Карманные солнечные часы своими руками

База самоделок для всех!

Карманные солнечные часы своими руками

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.

Источник

Как сделать солнечные часы своими руками?

Солнечные часы — весьма полезный инструмент. И чрезвычайно занимательный для детей. Кроме того, если к делу подойти масштабно и творчески, можно смастерить не только картонную модельку, но и целую композицию, которая будет украшать ваш садовый или дачный участок. Так давайте разберем, как сделать солнечные часы своими руками. И первым делом рассмотрим модели устройств.

Какими могут быть солнечные часы?

За все время своей истории человечество изобрело четыре вида таких часов:

горизонтальные;
вертикальные;
полярные;
экваториальные.

Что можно сделать самостоятельно?

Из перечисленных солнечных часов своими руками проще всего соорудить следующие:

Экваториальные. Поверхность с циферблатом будет наклонена относительно земли на градус, соотносящийся с широтой местности. Также она должна быть повернута «лицом» к Полярной звезде, то есть по направлению к северу. Стрелка тут перпендикулярна циферблату — она может быть обычным штырьком, стержнем. Разметка со временем наносится через каждые 15 градусов.
Горизонтальные. Циферблат кладется на какую-либо поверхность так, чтобы он был параллелен земле. Или лежал на ней самой. Со стрелкой здесь сложнее — она представляет собой треугольник с углом, равным широте конкретной местности. Направлена стрелка на север. Циферблат разделяется на отметки времени по специальной формуле.

Мы уже приблизительно знаем, как сделать солнечные часы своими руками. Но давайте обратимся к подробным инструкциям?

Самодельные экваториальные часы

Макет солнечных часов своими руками мы будем делать по такой схеме:

Вырезаем подходящий круг из фанеры, пластика или плотного картона.
Берем старый добрый транспортир и через каждые 15 градусов делаем разметку. В середине у нас 12. В правую сторону от цифры отходит 11, 10, 9, 8, 7. В левую сторону от двенадцати идет 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Таким образом, перед нами будет некий полукруг, который будет «лежать» на наиболее выпуклой точке.
Можно просто нанести фломастером или ручкой эти цифры, а можно подойти к делу с энтузиазмом и все это красиво оформить.
В середину полукруга, прямо над отметкой «12», мы вставляем ровную палочку, стержень, штырь или что-то подобное.
Как делать солнечные часы своими руками дальше? Теперь самое важное — расположить конструкцию под правильным углом. Как мы говорили, он должен соотноситься с широтой того пункта, где вы находитесь. Это можно выяснить как по географической карте, так и обратившись к поисковикам, интернет-энциклопедиям.
Как мы определяем правильный градус наклона? От 90 отнимаем широту вашего местоположения. К примеру, вы в Москве. Это 55° северной широты. Значит, 90 — 55 = 35°. На 35 градусов мы и наклоним наш циферблат.
С этим разобрались. Теперь определяем, где север. Именно туда должна смотреть стрелка и «лицо» наших часов.

Экваториальные солнечные часы своими руками можно сделать так. Минус их в том, что зимой устройство верно показывать время не будет.

Картонные экваториальные часы

Возможно сделать солнечные часы своими руками из картона. Действуем по инструкции:

Чертим на картоне квадрат-циферблат.
Из его середины будут расходиться отрезки для часовой разметки. Откладываем их строго из середины квадрата через каждые 15°.
Теперь по разметкам наносим время. Верхний ряд (слева направо) — 21, 24, 3. Левая сторона — 18. Правая сторона — 6. Нижний ряд (слева направо) — 15, 12, 9. Как мы видим, перед нами 24-часовые часы.
Разбираем далее, как сделать солнечные часы своими руками. Высчитываем градус их наклона: 90 — широта местоположения вашего населенного пункта. В случае с Москвой будет так: 90 — 55 = 35°.
Для чего нам нужен этот показатель? С двух сторон квадратного циферблата нам надо дочертить треугольники-подпорки для него, которые помогут разместить табло под высчитанным углом.
Отсюда угол подпорки, прилегающей к нижней части циферблата (с разметкой 15, 12, 9), должен быть равен найденному. В случае с Москвой это 35°.
Дело за малым — осталось установить стрелку. Ею может стать стержень (например, от ручки), палочка или иной длинный узкий и гладкий предмет.
Острую стрелку мы просто втыкаем в середину квадратного циферблата.
Для более широких стрелок шилом или острием циркуля в табло проделывается подходящее отверстие. Закрепляется деталь с обратной стороны с помощью скотча.

Горизонтальные солнечные часы

Проще всего сделать своими руками для детей солнечные часы такого вот типа. Начинаем:

Вырезаем из плотного материала гномом — стрелку для нашего устройства. Здесь нужен тоже транспортир — один угол делаем прямым, а тот, что будет ложиться на циферблат, надо определять — он будет равен широте вашего города. Возьмем Москву — для этого населенного пункта данный угол гномона будет равен 55°.
Стрелка устанавливается на высчитанный угол на крепкую основу — пластик, фанеру и проч. Наносить деления пока не нужно.
Устанавливаем солнечные часы на местности так, что острие высчитанного угла будет смотреть на юг, а исходящие из него стороны треугольника должны устремляться на север.
Важно, чтобы наша конструкция была статичной.
А теперь дело за наблюдениями в солнечный день. Каждый час наносим соответствующее деление по тени от гномона.

Солнечные часы на даче

Неплохо сделать своими руками солнечные часы на даче — горизонтальные или экваториальные. Это не только полезная поделка, но и любопытная штука для детей, элемент, украшающий ландшафт. Так как часы будут находиться на открытом пространстве, не защищенные от стихий, эти факты надо продумать при их изготовлении:

Первым делом выберите самую солнечную площадку, которую не затеняют постройки и деревья, разровняйте ее.
В качестве циферблата можно использовать керамическую плитку, камень с ровной поверхностью, спил бревна, большую декоративную тарелку, металлическую крышку от бака. Превосходно смотрятся на фото солнечные часы, своими руками обустроенные на цветочной клумбе.
Можно и просто разровнять площадку, засыпать ее песком, после чего выложить деления и цифры камушками. Можно использовать акриловую, эмалевую или другую устойчивую краску.
Гномон делается также из прочных материалов — пластик, дерево. В случае с экваториальными часами можно использовать металлический стержень, штырек.

Об иных видах солнечных часов

Мы с вами разобрали, как сделать солнечные часы своими руками, — горизонтальные и экваториальные. Если вам этого показалось мало, то можете попробовать создать экспериментальные модели других разновидностей.

Полярные солнечные часы характерны тем, что линия циферблата у них горизонтальная, вытянутая в направлении «восток-запад». Гномон — это прямоугольник, лежащий в середине циферблата на своей широкой стороне. В правую сторону наносятся цифровые деления (от гномона) с 1 до 6, в левую сторону (от гномона) с 12 до 7. Разметка кладется каждый час по тени, ложащейся от прямоугольника. Здесь также важно, как и в случае с экваториальными часами, наклонить циферблат согласно широте вашего местоположения.

Вертикальные солнечные часы сложны тем, что мастерить их надо уже на перпендикулярной земли поверхности, обязательно на южной стороне (для северного полушария). Если это стена, то следует позаботиться о том, как вы будете монтировать на ней стрелку. Циферблат параллелен горизонту. После того, как вы установили стрелку (чуть выше основания циферблата), от нее вниз спускается отвес — он устанавливает время полудня. Другие цифровые обозначения наносятся по тени от гномона.

Мастеру на заметку

Вот мы и разобрали все практические инструкции. Также хотим вам в заключение представить практические рекомендации:

Солнечные часы «работают», пока на небе видно наше главное светило. Поэтому не стоит наносить на циферблат время после захода солнца или до рассвета — это лишняя работа.
К нашему изобретению не совсем относится выражение «работает как часы». Из-за особенностей колеблющегося светового дня время на них будет спешить весной и отставать осенью. Поэтому не нужно делать конструкцию монументальной, чтобы иметь возможность корректировать деления часов в соответствии с сезоном.

Сделать собственные солнечные часы — интересно, несложно и познавательно. Это не только развивающая игрушка для детей, но и отличное украшение дачного участка!

Источник