Солнечные часы

Солнечные часы - простейший прибор для отсчета времени. С древних времен смена дня и ночи - сутки - служила мерилом относительно небольших интервалов времени. Положение Солнца на небе стало использоваться в качестве той часовой стрелки, по которой люди определяли время в дневную часть суток (смотрите Измерение времени).

Первые солнечные часы, сведения о которых дошли до нас, были изобретены в Вавилоне в 6 веке до нашей эры. Несколько позже такие часы стали применяться в Греции, а затем и в Риме. Принцип действия солнечных часов основан на движении тени, отбрасываемой солнечным указателем при видимом суточном перемещении Солнца по небу.

Основные части солнечных часов - указатель, отбрасывающий тень и играющий роль стрелки, и циферблат с нанесенными на него делениями, обозначающими часы суток. Перемещение стрелки-тени, отражающее суточное вращение Земли, позволяет определять время.

Плоскость циферблата может быть установлена горизонтально, вертикально (на стене здания) или наклонно (например, в плоскости, параллельной плоскости земного экватора). В зависимости от этого изменяется и оцифровка циферблата. По-разному может устанавливаться и указатель, отбрасывающий тень.

Наиболее просты экваториальные солнечные часы, у которых указатель расположен параллельно оси вращения Земли и направлен на полюс мира, а плоскость циферблата перпендикулярна этому направлению. Благодаря такому расположению конец тени указателя всегда описывает на циферблате правильную окружность, перемещаясь при этом с постоянной угловой скоростью. Поэтому, в отличие от других типов солнечных часов, цифры на циферблате располагаются равномерно, как на обычных часах, которыми пользуются в быту. Разница лишь в том, что окружность разделена не на 12, а на 24 часа.

Однако экваториальные солнечные часы обладают существенным недостатком. В течение той части года, когда Солнце находится выше плоскости экватора (с марта по сентябрь), тень от указателя падает на верхнюю плоскость циферблата. Но осенью и зимой отсчет времени на таких часах приходится вести на нижней поверхности циферблата, что не совсем удобно.

Этого недостатка лишены горизонтальные солнечные часы. Их циферблат расположен параллельно плоскости горизонта, роль указателя играет дощечка в форме прямоугольного треугольника, один из острых углов которого равен широте места. Треугольник закрепляется перпендикулярно циферблату таким образом, чтобы его гипотенуза была направлена на полюс мира. Стрелкой горизонтальных солнечных часов служит край тени, отбрасываемой треугольником на циферблат. В северном полушарии в полдень эта "стрелка" направлена на север.

Цифры на циферблате таких часов располагаются неравномерно, их положение может быть вычислено по формуле: tg u=tg t·sin y. Здесь t - солнечное время, y - широта места, u - угол между направлением на север (24 часа) и цифрой на циферблате, соответствующей времени t.

Задав ряд значений t=15°, 30°, 45°... (1 час времени соответствует 15 градусам), по формуле получаем величины угла u, определяющего положения цифр 1 (час), 2 (часа), 3 (часа) и так далее. Так же можно вычислить и положения получасовых и четвертьчасовых черточек на циферблате.

Следует помнить, что солнечные часы показывают местное истинное солнечное время. Для того чтобы по ним определить декретное время, которое используется в быту, нужно к показаниям солнечных часов прибавить уравнение времени (смотрите Измерение времени) и поправку dt, переводящую местное время в декретное. Эта поправка равна dt=dt₁+3ч-l, где dt₁ - разница между временем в вашем городе и московским (целые часы), а l - географическая долгота вашего города, выраженная в часах (15 градусов = 1 час). Поправка dt для данного места постоянна, и ее можно вычислить заранее.

Энциклопедический словарь юного астронома, 1980 год