказывается, чтобы выбрать часы для, того чтобы установить их на фасаде дома или в саду нелегко.

Солнечные часы состоят из трех деталей: самого солнца, гномона (предмета, отбрасывающего тень), а также циферблата, на который эта тень падает. Линии на циферблате рассчитываются индивидуально для каждых часов и зависят от ориентации циферблата относительно полюса мира, математического горизонта и небесного экватора. Сам же циферблат может быть нарисован где угодно.

Известно немало типов солнечных часов: горизонтальные, вертикальные (если плоскость циферблата вертикальна и направлена с запада на восток), утренние или вечерние (плоскость вертикальна, с севера на юг).

Например, для сада больше всего подходят горизонтальные и вертикальные виды. Самый распространенные горизонтальные. Такие часы располагаются прямо на земле или на специальном постаменте. Расчет вертикальных часов сложнее, поскольку стены зданий относительно сторон света могут быть ориентированы под любым углом. С тем, как стена, на которой размещен или нарисован циферблат, ориентирована относительно сторон света, связаны определенные ограничения (например, если циферблат смотрит строго на восток, он будет освещен только от восхода до локального полудня). Но этот недостаток можно устранить, скомбинировав циферблаты в одном изделии и сделав часы четырехсторонними. Тем самым, есть возможность определять время весь световой день. Бессмысленно использовать солнечные часы для того, чтобы вовремя вставать или приходить на встречу. Солнечные сутки величина непостоянная. Они могут быть длиннее или короче, в зависимости от скорости оборота Земли вокруг своей оси. Принцип работы солнечных часов сильно отличается от того, как функционируют современные часы. Во-первых, солнечные часы действуют только в солнечные дни, и залог их точности в том, что стрелка, отбрасывающая тень гномон, должна быть направлена точно на Полярную звезду. Перемещая часы из одной географической широты в другую, мы смещаем гномон на несколько градусов, и ни о какой точности речи уже идти не может. Поэтому, нельзя просто купить солнечные часы и установить, где угодно. Каждое конкретное изделие рассчитывается и изготавливается индивидуально для конкретных географических координат.

В немецком городе Франкфурте на Майне на набережной в 1949 году инженером – часовщиком Лоском были построены солнечные часы 3,2 м в диаметре. Прибор был снабжен подвижным диском, повернув который любой человек мог узнать время в любом из 200 городов мира. Конструкция этих солнечных часов очень необычна.

Практическая часть.

В практической части я решила сделать макет солнечных часов и определить по ним время. Чтобы построить макет солнечных часов, я столкнулась с проблемой – как узнать широту с. Нижний Карачан? Я обратилась за помощью к учителю географии Тимошечкиной Н.Н. Она мне объяснила и показала как определить широту на которой расположено наше село. Нижний Карачан находится на широте -

Изготовление солнечных часов.

На листе бумаги необходимо построить круг диаметром 12 см. Разбить этот круг на 24 части ( 360º :24 =15º составляет одна часть). Приклеить его на электронный диск.Необходимо изготовить гномон - я взяла деревянную палочку. Закрепила его в отверстие крышки под углом в 51⁰, равный географической широте с. Нижний Карачан. Это нужно сделать для того, чтобы часы ходили точно.

В солнечный день я проверила, как работают солнечные часы. Поставила их так, чтобы гномон показывал на север. Они работают, и показывают точное время! Мною были проведены замеры времени в 09:00часов; 12:00часов; 14:00часов. На солнечных часах тень от гномона соответственно показывала 09:00часов; 12:00часов; 14:00часов.

Так же необычную и очень удобную клумбу «Солнечные часы» можно сделать с помощью нескольких цветочных горшков.

Создание такой клумбы - отличный способ узнать и увидеть своими глазами, как положение солнца меняется от часа к часу, и от сезона к сезону.

Понадобится: Цветочные горшки(12 шт.),фанера, пластик.

Вырежьте из фанеры или пластика круг, обработайте его защитным составом для древесины, иначе солнце и дожди повредят ваши часы. Сверяясь с обычными часами, сделайте разметку циферблата. Вырежьте в круге отверстия (по разметке) и потом устанавливайте в него цветочные горшки.

Вскопайте участочек по форме клумбы, выньте грунт на глубину приблизительно 20-25 см, засыпьте углубление щебнем.

Устанавливая красивые клумбы в виде солнечных часов, лучше циферблат немного наклонить, чтобы с него легко стекала дождевая вода.

Высадите любимые ваши цветы в горшки и разместите в часовых отметках-отверстиях.

Заключение.

Изучив эту тему, я узнала, какие существуют виды солнечных часов, историю развития солнечных часов, первое упоминание солнечных часов в библии, в Риме, в Египте, из чего они изготавливались, для чего они служили, как можно построить солнечные часы и методы определения времени по солнечным часам.

Подтвердилась, выдвинутая мной гипотеза - солнечные часы имеют широкую практическую реализацию в современном мире.

Используя результаты моей работы, каждый может украсить своё жилище солнечными часами. Н а это потребуется не так уж и много времени и затрат, тем более очень много различных видов этих часов существует. Я планирую летом на пришкольной территории создать солнечные цветочные часы. И я надеюсь, что они станут визитной карточкой нашей школы.

Литература:

1.Энциклопедия юного математика/Педагогика, Москва, 1988 год

2. «Обо всём на свете» иллюстрированная энциклопедия для детей/Феданова Ю.В.: Владис, 2015 г.

4. Журналы "Квант"

5. "Часы. От гномона до атомных часов" / Михаль С.:Знание, 1983 г.

9. «Впереди времени»/ Е. Кнорре.: Детская литература, 1989 г.

10. Ресурсы Интернет http://www.sundials.ru/ ; http://www.firsanov.ru/