Как сделать солнечные часы на даче || Как установить солнечные часы

Расчет в Excel вертикальных солнечных часов.

Вся дальнейшая фразеология верна только для северного полушария!

Рассчитанные солнечные часы будут показывать обычное МЕСТНОЕ ВРЕМЯ!

Стену (поверхность) для установки часов следует выбрать южную, юго-восточную или юго-западную, так как северная стена в средних широтах почти не освещается солнцем. Можно, при необходимости, смонтировать установочную поверхность для циферблата под эстетичным и удобным для обозрения ракурсом на южном угле здания или столбе ворот.

Рассматриваемый пример расчета выполнен для города Омска (Россия) для установки часов на юго-восточной стене здания, развернутой в сторону востока на угол δ=24°.

1. Константу — угол наклона экватора к эклиптике ε в градусах вводим

в ячейку D3: 23,433

2. Часовой пояс (GMT) вашего населенного пункта N узнаем, например, через поисковик Google и вписываем в нашу расчетную программу

в D4: 6

Для определения следующих трех исходных данных рекомендую воспользоваться бесплатной замечательной программой GoogleEarth!

Скачиваете и устанавливаете программу на свой ПК, находите свой дом и выбранную стену, увеличиваете участок карты и печатаете на бумаге. Сетка параллелей и меридианов, присутствующая на карте, позволит вам с точностью до секунд определить координаты места установки солнечных часов, а транспортиром вы легко измерите угол разворота выбранной стены δ (смотри рисунок, расположенный выше).

Из практики – это самый точный, дешевый и простой способ определения исходных данных, хотя существует и несколько других способов, требующих измерений на местности.

3. Географическую широту места установки часов φ в градусах записываем

в D5: 55,061

4. Значение географической долготы λ в градусах заносим

в D6: 73,282

5. Угол разворота стены здания δ в градусах записываем

в D7: 24,000

6. Длину основания гномона (элемента часов, отбрасывающего тень на циферблат) AB в миллиметрах вписываем

в D8: 275

Размеры гномона зависят от размеров циферблата. Если солнечные часы имеют маленький циферблат, то и гномон должен быть небольшим. Выбирайте длину основания гномона, ориентируясь на длину его тени в полдень (смотри примечание к ячейке B8 в программе).

Предлагаем ознакомиться  Как выкопать куст смородины

В примечаниях к записям в ячейках B3…B8 даны важные рекомендации! Ознакомьтесь с ними обязательно!!!

7. Угол установки основания гномона α в градусах вычисляем

в ячейке D10: =ATAN (TAN ((90-D5)/180*ПИ())*SIN (D7/180*ПИ()))/ПИ()*180 =15,863

α=arctg (tg (90- φ)*sin (δ))

Правила отсчета угла установки основания гномона приведены в примечании к ячейке B10.

8. Угол высоты гномона β в градусах определяем

в ячейке D11: =ASIN (SIN ((90-D5)/180*ПИ())*COS (D7/180*ПИ()))/ПИ()*180 =31,547

β=arcsin (sin (90- φ)*cos (δ))

9. Высоту гномона BC в миллиметрах рассчитываем

в ячейке D12: =D8*TAN (D11/180* ПИ()) =169

BC=AB*tg(β)

10. Длину рабочей грани гномона AC в миллиметрах находим по теореме Пифагора

в D13: =(D8^2 D12^2)^0,5 =323

AC=(AB2 BC2)0,5

Длина рабочей грани может пригодиться, если гномон вы решите делать в виде наклонного стержня.

11.Длину тени AE в миллиметрах в астрономический полдень 20…21 июня  вычисляем

в D14: =$D$8*COS ($D$10/180*ПИ()) $D$12*COS ($D$7/180*ПИ())/(TAN (($D$5-$D$3)/180*ПИ())) =515

AE=AB*cos(α) BC*cos(δ)/tg(φ— ε)

12. Длину тени AE в миллиметрах в астрономический полдень 21…22 декабря считаем

в D15: =$D$8*COS ($D$10/180*ПИ()) $D$12*COS ($D$7/180*ПИ())/(TAN (($D$5 $D$3)/180*ПИ())) =296

AE=AB*cos(α) BC*cos(δ)/tg(φ ε)

Длины теней рассчитаны для сопоставления и корректировки размеров гномона и циферблата.

13. Вспомогательный расчетный угол χ в градусах определяем

в D16: =ATAN (TAN (D10/180*ПИ())/SIN (D11/180*ПИ()))/ПИ()*180 =28,507

χ=arctg (tg (α)/sin (β))

14. Поправку по долготе Δλ в градусах вычисляем

в D17: =D4*15-D6 =16,718

Δλ=N*15-λ

15. Угол, определяющий часовую линию на циферблате для 3-х часов γ3 в градусах, вычисляем

в ячейке D18: =(ATAN (SIN ($D$11/180*ПИ())*TAN (($D$16-135-$D$17)/180*ПИ())) -$D$10/180*ПИ())/ПИ()*180=22,769

γ3=arctg(sin(β)*tg(χ-135-Δλ)) -α

Угол, определяющий часовую линию на циферблате для 4-х часов γ4 в градусах,  рассчитываем

в ячейке D19: =(ATAN (SIN ($D$11/180*ПИ())*TAN (($D$16-120-$D$17)/180*ПИ())) -$D$10/180*ПИ())/ПИ()*180=41,975

γ4=arctg(sin(β)*tg(χ-120-Δλ)) -α

И так далее в диапазоне от 3 часов до 21 часа (диапазон можно изменить).

В полученном множестве решений в середине таблицы находим момент времени, когда значение угла γi меняет знак. В нашем примере это происходит между 13 и 14 часами в астрономический полдень. Выбираем вверх по таблице все отрицательные значения больше -90° и вниз по таблице – все положительные значения меньше 90°.

Правила отсчета часовых углов γiприведены в примечании к объединенным ячейкам B10…B36. Обратите внимание, что эти правила противоположны правилу отсчета угла α!

Предлагаем ознакомиться  Чем покрасить деревянный дом снаружи

Расчет в Excel завершен. Можно изготовить солнечные часы и разместить на ранее выбранной стене. У нас для этого есть все необходимые данные.

Делаем экваториальные солнечные часы из камня

Необходимо обеспечить дачным уличным часам точный ход. Для этого надо найти точку возле Полярной звезды, угол наклона которой равняется широте местности, где расположен дачный участок. К примеру, для Москвы этот угол будет равен 48 градусам. На эту точку и направляется рабочая область стрелки уличного хронометра.

Тринадцатичасовая отметка должна находиться с северной стороны от стрелки. Удобно найти место этой отметки ровно в 13-00, для чего циферблат потихоньку поворачивают и следят за тенью от часовой стрелки — она должна совпасть с тринадцатичасовой отметкой, в таком положении шкалу времени и следует оставить в покое.

Последующие отметки делаются на протяжении дня по показаниям обычных (тех же ручных) часов. Например, в 14-00 тень будет находиться в определенном месте — там и ставится отметка «14». Затем ловят тень в 15-00 и ставят отметку «15» и так далее. То есть, надо ориентироваться на тень от стрелки солнечных часов и отмечать на садовом циферблате каждый час, смотря при этом на свои ручные часы. Каждый час в дачном хронометре будет иметь разные размеры угла. Между ними можно нанести и промежуточные значения.

Экваториальные солнечные часы — одни из самых простых, их можно легко сделать на своей даче. Но у них есть существенный недостаток — действуют они только в летние месяцы. Но для дачников, не проживающих на участке круглогодично, это не играет роли.

Экваториальные часы делаются так:

  • для циферблата подойдет плоский камень размером примерно 40Х40 сантиметров, предварительно необходимо покрыть его белой краской с водостойкими свойствами;
  • на камне рисуют шкалу времени в виде круга, радиус которого равен 15 сантиметрам;
  • круг делится на 24 части: первым делом проводят две перпендикулярные линии (диаметры) параллельно основанию, деления отмечают от 0 до 24;
  • в центр круга помещают 10-сантиметровый стержень — в предварительно сделанное отверстие;
  • циферблат (камень) располагают на ровной поверхности — подойдет пень или невысокий столбик из камня;
  • линия 12-00 на циферблате должна совпадать с направлением «север-юг».

Стрелку помогает укрепить треугольная призма, устанавливаемая под определенным углом к горизонту. Этот угол рассчитывается как разность между 90 градусами и углом широты той местности, где находится дача. Широту поможет определить географическая карта или измерение высоту Полярной звезды. Например, угол для установки призмы на участке, находящемся в Москве, рассчитывается следующим образом: 90 градусов — 48 градусов = 42 градуса. Вот под углом 42 градуса и устанавливается призма.

Солнечные садовые часы — не простое дачное украшение. Это еще и позитив, и хорошее настроение.

Предлагаем ознакомиться  Можно ли сеять петунию под зиму

Почитать еще

Точность показаний солнечных часов.

Из-за эллиптичности орбиты Земли и наклона земной оси к плоскости движения (эклиптике) видимое перемещение Солнца по небесной сфере неравномерно! Это означает, что солнечные часы в разные периоды года то бегут вперед, то отстают.

На рисунке чуть ниже изображен график уравнения времени, на котором показаны характерные точки.

Четыре зеленые точки показывают даты, когда солнечные часы идут абсолютно точно – это ~14 апреля, ~14 июня, ~2 сентября и ~24 декабря.

Четыре желтые точки – это дни равноденствий (~20 марта и ~22 сентября) и солнцестояний (~21 июня и ~21 декабря).

Две красные точки показывают дни максимальных ошибок в показаниях солнечных часов. Около ~11 февраля солнечные часы отстают на ~14 минут от показаний обычных, а ~2 ноября опережают обычные часы на ~16 минут.

Чтобы узнать точное время, например 1 августа, следует к показаниям солнечных часов добавить 6 минут в соответствии с графиком.

Обращаю внимание, что с 20 марта по 20 сентября (то есть — летом) ошибка в показаниях солнечных часов не превышает ±7 минут. Думаю, такая точность многих устроит и надобность применять поправки по графику уравнения времени будет излишней.

Как часы красиво оформить решите сами или обратитесь за помощью к художникам. В Сети можно найти сотни фотографий вертикальных солнечных часов, которые могут помочь вам в решении этого вопроса.

О расчете горизонтальных (переносных, сувенирных) солнечных часов речь пойдет в одной из очередных статей на блоге.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл с примером после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла программы: raschet-vertikalnykh-solnechnykh-chasov (xls 44KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Оцените статью
Сочный урожай
Adblock detector