Всем привет. Хочу предложить вам пошаговую инструкцию, как сделать солнечные часы горизонтального типа на вашем участке (дачном, придомовом, где угодно) из подручных материалов. Узнавать по ним время - иногда даже удобнее, чем по мобильному телефону (потому что телефон не всегда с собой; руки грязные; солнце отсвечивает от экрана). Ну и опять же - когда понятен принцип конструкции часов, вы вольны проявить фантазию, как это оформить/украсить - цветы, трава, камешки, прочее.
Основа солнечных часов - гномон. Это палка, тень от которой и будет показывать нам время. Чем точнее мы сориентируем эту палку параллельно оси вращения Земли (как это сделать - см. пункты 1, 2, 3 ниже), тем точнее будет устройство. В качестве гномона сгодится любая ровная палка, похожая по габаритам на черенок от лопаты (можно и сам черенок, если завалялся ненужный).
Находим место, где не бегает много людей и собак, и мимо которого вы часто проходите. Главное, чтобы оно было освещено солнцем большую часть дня. Для этого найдите юг (либо сориентируйтесь по Google Earth, либо в районе 12-13 часов повернитесь лицом к солнцу) и поищите на участке место с максимально свободной (от крыш, деревьев и тому подобное) южной половиной неба (для жителей условной Австралии - северной).
Далее смотрите на картинку:
Пункты 1 и 2 посвящены нахождению точного направления на север. Да, для этого можно использовать и компас, но надо помнить, что магнитное склонение (то есть отклонение показаний компаса от реального направления на географический север) в России может достигать 10, 20 и более градусов. Кроме того, вы можете словить локальную магнитную аномалию. Поэтому метод определения севера по солнцу - точнее и надёжнее. Тем более что вы изготавливаете прибор, основа которого и есть солнце.
1. К моменту истинного полудня (солнечной кульминации, еще ее ошибочно называют "зенитом") готовим отвес (например подвешиваем на веревке камешек/железку и следим, чтобы все это не болталось на ветру) и горизонтальную площадку, на которой видна тень от веревки. Методы вычисления времени истинного полудня для вашей местности будут описаны ниже.
2. В момент истинного полудня (предварительно время неплохо бы синхронизировать с интернетом, например по сервису time.is, ну или по андроид-приложению ClockSync) отмечаем направление солнечной тени отвеса, например, с помощью нескольких камешков, которые выкладываем вдоль тени. Это точное направление север-юг (направление меридиана).
3. Вычисляем тангенс угла к горизонтали, под которым должен стоять гномон (то есть наша палка). Для этого выясняем широту места, вбиваем ее в калькулятор и жмем tan. Например, если широта 56 градусов, то tan(56) = 1.483.
Умножаем это число например на полметра (50 см), получаем 74 см. Втыкаем палку в землю, в направлении строго на север (мы его выяснили в прошлом пункте по отвесу) от этого места кладем камешек в 50 см от места, где воткнута палка, и наклоняем палку таким образом, чтобы она проходила над камешком на высоте 74 см. На рисунке 3 (и 3а для пущей наглядности) показан отвес, который спускается от гномона и попадает на линию меридиана (длина этого отвеса в нашем примере = 74 см). Вместо отвеса можно "стрелять" глазом, но получится не так точно. И в таком положении начинаем вбивать палку, время от времени проверяя/корректируя, чтобы она проходила над нашим "полуметровым" камешком на заданной высоте. Как только палка будет крепко держаться, можем себя поздравить - самая ответственная часть работы сделана: мы сориентировали наш гномон параллельно земной оси. И, кстати, он заодно с хорошей точностью указывает на Полярную звезду (можете проверить ночью, "стрельнуть" глазом вдоль палки).
4 и 5. Следующие положения часовых меток, сделанные по таймеру. Надо отметить, что хоть на рисунке и отмечено 12 часов для полуденной метки, на самом деле гражданское время для неё будет иным. Чтобы об этом не думать, проще всего разметить циферблат, подходя к гномону в 13:00, 14:00 и так далее, и просто отмечать направление тени. А на следующий день с утра до полудня выставить остальные часовые метки. Сами часовые метки могут быть какими угодно: можно вбить таблички с цифрами, можно выложить камнями.
Есть ещё один нюанс - так называемое Уравнение Времени (разница между истинным и средним солнечным временем):
Например, как видно по графику, 1 августа Уравнение Времени составляет около 6 минут. Это означает, что разметку 1 августа правильнее делать не в ровные часы 13:00, 14:00, а надо добавить 6 минут, то есть 13:06, 14:06 и так далее (при этом часовые метки будут по-прежнему называться "13:00", "14:00" ...)
Кроме того, график Уравнения Времени показывает погрешности показаний солнечных часов в течение года. Как видно, в течение летнего полугодия эти погрешности вполне приемлемы и не сильно превышают 5 минут.
Вычисление времени истинного полудня
Перечислим, какие именно вещи случаются в момент истинного полудня:
* солнце находится точно на Юге (для наших северных широт);
* горизонтальные тени от вертикальных предметов падают точно на Север;
* солнце находится в наивысшей точке своего дневного хода;
* это момент - с хорошей точностью середина между восходом и заходом солнца в этот день.
Для каждого меридиана - свой момент истинного полудня. Так, скажем, в сравнении с центром Москвы истинный полдень на востоке города случается примерно на 1 минуту раньше, а на западе - на минуту позже. Ниже приведён годовой график времени полудня для центра Москвы (для часового пояса UTC+3, в котором Москва постоянно находится с октября 2014 года):
То есть на меридиане Москвы вы просто можете использовать этот график. Как видите, график удивительно напоминает предыдущий - для Уравнения Времени, что неудивительно, поскольку именно Уравнение Времени и придаёт ему эту форму. Точно такой же формы график получится и в вашем месте, только его нужно сместить по вертикальной оси на величину (Д-37.6)/15 часов, где Д - ваша географическая долгота. Например возьмём Новосибирск, его долгота составляет 82.9 градуса, подставляем в формулу: (82.9-37.6)/15 = 3.02 часа = 3 часа 1 минута. То есть в Новосибирске истинный полдень случается на 3ч 1м раньше, чем в Москве, и по московскому времени от вышеприведённого графика надо отнять 3ч 1м. Например для сегодняшнего 18 июля мы получим 12ч36м минус 3ч 1м = 09:35мск, прибавляем 4 часа (разница часовых поясов Новосибирска и Москвы), получаем 13:35. Запомним это время, чтобы сравнить со следующим методом.
Второй метод заключается в том, чтобы найти свой населённый пункт на погодном сайте, где указано время восхода и захода солнца. Например для случая Новосибирска откроем погодный сайт яндекса, и видим там времена восхода и заката 05:15 и 21:55 соответственно, находим среднее арифметическое этих двух времён (05:15 + 21:55) / 2 = 13:35 - это же самое время, что было получено в предыдущем абзаце.
Третий метод - использование любой расчетной программой. Например программа Day-night для 18 июля 2020 года для Новосибирска выдаёт время полудня = 13:34:45.
Примечания
1) Почему не стоит в качестве гномона использовать просто вертикальную палку? Зачем морочиться с ее наклоном и её параллельностью оси вращения Земли? Дело в том, что часы, сделанные с помощью вертикальной палки, рано или поздно начнут показывать существенно неверное время. Так, часы, сделанные для вертикальной палки в июне, будут в сентябре врать на 1 час по утрам и вечерам (тут было подробнее, однако картинки к сожалению к 2020 году пропали; кому интересно, пишите, обсудим).
2) Если хотите, можете сразу рассчитать циферблат для вашей местности с помощью, скажем, программы Shadows, взять из этого расчета углы и сразу отмерить их на земле, вместо того, чтобы бегать целый день и ставить отметки по солнечной тени. Однако всё это - опять же после правильной установки гномона.
-------------------------------------
В заключение в качестве иллюстрации могу привести одни из своих часов, сделанные "из топора" (из подручных материалов):
p.s. это моя статья нескольколетней давности, которую я перепроверил и обновил на сегодняшнее число, 18 июля 2020 года (заменив Пермь на Новосибирск для разнообразия).