Авторазбор

Разборка грузовиков Мерседес–Бенц (Mercedes-Benz)

Содержание

Гномон, ориентирование и определение времени с его помощью

Гномон — самый древний астрономический инструмент, позволяющий определить истинный меридиан, то есть направление на север или юг, а также высоту Солнца над горизонтом в полдень.

Типичный гномон в оригинальном виде

Также гномоном принято называть часть солнечных часов, отбрасывающую тень на циферблат.

Гномоника — наука, изучающая солнечные часы. На сегодняшний день гномоника является не более, чем научным хобби, поскольку для определения истинного меридиана и времени созданы более точные и удобные в обращении приборы.

Далее рассмотрим оба варианта, но в начале разберемся с теорией, на основе которой работает гномон и солнечные часы.

Теоретические сведения

Перечислим некоторые факты, основанные на знаниях астрономии, которые помогут разобраться в принципе работы гномона.

Факт №1. Солнце всегда движется с востока на запад, а значит тень от гномона движется в противоположном направлении, то есть с запада на восток.

Факт №2. Во время восхода и захода Солнца, когда оно находится непосредственно над горизонтом, тень от гномона имеет самую большую длину, а в солнечный полдень — самую короткую.

Факт №3. Самая короткая тень от гномона получается, когда Солнце находится в зените, то есть наивысшей точке траектории своего движения по небосводу. В этот момент Солнце пересекает истинный меридиан, то есть линию, соединяющую север с югом.

Факт №4. Самое быстрое изменение длины тени наблюдается в часы восхода и захода Солнца за горизонт. В середине же дня скорость изменения длины тени минимальна.

Факт №5. Из-за наклона оси вращения Земли по отношению к плоскости земной орбиты на угол примерно равный 23,5 градуса, а также из-за вращения Земли вокруг Солнца наблюдаемое движение Солнца по небосводу происходит то ниже небесного экватора (в северном полушарии с сентября по март), то выше него (в северном полушарии с марта по сентябрь). И только в дни весеннего и осеннего равноденствий движение Солнца совпадает с плоскостью небесного экватора. При этом дальше всего от небесного экватора траектория движения Солнца лежит в дни зимнего и летнего солнцестояний.

К слову, небесный экватор — это большой круг небесной сферы, расположенный перпендикулярно оси вращения Земли, плоскость которого совпадает с плоскостью земного экватора.

Факт №6. Солнце движется по небосводу с угловой скоростью примерно равной 15 градусам в час.

Факт №7. Усредненное «земное» время не всегда совпадает с астрономическим временем по ряду причин.

Факт №8. Видимый с Земли диаметр Солнца равен приблизительно тридцати угловым минутам. Это делает тени от предметов размытыми.

Факт №9. Если стать таким образом, чтобы перед лицом оказался север, то позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.

Понимание процессов, лежащих в основе работы гномона и солнечных часов, необходимо не только для того, чтобы самостоятельно сделать эти приборы, но и для того, чтобы корректно ими пользоваться. Один раз довелось наблюдать забавную картину: человек, имея купленные солнечные часы, так и не смог понять, почему время на них и на часах в телефоне отличается. В видео показан этот пример:

Как с помощью гномона определить истинный меридиан

Гномон в этом случае представляет собой столб, колонну или другой прямой вертикальный объект, расположенный на ровной горизонтальной открытой для Солнца площадке. Считается, что увеличение длины гномона будет способствовать увеличению точности измерений, поскольку в этом случае становятся более заметны изменения длины тени. Тем не менее, не стоит забывать, что с увеличением длины будет снижаться четкость отбрасываемой тени, что может негативно сказаться на точности измерений. Также на точность результатов влияет толщина верхней части гномона, именно поэтому ее зачастую делают заостренной.

В ясный солнечный день самая короткая тень от гномона свидетельствует о наступлении астрономического полдня и указывает на север (в средних и высоких широтах северного полушария) и на юг (в средних и высоких широтах южного полушария). В тропиках и на экваторе ситуация может меняться в течение года, о чем мы подробно рассказывали здесь.

Таким образом, по самой короткой тени удается определить, как истинный полдень, так и направление истинного меридиана. Кроме прочего зная высоту гномона (В) и длину тени (L), нетяжело рассчитать угловую высоту (Н) Солнца над горизонтом. Для этого пользуются формулой tgH=B/L.

Однако из-за слабовыраженного изменения в длине тени от гномона в обеденные часы определить самую короткую тень не всегда получается точно. При необходимости получения более точных результатов можно воспользоваться другим способом. Для этого определяют биссектрису между двумя одинаковыми тенями гномона, отмеренными в утреннее и вечернее время, когда скорость изменения длины тени более существенна. Именно этот метод лежит в основе одного из способов ориентирования по тени от Солнца.

Зная истинный меридиан, можно легко сориентироваться на местности, определив направление на север или юг, а затем — и все остальные стороны света.

Как с помощью гномона определить широту местности

Кроме определения истинного меридиана, с помощью гномона можно приблизительно рассчитать широту местности, в которой проводятся измерения. Далее рассмотрим несколько способов, которые вытекают из знаний по астрономии.

Способ №1. В день осеннего или весеннего равноденствия в истинный полдень по рассмотренной ранее формуле определяется угловая высота Солнца. От 90 градусов отнимается полученное значение. Результатом вычислений станет широта местности.

Способ №2. В день зимнего солнцестояния в истинный полдень определяется угловая высота Солнца. Поскольку в этот момент Солнце находится ниже небесного экватора на угол, равный углу наклона земной оси, то есть на 23,5 градуса, то прибавляя этот угол к полученной из формулы угловой высоте Солнца, мы можем получить угловую высоту небесного экватора. При вычитании из 90 градусов высоты небесного экватора получается величина, соответствующая широте местности.

Движение Солнца по небосводу в летнее время в высоких широтах.

Этот способ может быть применен и в день летнего солнцестояния. Для этого из угловой высоты Солнца нужно отнять 23,5 градусов, чтобы получить угол наклона небесного экватора, а зная угол наклона, — и значения широты местности.

Движение Солнца в высоких широтах летом, когда оно не заходит за горизонт.

Способ №3. В истинный полдень ежедневно проводятся измерения длины тени. В результате этих измерений нужно получить самую длинную или самую короткую тень, что будет соответствовать зимнему или летнему солнцестоянию соответственно, а затем действовать по второму способу. Либо же, определив самую длинную и короткую тень, найти среднее значение длины, рассчитать по формуле угловую высоту Солнца, ориентируясь на полученное среднее значение, и действовать в соответствии с алгоритмом первого способа.

При получении результатов одним из приведенных методов следует помнить, что на видимую высоту Солнца над горизонтом в некоторой степени влияет эффект преломления света — рефракция, о которой мы рассказывали здесь. Из-за этого эффекта все небесные светила могут казаться выше того места, где они расположены в действительности. И тем больше будет выражен этот эффект, чем ближе к горизонту будет расположен наблюдаемый объект.

Из этого следует, что вблизи полюсов в дни весеннего и осеннего равноденствий, когда Солнце проходит низко над горизонтом, результаты измерений могут несколько отличаться от реальных в сторону понижения широты.

А теперь рассмотрим, как с помощью гномона определять время и дату.

Гномон и солнечные часы

Солнечные часы — древний инструмент, позволяющий определять время по тени от Солнца в светлое время суток.

Одни из самых первых солнечных часов появились в Египте. Они представляли собой каменный брусок длиной примерно 30 см. Брусок этот располагался вдоль направления восток-запад. С одной стороны этих часов находился «Т»-образный брусок, тень от которого, уменьшаясь, «ползла» по бруску с утра до полдня, после чего солнечные часы поворачивали на 180 градусов и тень «ползла» в обратном направлении. По насечкам, сделанным на бруске определялось время.

Эскиз «египетских» солнечных часов.

Самые первые заметки о солнечных часах встречаются в египетских рукописях и датируются 1306—1290 годами до нашей эры. Найденные египетские солнечные часы, по мнению ученых, были сделаны задолго до найденных рукописей, их описывающих, — еще в 1479—1425 годах до нашей эры.

Одни из первых солнечных часов.

В Египте также были обнаружены и другие модели древних солнечных часов, отличающихся от описанной модели, но их возраст, если верить показаниям ученых, более молодой, поэтому рассматривать их, как самые древние солнечные часы, не приходится.

Реконструкция древних солнечных часов в Египте, экспонат каирского музея.

Независимо от Египта, солнечные часы появлялись и в других уголках мира, например, древнем Китае и в Древней Греции, откуда их идея перекочевала в Древний Рим.

На Руси в качестве солнечных часов стали использовать башни соборов, отбрасывающих тень. Но это все практиковалось уже аж в XI веке нашей эры.

Однако такие часы не могли показывать точное время, поскольку насечки делались путем равномерного деления шкалы на фиксированное число частей.

И только много веков спустя человечество придумало солнечные часы, которые показывали более точное время. Они были больше похожи на современные аналоговые часы за тем только исключением, что шкала у них была рассчитана лишь на промежуток времени с утра до вечера и выглядела более сжато.

Такие солнечные часы можно встретить и сегодня: ими стало модно украшать площади в скверах. Иногда солнечные часы можно встретить и на садовых и дачных участках, где они могут неплохо смотреться на пересечении дорожек.

Солнечные часы, как декоративный элемент.

Вот об этих солнечных часах и поговорим далее.

Гномон является неотъемлемой частью солнечных часов. Именно он отбрасывает на циферблат тень, образующую «стрелку».

Нужно понимать, что солнечные часы могут показывать, как астрономическое, так и усредненное «земное» время: тут все зависит от разметки при их конструировании. Поэтому при создании самодельных часов нужно заранее определиться с тем, какое именно время мы хотим видеть на таких часах.

Кроме времени солнечные часы также могут показывать дату и месяц. Для этого на них наносятся дополнительные разметки.

Важно понимать, что корректно указывать дату и месяц такие часы могут только в случае, если они «откалиброваны» строго для конкретного места установки.

Но не нужно возлагать большие надежды на самодельные солнечные часы: из-за ряда неточностей, связанных с конструированием часов, неровностью поверхности для установки, ориентированием часов в пространстве, угловым диаметром Солнца, уравнением времени и другими факторами особо точных показаний от таких часов ждать не приходится.

Рассмотрим несколько основных моделей солнечных часов, которые можно сконструировать своими руками из дерева, пластика или картона.

Экваториальные солнечные часы

Свое название такие солнечные часы получили из-за того, что плоскость их циферблата параллельна плоскости небесного экватора.

Наклон шкалы у этих часов требуется для того, чтобы даже стоящее в полном зените Солнце отбрасывало тень.

Такие часы желательно сделать в виде плоского круга, в центр которого воткнут гномон, причем таким образом, чтобы одна его часть возвышалась с одной стороны циферблата, а другая — торчала с другой. Если этого не сделать, то в период с сентября по март (в средних и высоких широтах северномго полушария) такими часами пользоваться не получится, ведь Солнце опустится ниже небесного экватора, а значит верхняя часть часов перестанет освещаться его лучами.

Экваториальные часы устанавливают так, чтобы гномон по отношению к горизонту оказался приподнят на угол, соответствующий широте местности, и указывал на географический север. В этом случае плоскость циферблата окажется параллельной плоскости небесного экватора.

Часто встречается рекомендация устанавливать солнечные часы, используя компас. Однако, зачастую это создает дополнительную погрешность, поскольку географический север далеко не всегда совпадает с магнитным, на который указывает стрелка магнитного компаса, о чем было подробно рассказано в этой статье. Кроме того, дополнительная ошибка в этом случае может возникать из-за различных магнитных девиаций.

От точки крепления гномона к циферблату в северном направлении (для средних и высоких широт северного полушария) по циферблату проводится ровная линия. Эту линию тень от гномона будет пересекать в истинный (астрономический) полдень.

С помощью транспортира или любым другим доступным способом на циферблат наносятся и другие деления в виде лучей с центром в месте крепления гномона. Угол между соседними «лучами» должен соответствовать 15 градусам — именно это угловое расстояние, как помним, Солнце, а соответственно и тень, проходят за один час.

Над центральной разметкой, соответствующей полдню, ставится цифра «12». Лучи, расположенные западнее нумеруются в обратном порядке, то есть «11», «10», «9» и так далее, а лучи, расположенные восточнее, нумеруются по возрастанию, то есть «13», «14, «15»» и так далее. В результате получается циферблат.

Аналогичная шкала делается и на нижней части часов.

Такие часы можно быстро изготовить из транспортира, однако в этом случае вместо цифр, соответствующих часам, нужно будет пользоваться отметками углов. Так, отметка в 90 градусов будет соответствовать 12 часам дня, а за каждый час тень гномона будет смещаться либо в одну, либо в другую сторону на 15 градусов, из чего делается вывод, сколько времени прошло либо должно пройти, чтобы «стрелка» оказалась на 90 градусах, то есть дала понять, что наступил полдень. Это не очень удобно, однако же и времени на сооружение таких солнечных часов уйдет минимум.

Кстати, в районе экватора такие часы будут стоять вертикально, подобно колесу. А на полюсах — горизонтально, подобно волчку во время его вращения.

В видео показано, как такие часы изготавливаются своими руками:

Несмотря на простоту конструкции, такие часы обладают недостатком: ими сложно пользоваться в дни близкие к моменту весеннего и осеннего равноденствий, поскольку плоскость движения Солнца по небосводу в этом случае располагается параллельно плоскости циферблата экваториальных солнечных часов.

При обращении к многочисленным Интернет-источникам, мне доводилось встречать информацию о том, что экваториальные солнечные часы не могут работать в указанные дни, и ни разу не попадалась информация, как определять время в этих случаях. Поэтому поделюсь своими соображениями. На самом деле все просто: нужно на стороне циферблата, противоположной направлению Солнца, сделать небольшой бортик, выступающий над поверхностью. На этом бортике тень от гномона будет видна даже в дни равноденствия.

Экваториальные солнечные часы удобны своей универсальностью, поскольку будут работать в любой точке Земли в ясный солнечный день. Однако определить с их помощью дату и месяц будет сложно из-за слишком длинной тени и ограниченных размеров циферблата. Зато с функцией календаря с легкостью справляются горизонтальные солнечные часы, о которых и поговорим далее.

Горизонтальные солнечные часы

В горизонтальных солнечных часах циферблат располагается горизонтально. Гномон в этом случае по аналогии с экваториальными часами расположен в северном (для средних и высоких широт северного полушария) направлении под углом к горизонту, равном широте местности.

Старинные солнечные часы из меди на стене крепости в крепости на горе Святого Михаила, Корнуолл, Великобритания.

Такие солнечные часы также располагаются строго по географическим сторонам света.

Пометка на циферблате, соответствующая 12 часам дня, делается по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов. В момент пересечения тени гномона этой отметки фиксируется время на обычных часах. После этого ровно через час делается следующая пометка. И так до тех пор, пока Солнце не скроется за горизонт. Все пометки соединяются прямыми с местом установки гномона — получаются своего рода лучи.

Лучи, соответствующие утренним часам, рисуются на циферблате зеркально вечерним. Далее каждый луч нумеруется по аналогии с предыдущим вариантом солнечных часов.

На таком циферблате также можно сделать пометки для определения даты. Для этого:

  1. В день летнего солнцестояния в течение дня через каждый час на циферблат наносятся пометки, соответствующие концу тени гномона.
  2. Отметки соединяются плавной кривой.
  3. Возле полученной кривой подписывается дата и месяц, в день которой были сделаны пометки.
  4. Аналогичные действия повторяются ровно через месяц и так до тех пор, пока не настанет день зимнего солнцестояния.
  5. С противоположной стороны кривых наносятся даты и месяца, соответствующие периоду с декабря по июнь. Так, июль будет соответствовать маю, август — апрелю, сентябрь — марту, октябрь — февралю, а ноябрь — январю.

Для того, чтобы приблизительно определить дату по таким часам, нужно посмотреть, на какой кривой находится конец тени гномона или между какими кривыми, а затем методом интерполяции определить приблизительную дату и месяц. Для этого конечно необходимо знать хотя бы, в какой период проводится измерение, ведь, например, 21 ноября тень будет примерно той же длины, что и 21 января.

Вертикальные солнечные часы

Вертикальные солнечные часы, как уже понятно из названия, имеют вертикально расположенный циферблат. Такой циферблат зачастую крепят к столбу или стене здания. Однако следует заметить, что для удобства такой циферблат нужно располагать строго на юг (для средних и высоких широт северного полушария) или строго на север (для средних и высоких широт южного полушария).

Подмосковье, фасад храма Серафима Саровского, вертикальные солнечные часы, выполненные из инкерманского известняка. Размер плиты — 100х50 см.

Гномон в этом случае, как и в предыдущем, должен быть наклонен под углом по отношению к горизонту равным широте местности, где устанавливаются солнечные часы.

Разметка циферблата и календаря в этих часах осуществляется аналогично горизонтальным солнечным часам.

Главный недостаток вертикальных солнечных часов — невозможность использования их в тропической и экваториальной зоне, когда расположение Солнца в полдень смещается с севера на юг или наоборот. В этом случае можно поступить по аналогии с экваториальными солнечными часами, сделав их циферблат двусторонним. Тем не менее, пользоваться календарем в таких часах не получится из-за слишком длинной тени от гномона.

По сути, на экваторе вертикальные солнечные часы являются частным случаем экваториальных солнечных часов, поскольку здесь плоскость их циферблата параллельна небесному экватору, а гномон расположен перпендикулярно этой плоскости.

Перевод астрономического времени в местное время

Для того, чтобы узнать «земное» время, зная астрономическое, определенное по солнечным часам, нужно учесть два основных момента: долготу местности, где проводится измерение времени, и уравнение времени. О том, почему это важно, и как это влияет на разницу в показаниях времени на обычных и солнечных часах, мы рассказывали здесь.

Для того, чтобы сделать поправку на первый момент, связанный с долготой, нужно вспомнить, что Земля вращается вокруг своей оси с угловой скоростью приблизительно равной 15 градусам в час. Таким образом, можно определить разницу между астрономическим временем в этой местности и астрономическим временем в нулевом меридиане, то есть в Гринвиче.

Чтобы учесть поправку, связанную с уравнением времени, нужно иметь таблицу либо график уравнения времени. Его удобно нанести прямо на солнечные часы в том месте, где он не будет мешать другим измерениям.

Этот график показывает, насколько раньше или позже 12-ти «земных» часов в заданный день Солнце окажется в зените, то есть показывает разницу в астрономическом и «земном» времени в заданный день на «средней» долготе, по которой определяется часовой пояс.

Сделав поправку на долготу и уравнение времени, можно получить гринвичское «земное» время. А зная гринвичское время и свой часовой пояс — легко посчитать местное «земное» время.

Конечно, можно пойти и другим путем, не пытаясь вычислять время по Гринвичу, но тогда придется ориентироваться на часовые пояса, которые не всегда четко соответствуют астрономическим показаниям ввиду политической составляющей, а значит и объяснение получится более путанным.

В связи с этим рассмотрим на примере указанный ранее алгоритм.

Измерения проводятся на местности с долготой 32 градусов 30 минут восточной долготы. Дата на календаре — 20 февраля. Показания на солнечных часах — 16 часов. Нужно определить усредненное «земное» время.

Решение выглядит так:

  1. Рассчитывается разница с временем по Гринвичу: 32°30′ / 15 = 2 часа 9 минут. Поскольку долгота восточная, это означает, что в нулевом меридиане часы по сравнению с часами в данной местности будут отставать на 2 часа 9 минут.
  2. Делается поправка на уравнение времени. По таблице уравнения времени для 20 февраля находится показатель — он соответствует +13,9. То есть астрономическое время в этот день отстает от «земного» на 13,9 минут, что соответствует 13 минутам 54 секунды. Значит «земное» время (но не усредненное по часовому поясу) в данный момент будет соответствовать 16 часов + 13 минут 54 секунды = 16 часов 13 минут 54 секунды. Округляем до минут — получается 16 часов 14 минут.
  3. Зная «земное» (не усредненное) время в данной местности и разницу в часах с нулевым меридианом, определяется время по Гринвичу: 16 часов 14 минут – 2 часа 9 минут = 14 часов 5 минут.
  4. Зная часовой пояс местности (+2), в которой проводятся измерения, определяется усредненное «земное» время в этой местности: 14 часов 5 минут + 2 часа = 16 часов 5 минут.

Если солнечные часы не планируется переносить в местность с другой долготой, поправку на долготу можно написать на самих часах, чтобы всякий раз ее не пересчитывать.

Также важно при переводе астрономического времени в «земное» не забывать, что в некоторых регионах часы переводят на летнее время. Если этого не сделать, ошибка может составить 1 час.

Можно ли купить солнечные часы?

На сегодняшний день в продаже можно увидеть множество различных моделей солнечных часов. К сожалению, многие из них выполняют чисто декоративную функцию и для точных измерений времени не пригодны. Лично мне посчастливилось лишь раз лицезреть такую модель, с помощью которой действительно можно определять время.

При покупке «рабочих» солнечных часов в первую очередь следует обратить внимание на то, к какому типу они относятся. Экваториальный тип солнечных часов, как было сказано ранее, универсален, а значит есть вероятность того, что они смогут быть нормально установлены в любой местности и обеспечат корректную работу.

Такие часы должны быть оснащены механизмом, позволяющим регулировать наклон циферблата, и по возможности — вращающейся шкалой, позволяющими использовать в любой местности.

Существуют также фирмы, занимающиеся изготовлением солнечных часов под заказ, но их услуги, насколько мне известно, весьма дорогостоящие.

Исходя из этого, как мне кажется, проще самому изготовить солнечные часы из картона или фанеры. В этом случае человек не только обзаведется реально работающим инструментом, но и лучше усвоит принципы, на которых эти часы работают. А принципы эти — основополагающая вещь всех методов ориентирования по Солнцу, звездам и Луне, так необходимых путешественникам, рассматривающих риски чрезвычайных ситуаций и изучающие способы выхода из них.

Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить несколько моментов.

Для человека, оказавшегося в дикой природе, солнечные часы и гномон в частности позволят сориентироваться на местности. Переносные солнечные часы в этом плане — более универсальный инструмент, так как дают возможность найти приблизительное расположение сторон света в любой момент дня, если известно время, координаты местности, а Солнце не скрыто облаками. Со стационарными солнечными часами все еще проще: они дают возможность сориентироваться в пасмурную погоду и даже ночью, поскольку, как правило, ориентированы строго по сторонам света.

Такие функции солнечных часов, как время и дата, не столь необходимы в условиях туризма и аварийного выживания. По крайней мере, мне ни разу не доводилось слышать про то, что кто-то сильно пострадал, не узнав день календаря или местное время. Если же все-таки необходимость сориентироваться во времени по Солнцу, как по мне, проще это сделать, зная стороны света и направление на Солнце в данный момент. Да, результат будет не очень точным, и в низких широтах такой метод мало чем сможет помочь, однако и носить с собой громоздкие солнечные часы либо тратить время на сооружение их на местности из подручных материалов тоже не придется.

Если все-таки появится острая необходимость в солнечных часах, то ориентировать их стоит не по компасу, а по Полярной звезде либо по сторонам света, определенным с помощью гномона. Как было сказано ранее, магнитные полюса не совпадают с географическими, а местность, где устанавливаются солнечные часы, может находиться в зоне магнитной аномалии. Все это не даст возможности корректно установить солнечные часы, используя магнитный компас.

Автор: Максим Чечетов

Узнайте также:

Практическая работа по географии «Модель Гномона»

Практическая работа «Наблюдение за тенью гномона»

Оборудование: лист картона размером 40х40, гномон – деревянная палочка длиной примерно 20 см., пластилин, карандаш, линейка, отвес (веревочка с грузом)

Ход работы:

1) Установите гномон вертикально в центре картонного листа. (Как определить центр посмотрите на рис.2. Отвес должен плотно прилегать к гномону)

2) Установите модель гномона на горизонтальной поверхности, так чтобы на неё попадал солнечный свет, и гномон отбрасывал тень.

3) Карандашом отметьте конец тени и линейкой измерьте её длину. Сделайте запись о времени наблюдения и длине тени.

4) Повторите действия п.3 через 15-20 минут, через 1, 2 и 3 часа. Во время наблюдений обращайте внимание на изменение положения Солнца (поднимается над горизонтом, опускается к горизонту). Каждый раз записывайте время наблюдения, длину тени и положение Солнца.

5) В результате наблюдений сделайте вывод о том, как изменялась длина тени гномона в зависимости от положения Солнца над горизонтом: «Когда Солнце поднималось над горизонтом, тень гномона ____________; когда Солнце опускалось над горизонтом, тень гномона ___________________.»

Оформите работу в тетради — должны быть записи о теме работы, оборудовании, ходе работы (без выделенного курсивом и рис.2) и сдайте её на проверку.

Дополнительная практическая работа «Определение высоты солнца» (для самых любопытных, ее возможно выполнить только на выходных)

Оборудование: модель гномона из предыдущей практической работы.

Ход работы:

1) Используя данные сайта http://dateandtime.info/ru/citysunrisesunset.php?id=1496747 определите время истинного полдня в Новосибирске. Запишите.

2) Измерьте длину тени гномона именно во время истинного полдня. Уточните высоту гномона. Запишите результаты измерений.

3) Рассчитайте высоту солнца с помощью калькулятора в проекте Глобаллаб https://globallab.org/ru/project/media/e52ed9cf-7184-4485-b805-756185454feb.ru.html#.VgVXAa7c_3U

(презентация Гномон, в нижнем правом углу кнопка «Рассчитать угловую высоту Солнца над горизонтом»)

Оформите работу в тетради. Удачи в поимке солнечных лучей в нужное время!

Гномон своими руками 6 класс география

Солнечные часы

Солнечные часы стали первым устройством для определения времени. Точное время они показывают всего три дня за весь дачный сезон (весеннее и осеннее равноденствие и летнее солнцестояние). В остальные дни разница может доходить до 17 минут, но для дачных работ это не принципиально. Поэтому можно обойтись без создания таблицы погрешностей или графика, уточняющего время каждый день и час.

Солнечные часы показывают точное время только в дни равноденствия и солнцестояния

Какие бывают солнечные часы

Существует три вида солнечных часов:

  • вертикальные;
  • горизонтальные;
  • экваториальные.

Сферические, полукруглые и другие — разновидности основных видов. Принцип всех часов основан на показаниях тени от предмета (гномона), падающей на заранее нанесённые на циферблат (кадран) деления в час, пятнадцать, десять или пять минут, в зависимости от пожелания изготовителя.

Горизонтальные часы

У горизонтальных часов кадран параллелен линии горизонта. В центре или ближе к югу устанавливается гномон — вертикальный предмет, тень которого и будет указывать время.

В горизонтальных часах циферблат параллелен горизонту

От вертикального гномона тень на любой широте России будет иметь разную длину. Для того чтобы тень имела равную длину, гномон наклоняют на угол широты местности, которую можно точно определить по GPS-навигатору или в интернете. Например, Москва стоит на 55-й широте, угол наклона — 55о от линии горизонта. Наклоняется гномон только в направлении север–юг по линии самой короткой тени в истинный полдень. Истинный полдень — момент верхней кульминации центра Солнца для данной точки земной поверхности.

Истинный полдень, как правило, не совпадает с официальным временем. Поэтому тем, кто заранее нанёс деления на кадран, придётся просто повернуть циферблат на угол погрешности. При этом гномон остаётся наклонённым в сторону истинного полдня.

Полуденная линия указывает на географический полюс, а не на магнитный

Экваториальные часы

У экваториальных часов кадран наклоняется в сторону географического севера (для России) относительно горизонта на угол: 90 минус величина широты этой местности. То есть циферблат будет параллелен линии экватора. Гномон устанавливается перпендикулярно кардану, то есть параллельно земной оси. Поправки на местное время такие же, как для горизонтальных часов.

Показания экватариальных часов видны издалека

Вертикальные часы

Вертикальные часы располагают на плоскости, перпендикулярной линии горизонта, а гномон устанавливается под углом к кадрану по полуденной линии на угол, равный разнице между 90о и величиной широты местности. Полуденная линия определяется по линии самой короткой тени от горизонтального гномона.

На вертикальных часах цифры не всегда симметричны, если стена не смотрит строго на географический юг

Как можно быстро смастерить солнечные часы своими руками

Сделанные своими руками солнечные часы представляют собой устройство, с помощью которого можно определить время и украсить дачный участок. Изготовление этого прибора занимает довольно много времени, а также требует наличия определённых знаний и навыков работы. Несмотря на это, справиться с поставленной задачей сможет каждый желающий. Для этого нужно будет изучить нюансы процесса и точно следовать указаниям профессионалов.

Выбор места

В разных регионах полдень наступает совершенно в разное время, то есть совсем не в 12 часов дня. Поэтому если необходимо следить за местным временем, то циферблат нужно будет немного усовершенствовать. Для этого придётся цифры сместить вокруг оси таким образом, чтобы самая короткая тень находилась именно на полуденной линии. Эта линия совпадает с направлением север-юг.

О том, как найти эту ось, необходимо знать до начала создания солнечного хронометра. Компас в этом случае не сможет ничем помочь, потому что географический полюс отличается от магнитного. Например, в Санкт-Петербурге значение отклонения составляет около 8 градусов.

Существует довольно примитивный, но действенный способ определения этой линии:

Перед тем как начинать изготовление из камня или какого-либо металла, лучше всего набить руку на фанерных листах. Такой материал не жалко испортить.

Есть ещё один довольно важный момент. Если говорить о хороших и качественных экваториальных изделиях с плоским циферблатом, то на них нужно наносить сразу две шкалы. Первая необходима для отслеживания времени в холодный период года, а вторая — для тёплого.

Как сделать полярные солнечные часы для сада

Прелесть этого солнечного хронометра заключается в его циферблате – он не круглый, как у большинства алогичных приборов, а линейный. Тень от гномона по нему перемещается по прямой линии, что в значительной мере упрощает технологию изготовления солнечных часов. По большому счету, это все те же экваториальные солнечные часы, только гномон у них представляет собой не штырек, а палочку, расположенную поперек так называемого циферблата. Деления в таких часах тоже наносятся неравномерно, что дает возможность утверждать, что солнечные часы данного типа являются некоторым гибридом между двумя первыми вариантами. Изготавливаются полярные солнечные часы своими руками следующим образом.

В принципе, имеется и четвертый вариант солнечных часов, которые являются весьма сложными в изготовлении и настройке – это вертикальные, или, как их еще называют, настенные солнечные часы. Они более удобны в использовании, но вот для их сборки нужны очень точные расчеты и весьма ювелирное (не менее точное) изготовление.

Солнечные часы своими руками фото

В заключение темы о том, как сделать солнечные часы своими руками, скажу несколько слов о материалах. Их выбор целиком и полностью зависит от целей изготовления. Если это баловство или просто методическое пособие для детей, то хронометр можно сделать из картона. Если же вы хотите изготовить действительно рабочую модель и пользоваться ею для определения времени, то выбирать нужно более надежные материалы. В этом случае циферблат можно сделать из бетона (как вариант, срезать поверхность природного камня большого размера), а гномон из стали – такие часы смело можно оставлять на свежем воздухе, и при этом прослужат они очень долго.

Полезные советы

Для того чтобы готовое изделие получилось максимально точным и красивым, необходимо учитывать советы опытных дачников. Они укажут новичкам на некоторые важные моменты, которые можно упустить из виду.

Рекомендации профессионалов:

Самостоятельно сделать солнечные часы сможет даже подросток. Но для этого нужно будет тщательно подготовиться к работе и следовать указаниям инструкции или знающих людей. Если получится правильно выполнить все действия, то на участке появится оригинальное и полезное украшение.

Источник

Процесс изготовления

Самостоятельно сделать горизонтальные, вертикальные или экваториальные часы сможет каждый. Для этого нужно заранее подготовить требуемые материалы и изучить все тонкости работы.

Горизонтальная конструкция

Это самые простые часы, сделать которые можно за минимальное количество времени. В дачный сезон (период с марта по сентябрь) они будут точно показывать время. Однако уже в октябре их нужно корректировать.

Процесс изготовления состоит из следующих этапов:

Вертикальное приспособление

Изготовление этого прибора своими руками занимает довольно много времени. При этом мастеру нужно будет учитывать множество нюансов, которые помогут правильно расположить и разметить часы.

Пошаговая инструкция:

Экваториальные часы

Такое устройство отличается хорошей точностью и простотой изготовления. Смастерить его своими руками сможет даже подросток. Для этого нужно будет выполнить такие действия:

Важные рекомендации

Перед началом создания конструкции желательно выбрать будущее место её расположения. Следует установить изделие на каком-нибудь цветнике с невысокими растениями или на газоне. Именно эти участки постоянно доступны для солнечного света в течение всего дня.

Часы можно разместить на любую поверхность с любым углом. Если она будет наклонная, то нужно помнить, что для получения одинаковой длины теневой полосы необходимо правильно вычислить угол. Для расчёта существует простая формула:

Если использовать плоскую поверхность, то на протяжении дня длина тени всё время будет изменяться. Конечно, одинаковая полоса смотрится гораздо лучше, хотя это и не очень принципиально.

Исторический экскурс

Принцип действия солнечных часов основан на перемещении небесного светила, из-за чего изменяется расположение тени на конструкции. Таким образом определяется время. Огромной популярностью эти изделия пользовались с XVII по XVIII век. Зачастую их применяли в садах, сделанных в классическом стиле. Впервые эту конструкцию начали использовать в качестве элемента ландшафта в составе дворцовых ансамблей. Большое распространение часы получили, когда они стали самостоятельным элементом, который размещали в основном на участках с декоративными садами.

Роль элемента в ландшафте

Зачастую солнечные часы размещают посередине цветочной клумбы. В таком случае они являются главным элементом, так как расположены на какой-нибудь возвышенности или пьедестале. Также следует заметить, что пьедестал — очень важная часть такой конструкции, особенно когда вся композиция делается в виде колонны.

Если говорить про солнечные часы как про элемент декора, то их основная задача заключается в привлечении внимания. Из-за этого величина конструкции должна быть напрямую связана с размерами каждого конкретного участка. Если площадь маленькая, а декорация выполняется своими руками, солнечные часы лучше размещать вблизи тропинки или непосредственно на ней. Они отлично будут смотреться рядом с газоном или каким-нибудь ярким цветником.

Для пейзажного сада лучшим решением будет окружить такой элемент цветами, чтобы часы были незаметны издалека, но вблизи резко появлялись в поле зрения. Также на маленьких участках конструкция выполняется в виде статуэток.

Большое разнообразие материалов позволяет создать часы, внешний вид которых будет максимально подходить под особенности конкретного сада. Например, если участок оформлен в авангардном стиле, то следует при выполнении декорации учитывать даже мельчайшие детали. Часы могут стать элементом, дополняющим зону отдыха. Также они прекрасно сочетаются с небольшим искусственным водоёмом или фонтаном.

В ландшафтном дизайне есть понятие «живые часы». В этом случае роль стрелки и циферблата выполняют цветы.

Учебное исследование. Гномон. Определение географических координат

Учебное исследование.

Цель: Провести учебное исследование, по проведенным наблюдениям и расчетам определить географические координаты местоположения команды. 

  

Оборудование:

  1. гномон — шест высотой 1 метр (от поверхности до верхней точки)

  2. часы с установленным местным временем

  3. небольшие колышки, для отметки время наблюдения за тенью

  4. рулетка

  5. простой карандаш, фломастер

  6. блокнот 

  7. таблица склонения Солнца в течение года

  8. таблица приведения среднего времени к истинному солнечному

  9. четырехзначные математические таблицы В.М. Брадиса

  10. номограмма определения географической широты

Этапы работы.     

I. Осмысление работы: теоретическая основа

Что такое гномон? Гномон (от греческого gnomon — стрелка) — древнейший                 астрономический инструмент, состоящий из вертикального стержня на горизонтальной площадке.      

Как изготовить гномон? Для того чтобы его изготовить, понадобиться прямой шест, который необходимо вертикально вбить в землю, пользуясь отвесом. За 1-2 часа до полудня отметим конец тени от шеста колышком. Возьмем шнур. Один конец его привяжем к основанию гномона. Используя свободную часть шнура как циркуль, начертим на земле окружность, проходящую через вбитый колышек.                                                                                                    

 Что им можно определить? 

Гномон позволяет определить: 

  • астрономический полдень — момент, когда длина его тени наименьшая

  • направление на север — по направлению тени в астрономический полдень

  • широта места — по длине тени в астрономический полдень

  • полуденную линию и стороны света

  • высоту Солнца над горизонтом и широту места

  • момент наступления истинного полдня

  • долготу места. 

Для точности измерения важное значение имеет высота гномона — чем он выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, что повышает точность измерения. Для удобства отсчета на конце гномона было отверстие,  которое  ярко было видно в тени. Тем не менее точность гномона в принципе невелика, так как угловой диаметр Солнца приблизительно равен 30′, использовать же гномон для измерения по звёздам невозможно.

Наша команда гномон установила на детской  площадке по местожительству.

  

                                                                                                                           Мы обсуждали вопросы и выполняли задания.

Совпадает ли время полудня в Оренбурге, установленное по гномон (по Солнцу) и по часам?
Решение: Географическая долгота г. Оренбурга  5510/   в.д., срединный меридиан IV часового пояса проходит через 60в.д. (полдень соответствует 13-00, с учетом +1час декретного времени).

600 _ 55=  5 0                
     на 5
 0     Оренбург находится западнее,  поэтому полдень наступит позже.  

1° долготы  соответствует  4 мин. времени,        значит 5Х 4 = 20 минут

Астрономический полдень в  Оренбурге наступит на 20 мин.позже местного времени, т.е. 13-20!

Во сколько наступит астрономический полдень в п. Первомайский?

Учитель формулирует подсказки для учеников, чтобы направить на работу детей, чтобы обеспечить достижение запланированной цели, в соответствии с темой учебного исследования.

 II. Подготовительный этап.

Измерять высоту солнца планировали в полдень 20 августа.

 Наблюдения проводили за 1-2 дня до намеченной даты, так как  в нужное число могло быть пасмурно. Наблюдали  длину тени, направление движения тени.
После первого дня измерений выяснили, что время истинного полдня на нашей широте и долготе следует искать где-то в промежутке между 13 ч.  и 15 ч. 00 мин (местного времени). 

Наши первые открытия.

  1. В полдень тень направлена вдоль линии, точно указывающей с юга на север.

  2. Она называется полуденной.

  3. Тень от гномона движется  по часовой стрелке.

  4. Высота солнца над горизонтом в течении суток меняется, чем выше Солнце, тем короче тень. 

  5. Самая длинная тень на рассвете и на закате каждый ясный день 

III. Проведение измерений на местности.

   20 августа 2015г., день наблюдений                                                          

 Указания для учеников для сбора и систематизации данных:

 оформите результаты наблюдений в таблицу.          

Время наблюдения

местное +2мск

Длина тени

 вычисление высота солнца над горизонтом (только для самой короткой тени)

 

Ход наблюдений

   Время наблюдения

местное +2часа

  Длина тени

 Фото


11-00


    94 см.


      12-00


  86 см.

  13-00

  80 см.

астрономический полдень — момент, когда длина его тени наименьшая

    13-40

  79 см.

  
      14-00


 80см


15-00


  84 см.

График изменения полуденной высоты  в период с 10-00 до 15-00.

 IV. Обработка данных: математические расчеты

       Для определения географических координат необходимо:.     

  1.         Мы  выявили время истинного полдня с помощью гномона (на  местности).

  2.    Определили угловую высоту солнца во время истинного полдня (h), решив задачу через прямоугольный треугольник по двум катетам, один из которых является гномоном, а другой – тенью гномона.

79 см

         Решение:   угловую высоту солнца во время истинного полдня (h), вычисляют: отношение противолежащему  катета к прилежащему (tg h). В прямоугольном треугольнике тангенсом является отношение противолежащего катета к прилежащему.

        

 tg a= 1/0,79 =1 ,265       

1                                 1,265 по таблице соответствует 5142/        

 5142/   —   угловая высота солнца во время истинного полдня 


Географическая широта определяется по формуле:

φ= 90— h+δ, где δ — склонение солнца, h — угловая высота солнца во время истинного полдня.  Определили склонение Солнца по таблице( см. Приложение 1) на 20 августа —  11°59´

              φ= 90-5142 + 11°59´               φ=50°17´с.ш.
            
                
географическая широта п. Первомайский  50°17´с.ш.

4.  Географическая долгота определяется путем вычисления временной разницы между полднем на  меридиане, географическая долгота, которого  известна  и на меридиане   п. Первомайский.   Нам уже известно, что в  г. Оренбург время полудня — 13-20 местного времени.
В п. Первомайский истинный полдень, по нашим наблюдением наступил 13-40.

Временная разницы между полднем в  г. Оренбург и п. Первомайский  20 минут ( между 13-20  и 13-40)

20 :4=5долготы                                                                                                                          географическая долгота  г. Оренбурга 55 в.д.

           55— 5=50 0      географическая долгота  п. Первомайский 50 0 в.д.

   Наши результаты

Итак, с помощью гномона определили каковы же географические координаты местоположения команды: согласно проведенным наблюдениям и расчетам

  

географическая широта п. Первомайский —  50°17´с.ш.  

географическая долгота п. Первомайский — 50° в.д.

V.  Проверка полученных данных.

Определить широту и долготу места с помощью  Google Карты,

 провести сравнение с полученными результатами                                                              

:географическая широта п. Первомайский —  50°17´с.ш.  
географическая долгота п. Первомайский — 50° в.д.  

              по широте и долготе — погрешность приблизительно  1°

Неточности вычисления можно объяснить: 

  1. неточностью тени

  2. при определение склонения полученные данные округленные

  3. в полдень солнце на наших широтах никогда не находится в зените,  определить полдень по длине тени весьма затруднительно, если вы хотите это сделать с точностью лучше чем полчаса-час.

 Сделал дело, гуляй смело!!!

Урок 3. Наблюдения — метод географической науки (§2) — Рабочая тетрадь 5 класс

Как географы изучают объекты и процессы. Как проводятся научные наблюдения.

Из текста учебника (с.11) выпиши главные черты (особенности) научных наблюдений.

Объясни данные особенности. Используй для выполнения этого задания имена прилагательные.

1. Активные — наблюдатель ищет и фиксирует определенные метеорологические величины и атмосферные явления.

2. Целенаправленные — наблюдатель фиксирует только необходимые для определения погоды метеорологические величины и явления.

3. Определенный план действия — продумывается наблюдателем заранее и прописан в книге «Наставление гидрометеорологическим станциям и постам».

4. Систематические — проводятся многократно по определенной системе.


Школа географа-следопыта.

Запиши в таблицу результаты наблюдений за длинной тени гномона.

Дата наблюдения: 20 сентября 2014 года.

Место наблюдения: город, поселок, село Бугуруслан.

Высота гномона: 50 см.










 Время наблюдения (час, минута)Длина тени гномона (см)  Положение Солнца над горизонтом (поднимается, опускается)
 10:30 40 поднимается
 12:00 50 в зените
 14:30 60 опускается
 9:30 30 поднимается
 8:30 20 поднимается
 15:30 70 опускается
 16:30 80 опускается
 7:30 10 поднимается

Вывод по результатам наблюдений (вставь пропущенные слова).

Когда Солнце поднималось над горизонтом, тень гномона увеличивалась, когда Солнце опускалось к горизонту, тень гномона уменьшалась.

Сравни длину гномона с самым большим значением длины его тени.

Длина гномона больше, чем самая длинная тень гномона.


Солнечные часы

Содержание работы

I Введение

II  О солнечных часах

  1. Солнечные часы в Москве
  2. Устройство солнечных часов
  3. Виды солнечных часов

а) Горизонтальные солнечные часы

б) Вертикальные солнечные часы

в) Экваториальные солнечные часы

г) Аналемматические солнечные часы

  1. История солнечных часов

а) Солнечные часы в Древнем Китае

б) Солнечные часы в Древнем Риме и Древней Греции

в) Солнечные часы в Древней Руси

г) Солнечные часы в Великобритании

III Солнечные часы в школьном дворе

  1. Мои двушкальные солнечные часы
  2. Этапы изготовления солнечных часов

IV Заключение

V Источники информации

I. Введение

 В прошлом году я прочитала в газете «Москва. Центр.» от 6 ноября 2015 № 37 статью о солнечных часах Екатерины Шаминой. Оказалось,  что в Москве имеются 8 солнечных часов. Меня заинтересовала эта тема. Мне захотелось посмотреть на эти солнечные часы, изучить их историю создания, узнать где они находятся, как их используют. Солнечные часы очень удобный инструмент для определения времени в солнечную погоду. Если в школьном дворе сделать солнечные часы, их можно использовать в качестве учебного пособия и в начальной школе на уроках окружающего мира, и в средней школе на уроках географии и физики. Они позволяют по движению тени наглядно проследить суточное и годовое движение нашей планеты. Таким образом, целью моей работы является создание солнечных часов во дворе нашей школы.

Критерии, по которым можно оценить результат работы:

  • а) солнечные часы в солнечную погоду должны подсказывать нам время;
  • б) солнечные часы должны быть просты и удобны в использовании;
  • в) солнечные часы должны способствовать формированию научного мировоззрения школьников;
  • г) солнечные часы должны эстетично выглядеть и служить декоративным элементом нашего школьного двора.

Свою работу организую по следующему плану:

  1. Прогулка по Москве и поиск солнечных часов нашего города.
  2. Сбор и анализ информации по истории, устройству, видам, принципу работы солнечных часов.
  3. Изготовление солнечных часов во дворе нашей школы.
  4. Проверка результативности созданного инструмента.

II.О солнечных часах

  • Солнечные часы в Москве

В выходные я поездила по Москве и собственными глазами увидела все эти солнечные часы, о которых говорилось в газете. Мне хотелось посмотреть, как органично они вписываются в архитектурный облик нашего города.

1. Самые старые дошедшие до нас солнечные часы установлены на Лопухинских палатах Новодевичьего монастыря. Предположительно они относятся к XVII веку.

2. От часов на церкви Воскресения Христова в Кадашах, написанных на фасаде храма, строившегося в 1687-1713 годах, сохранились только некоторые символы.

3. Так же в Москве существуют «пропавшие» солнечные часы — на так называемом «доме Брюса» (сейчас д. 2 по Спартаковской улице). От них осталась лишь каменная доска — трапеция. Существует легенда, что перед войнами и революциями она краснеет.

4. Так же солнечные часы сохранились на здании главного корпуса старого Московского университета, находящегося по адресу ул. Моховая; д. 11.

5. Так же к началу ХIX века относятся часы на здании бывшей Синодальной типографии, на Никольской улице. Эти часы с объемной поверхностью и поэтому они позволяют узнать не только время, но и день зимнего и весеннего равноденствия.

6. В центре Москвы есть еще одни солнечные часы, они находятся на здании приюта у храма Святого Людовика, находящегося по адресу:ул. Лубянка, д. 12А

7. Еще одни солнечные часы находятся на пешеходной аллее Космонавтов, ведущей к мемориальному музею космонавтики.

8. Самые новые солнечные часы в Москве находятся на здании русско-литовской школы в Госпитальном переулке; д.3.

Конечно же оказалось, что в Москве солнечных часов намного больше. Ведь после ремонта в Московском Планетарии, открыли площадку для наблюдений «Парк неба», где представлены различные виды солнечных часов. Я решила съездить в Планетарий и посмотреть на эти солнечные часы. Там я узнала и увидела много нового и интересного:

Горизонтальные солнечные часы Московского Планетария.

Экваториальные солнечные часы Московского планетария.

Также в Московском планетарии есть макет солнечных часов «Самрат Янтра», находящихся в Индии.

Вертикальные солнечные часы Московского планетария.

  • Устройство солнечных часов.

Итак, давайте разберемся подробнее с каждой частью, образующей солнечные часы.

Шкалы.

 Главный элемент циферблата это шкала для регистрации времени. Точность шкалы зависит от точности изготовления солнечных часов и тщательности сборки их деталей. Кроме того, точность шкалы определяется размером солнечных часов (чем больше их размер, тем точнее может быть сделана шкала). Деления шкалы представляют собой отрезки так называемых часовых линий. То есть линий, образованных тенью гномона на циферблате солнечных часов.

На фотографии ниже часовые линии выделены цветом.

Иногда, кроме шкал, предназначенных для регистрации времени, на солнечных часах выполняются шкалы для измерения азимута солнца и высоты солнца над горизонтом а также шкала географической долготы. Азимут это угол между направлением на полюс и направлением на какой-либо удаленный предмет. В момент истинного полудня азимут солнца по определению равен 180º, а в тот момент, когда солнце находится точно на западе или точно на востоке, его азимут соответственно равен 90º и -90º. Большинство людей полагает, что солнце всегда восходит на востоке и заходит на западе.  С помощью шкалы азимутов легко убедиться, что это не так. Лишь два раза в году, в дни равноденствий, солнце восходит на востоке и заходит на западе.. Шкала географической долготы позволяет наблюдать перемещение солнца по планете. Когда солнце пересекает какой-либо местный меридиан, на этом меридиане наступает истинный солнечный полдень, солнце занимает высшую точку своего дневного пути а его азимут равен точно 180º.  То есть в этот момент солнце находится точно на юге. Если шкалу географической долготы дополнить списком городов таким образом, чтобы название города располагалось напротив соответствующей долготы, то по тени гномона можно, не прибегая к вычислениям, узнать, в каком городе сейчас истинный полдень.

Гномон.

Гномон это материальный объект, и у него есть толщина.  Ее следует учитывать при расчете циферблата.  В шкалах делаются разрывы, ширина которых равна толщине гномона. Строго говоря, у точных солнечных часов есть два гномона – восточный и западный. Западный представляет собой ребро, образованное западной и верхней гранями.  По его тени регистрируется время от восхода солнца до полудня. Восточный представляет собой ребро, образованное восточной и верхней гранями треугольника. По его тени регистрируется  время от полудня до захода солнца.

Чем солнечные часы отличаются от обычных.

Солнечные часы показывают истинное солнечное время. Наручные часы показывают среднее солнечное время. Момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, называется истинным солнечным полуднем. Промежуток времени между двумя последовательными полуднями называется истинными солнечными сутками.

Истинные солнечные сутки — величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче. Стало быть, и части их, то есть часы, минуты и секунды не всегда равны между собой. Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шел точно по солнцу, то есть в один день быстрее, в другой медленнее. Поэтому наручные часы показывают не солнечное и некое другое время, называемое средним. Продолжительность средних суток, называемых еще гражданскими, получают путем расчетов. Складывают продолжительность всех солнечных суток года и делят получившуюся сумму на количество суток в году. Гражданские сутки, а стало быть, гражданские часы, минуты и секунды, есть величина постоянная по определению.

 До изобретения атомных часов, самой стабильной единицей времени считались звездные сутки, определяемые по промежутку времени между двумя последовательными восходами какой-либо отдаленной звезды. Чтобы измерить продолжительность солнечных суток, а затем путем расчетов определить продолжительность средних суток, по традиции используют именно звездное время — звездные часы, минуты и секунды.

  •  Виды солнечных часов.

Солнечные часы — устройство для определения времени по изменению длины тени от гномона  и её движению по циферблату. 

Выделяют 4 вида солнечных часов: горизонтальные, вертикальные, экваториальные и аналемматические.

а) Горизонтальные солнечные часы.

 Эти часы можно видеть во многих парках и садах.

часы в г. Севастополь; наб. Корнилова

Горизонтальные солнечные часы состоят из кадрана (плоскость с часовыми делениями) и гномона. Циферблат расположен горизонтально относительно земной поверхности. Гномон расположен перпендикулярно кадрану и представляет собой треугольник, угол которого равен широте места, в котором находятся солнечные часы (для Москвы это 55 градусов).

б) Вертикальные солнечные часы

часы на здании Соловецкого монастыря (Соловецкие острова

Вертикальные солнечные часы обычно располагаются на стенах зданий. Поэтому циферблат перпендикулярен относительно плоскости земной поверхности.  А гномон располагается под углом, равным широте места, в котором расположены часы.

в) Экваториальные солнечные часы.

Часы на берегу реки Темзы(Лондон; Англия.)

Эти солнечные часы состоят из тех же частей, что и 2 предыдущих типа. Гномон, устанавливается на циферблате перпендикулярно его поверхности. Циферблат устанавливают углом 90 градусов, минус широта той местности, в которой расположен циферблат.

г) Аналемматические солнечные часы

На таких  часах есть все те же части, что и на остальных, но гномоном здесь служит  человек.

Циферблат аналемматических солнечных часов имеет форму эллипса.  Чем ближе часы находятся к югу, тем больше эллипс становится похожим на круг.

часы на территории природного заказника «Долина реки Сетунь

В середине циферблата располагается разлинованная по месяцам площадка. Так как человек стоит вертикально по отношению к поверхности земли, а не под определенным углом, как гномон на горизонтальных часах, то его тень не будет показывать точное время на протяжении года, а будет постепенно смещаться. Что бы исправить этот недостаток, на площадке размечают место, куда должен встать человек, что бы его тень показывала точное время. Но и в этом случае точное время тень будет показывать только в середине месяца, а в начале и в конце будет небольшое расхождение.

Считается, что первые в мире часы были солнечными. Их история уже насчитывает не одно тысячелетие, но когда именно люди начали их применять достоверно неизвестно. Установлено, что в Древнем Египте, Вавилоне и Китае такими приборами пользовались ранее, чем за тысячу лет до нашей эры. Первые упоминания об определении времени по солнечным лучам с помощью гномона относятся к 1306-1290 гг. до н.э.

а) Солнечные часы в Китае.

Первое упоминание о солнечных часах в Китае, вероятно, задача о гномоне, приводимая в древнем китайском задачнике «Чжоу-Би» , составленном около 1100 г. до н. э.  В эпоху Чжоу в Китае применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпохуЦин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные — опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные — с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.

б) Солнечные часы в Древнем Риме и в Древней Греции.

По рассказуВитрувия, вавилонский астроном Берос , поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши — так называемым скафисом. В середине XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия.

Из Греции солнечные часы достигли Рима В 293 году до н.з. Папирий Курсор велел соорудить солнечные часы на стене храма Квиринал, а в 263 году до н.э. другойконсул, Валерий Мессала, привёз солнечные часы из Сицилии.

в) Солнечные часы в Древней Руси.

В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определённые инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове и на странный узор-меандр. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли ещё в XI веке.

г) Солнечные часы в Великобритании.

В Великобритании находятся одни из самых знаменитых и древних солнечных часов в мире-Стоунхендж. Это древняя обсерватория, которая была построена в первом тысячелетии до нашей эры. Древние люди использовали Стоунхендж, как солнечный и лунный календарь. Сейчас это очень ценная достопримечательность.

И в «Парке Неба» Московского планетария я видела модель этой древнейшей обсерватории.

III. Солнечные часы в школьном дворе

После того как я нашла солнечные часы в Москве, изучила устройство солнечных часов и их виды, я решила сделать свои солнечные часы во дворе школы. Одни солнечные часы в нашем школьном дворе я решила сделать горизонтальными. Как мы знаем, одной из частей таких часов служит гномон, который устанавливается в центре под углом, равным широте местности. Для Москвы этот угол составляет 560.  Но если посреди школьного двора установить штырь, маленькие дети могут забегаться и напороться на него. То есть установка такого оборудования была бы не безопасна для школьников. Поэтому я решила сделать съемный гномон. То есть укрепить его на доске, он постоянно будет храниться в кабинете учителя, а при необходимость под руководством учителя его можно установить и проверять время. Но тогда, просто гуляя во дворе дети без гномона не смогут определить время. То есть нужны еще одни солнечные часы, где в роли гномона выступает сам человек. Как мы знаем, это аналемматические часы.

  • Мои двушкальные часы.

Я придумала новый вид солнечных часов, которые еще нигде не встречала. Это двушкальные солнечные часы.

У нас в Москве с октября по апрель в основном стоит пасмурная погода, солнце выглядывает редко. А с ноября по март школьный двор покрыт снегом. Таким образом в эти месяцы использование солнечных часов неактуально. С другой стороны летом все дети разъезжаются на каникулы, в школьном дворе никто не гуляет. То есть и в летние месяцы солнечные часы не особенно нужны. А вот в теплые солнечные майские или сентябрьские дни школьники любят выбегать во двор на переменах, гулять там после уроков. Много времени на улице проводят и дети из группы продленного дня. В эти дни уроки физкультуры проходят на улице; некоторые учителя проводят практические работы на открытом воздухе. Именно в это время солнечные часы во дворе нашли бы свое применение. А так как у нас всего два месяца использования часов, то можно не менять площадку для размещения  человека, решившего воспользоваться часами, а сделать две шкалы разного цвета: одну майскую и одну сентябрьскую со своими разметками. Эту идею мы  и стали воплощать на нашем школьном дворе.

  • Этапы изготовления солнечных часов
  1. Итак, сначала мы долго присматривались к нашему школьному двору, выбирали место, хорошо освещенное солнцем в течение всего дня. Такое место нашлось возле здания начальной школы.
  2. В солнечный день, в середине мая, в субботу мы вышли на школьный двор. Мы начертили основу наших солнечных часов. Для этого мы взяли толстую нить, с одной стороны привязали к ней карандаш, с другой мел. После этого мы воткнули карандаш в землю и с помощью мела начертили 2 окружности.

3. После того как у нас получилось 2 окружности, мы закрасили пространство между ними белой краской. Это была майская шкала.

4. После того, как 2 окружности были закрашены, мы с помощью компаса отметили все стороны горизонта.

5. Затем мы установили гномон, так, чтобы его острие указывало на юг и в том месте поставили точку, чтобы было понятно, как ставить гномон. На двушкальных солнечных часах гномоном, как мы уже знаем, является человек, поэтому там мы нарисовали 2 ступни, на которые человеку надо встать, чтобы узнать время. И через каждые полчаса мы делали отметки.

6. После того, как Цифры были отмечены, мы решили украсить часы пиктограммами в соответствии с распорядком дня. Пиктограммы мы рисовали по трафаретам собственного изготовления, а за тем заливали их краской и баллончиков для граффити.

7. Таким образом, горизонтальные солнечные часы были готовы. А на двушкальных солнечных часах была готова 1-ая майская шкала. Доделать до конца двушкальные солнечные часы мы могли только в сентябре.

8. В середине сентября, в солнечный день мы доделали наши солнечные часы. Таким образом на наших двушкальных солнечных часах появилась сентябрьская шкала.

9. Что бы школьники понимали, как пользоваться моими солнечными часами, я сделала табличку с подробной инструкцией.

И нам было очень приятно видеть, что школьники подходят к часам, интересуются ими и определяют по ним время.

IV. Заключение

Вывод: считаю, что  моя работа отвечает всем критериям результативности:

а)  мои солнечные часы показывают точное время в солнечные майские и сентябрьские дни; 

б) я считаю, что мои солнечные часы просты и удобны в использовании, кроме того, они снабжены табличкой с подробной инструкцией ;

в) я считаю, что мои солнечные часы будут полезны для школьников в солнечные майские и сентябрьские дни, когда ученики выходят из школы, они могут примерно узнать время, встав в центр двушкальных солнечных часов. А с помощью горизонтальных солнечных часов учителя начальной школы, а также учителя физики и географии могут проводить открытые уроки на улице;

г) считаю, что мои солнечные часы эстетично выглядят и служат декоративным элементом нашего школьного двора.

Работа над проектом мне очень понравилась, поэтому я хочу сделать переносной макет экваториальных солнечных часов, который учителя смогут использовать на своих уроках.

ГДЗ по Географии 6 класс рабочая тетрадь Дневник географа-следопыта Летягин

Автор: Летягин А.А..

Тип: Дневник географа-следопыта, Алгоритм успеха

Рабочая тетрадь, Дневник географа-следопыта автора Летягин А.А. УМК «Алгоритм успеха» используется для обучения в 6 классе. Специально для нее создан ГДЗ. Там есть ответы на вопросы из параграфов. Школьники, зайдя в онлайн версию данного издания увидят решения тестовых заданий, размещённые есть в исходном материале. Учебник эффективен при изучении такой науки, как География. Пособие способствует поиску информации по разделам. Там всё подробно расписано, это оказывает большое содействие при решении задач. Названый предмет популярен среди детей. Он разрешает малышу определять страны, горы, моря и океаны.

С поддержкой шпаргалки можно проверять упражнения, решенные индивидуально. Прекрасно, если школьник будет использовать решебник для того, чтобы сверить полученные ответы. С помощью понятного интерфейса сайта можно сразу нажать на нужный номер и посмотреть результаты, к нему предоставляющиеся. Решая упражнения и узнавая сведения из ГДЗ, учащийся сможет хорошо подготовиться к уроку. Сама рабочая тетрадь основана именно на тестовых вопросах. Это позволяет детям анализировать, сопоставлять и делать определенные выводы.

Представленный сборник служит превосходным помощником, когда подросток учится самостоятельно. Без посторонней поддержки они способны к написанию задач, тестов, впитыванию определений. Дисциплина даёт большую базу необходимых навыков, каждый обязан ее знать. В этой литературе можно прочитать много интересных фактов, о которых большинство людей не знает. В будущем это поможет шестикласснику ориентироваться на поверхности земли.

Если ребенок будет стараться, учить, у него все получится. К тому же, часть пригодится на ЕГЭ. А экзамен важно сдать, чтобы поступить в высшее учебное заведение. Книга даёт возможность рассмотреть все прелести планеты. На каждый поставленный вопрос там можно найти правильный вариант. Притягивает, что нет воды, просто отсутствуют ненужные абзацы и вступления.

Сделайте свои собственные солнечные часы — McAuliffe-Shepard Discovery Center

Процесс:

1. Напишите число 12 вдоль одного края пластины; это закрепит остальные часы.

2. Острым карандашом проткните отверстие в центре тарелки и вставьте в это отверстие соломинку так, чтобы она торчала прямо вверх.

3. Используйте линейку для рисования. прямая линия от отверстия до номера 12

4. ТОЛЬКО ПЕРЕД ПОЛДЕНЬМ выньте свою тарелку с компасом на улицу.С помощью компаса найдите магнитного севера — это направление, в котором указывает стрелка. Положите компас на землю так, чтобы стрелка указывала на север.

5. Положите тарелку на землю рядом с компасом.

6. СПРАВОЧНО В ПОЛДЕНЬ , расположите тарелку так, чтобы тень гномона находилась прямо над линией, указывающей на 12:00, не перемещая гномона. Вам нужно будет удерживать гномон на месте одной рукой, а другой рукой вращать пластину из стороны в сторону, пока тень не совместится с линией.

Теперь у вас откалибровано ваших солнечных часов. Солнце движется по небу с востока на запад. В полдень солнце находится посередине горизонта, на юге, поэтому оно отбрасывает тень на север.

7. Используйте камень или пресс-папье, чтобы удерживать солнечные часы на земле. Можете взять компас внутрь.

8. Выходите каждый час в течение дня и используйте тень гномона, чтобы отмечать каждый час на тарелке.

9. Вам нужно будет вернуться утром, чтобы отметить оставшиеся часы (например, вы найдете отметки на левой стороне циферблата от 8, 9, 10 и 11 A.M. ) Ваши солнечные часы готовы показывать время, когда уже не светит солнце! Просто имейте в виду, что угол, под которым солнце падает на свою поверхность, меняется в течение года … Как вы думаете, что произойдет, если вы попытаетесь использовать одни и те же солнечные часы в том же месте через шесть месяцев?

Примечание: Если вы предпочитаете выполнить это задание за один день, вы можете начать его рано утром в любой четный час. Перед выходом на улицу не пишите никаких цифр на лице. Поставьте тарелку на землю и отметьте место, где сейчас отбрасывается тень гномона.Отметьте эту метку текущим часом. Затем, в полдень, вы можете перепроверить свою работу, найдя магнитный север с помощью компаса и убедившись, что тень гномона указывает в этом направлении.

Эксперименты с Гномоном

Эксперименты с Гномоном

Это Луксорский обелиск на площади Согласия в Париже. Фактически это было 11 апреля 2008 года.
не 2006.

Фон на небесной сфере и гномон

Поскольку Земля вращается вокруг своей оси один раз в день, Солнце, Луна и звезды кажутся
двигаться относительно нашего местного горизонта.Здесь мы видим небесную сферу:

Благодарю Джима Калера за использование этой диаграммы. Более подробную информацию можно
полученный с его веб-сайта, нажав

здесь.

Полярная звезда (Полярная звезда) находится очень близко к направлению на Северный полюс мира .
(НКТ).
NCP находится под углом над горизонтом, равным вашей широте (PHI).
Если вы находитесь на Гавайях, NCP находится примерно на 20 градусов над горизонтом. Если вы далеко на севере
Аляска NCP может быть на 65 градусов над горизонтом.

На полпути между Северным и Южным небесным полюсами находится
небесный экватор . Это проекция земного
экватор к небесной сфере. Число градусов, в котором небесный объект находится на севере или на юге.
небесного экватора — это его склонение (DEC).

Небесный меридиан делит небо на восточную и восточную части.
западная половина. Небесный объект достигает своего максимального значения , угол возвышения (ч)
над горизонтом, когда он находится на небесном меридиане.(Собственно, приполярный
звезды, которые не заходят за горизонт, имеют верхнюю кульминацию и нижнюю кульминацию.)
Объект на небесном экваторе пересекает небесный
меридиан при угле места над горизонтом, равном 90 — PHI.
На широтах севернее 23,45 градуса Солнце всегда проходит к югу от
зенит . Обычно, учитывая склонение Солнца (DEC), оно
проходит небесный меридиан под углом места

h_max = (90 — PHI) +

ДЕК

градусов над горизонтом, и он движется по видимому пути в небе, обозначенному значком
красная линия на диаграмме выше.

гномон , вероятно, самый древний астрономический измерительный прибор.
Хотя это слово используется в нескольких контекстах, здесь мы имеем в виду просто вертикальную палку с
достаточно острый наконечник. Я использовал деревянный стержень диаметром 3/8 дюйма, заточенный точилкой для карандашей, и держал
вертикальный на один фут длиной два на четыре с просверленным в нем вертикальным отверстием. Я решил что
острие гномона не должно быть слишком острым .

Полезные астрономические наблюдения должны иметь точные временные метки.Астрономов
предпочитаю время по Гринвичу.
Полдень по Гринвичу дает вам довольно хорошее представление о том, что
часовой пояс, в котором вы живете. Центральное стандартное время в США на шесть часов отстает от времени по Гринвичу, что означает
этот местный полдень приходится примерно на 18 часов по Гринвичу. Другими словами,
Центральный часовой пояс примерно 6 * 15 = 90 градусов к западу от Гринвича, Англия.

Поскольку Солнце имеет угловой размер около 0,5 градуса, гномон не отбрасывает идеально.
резкая тень. Таким образом, один из приемов — решить, что именно соответствует
«конец тени палки».

Кажущийся полдень наступает, когда Солнце находится выше всего в небе, другими словами, когда
тень от вертикальной палки самая короткая.

Широту можно определить, выполнив серию измерений длины тени.
вертикальной палки. Лучше всего измерять длину тени, скажем, от 100 минут.
до времени местного явного полудня и до 100 минут после местного явного полудня. В зависимости от
где один находится (восток-запад) в определенном часовом поясе и в зависимости от того, в какой день года
то есть кажущийся полдень может наступить за много-много минут от полудня по стандартному времени или 13:00 при дневном свете.
Время
.Представьте, что два наблюдателя находятся в одном часовом поясе, но на одном градусе долготы.
раздельно. Если более восточный наблюдатель наблюдает, как Солнце проходит через небесный меридиан, скажем, в
12:05, наблюдатель на один градус долготы к западу будет наблюдать, как Солнце проходит через
меридиан в 12:09. Но здесь мы немного забегаем вперед.

Последнее соображение

Представьте, что вы — муравей в солнечных очках, который ходит по плакату, когда кто-то делает свое
гномон эксперимент.Если вы находитесь на плакате в месте, где можно посмотреть на Солнце и увидеть
точка гномона точно выровнена по центру Солнца, вы в тени ?
Нет. Вы все еще можете видеть верхнюю половину Солнца. Итак — какой длины темная тень и
высота гномона дает нам угол возвышения верхней конечности Солнца. Таким образом, чтобы
Чтобы получить наиболее точное значение широты, мы должны добавить радиус Солнца. Это в среднем
до 16 угловых минут.

Определение широты и долготы в Саут-Бенде, штат Индиана

На следующей диаграмме мы показываем положение конца тени нашего гномона, измеренное в
Саут-Бенд, Индиана, 3 сентября 2006 г. Я находился у фонтана к северу.
Зала науки Ньюленд Университета Нотр-Дам.

На графике + Y-направление направлено на север. Обратите внимание на небольшую выпуклость
форма набора зеленых точек.

Здесь мы строим график зависимости длины тени отвремя с 13:35 по восточному летнему времени. С помощью
параболической подгонки к точкам данных, я обнаружил, что среднее отклонение от параболы было всего лишь
около 1 миллиметра. Это, безусловно, помогло установить гномон на красивой квартире и
ровная поверхность
. Я бы порекомендовал выложить большой лист бумаги, приклеить его и
приклеивание держателя гномона к бумаге, чтобы ничего не двигалось в течение 3 или 4
часов, которые снимают мерки. Если ровная поверхность несколько шероховатая, то вместо
бумага, лучше использовать большой лист чистого картона.Вы можете задаться вопросом, почему есть пробелы
в данных. Некоторое время Солнце было закрыто облаками.

Из астрономического альманаха я определил, что координаты Солнца на
3 сентября 2006 г., 17.7 по Гринвичу.
Прямое восхождение Солнца было RA = 10 часов 50 минут 16,90 секунды. В
склонение Солнца было Dec = +7 градусов 24 ’33 «= +7,4092 градуса.

Так же, как склонение является небесным аналогом широты на Земле,
прямое восхождение
— аналог долготы.RA небесного объекта составляет
количество часов, минут и секунд, в течение которых объект находится к востоку от весеннего
Равноденствие
. Весеннее равноденствие — это положение Солнца в первый момент
(северная) весна (около 20 марта). Вы можете узнать весеннее равноденствие в следующих
контекст. Метеоролог по телевизору может сказать: «Весеннее равноденствие наступит завтра в
такое-то и такое-то время ». Весеннее равноденствие можно представить как момент времени ,
или как положение на небесной сфере.

Список прямого восхождения и склонения Солнца на каждый день
текущий год можно узнать, нажав

здесь.

Теперь нам нужно выполнить простую тригонометрию. Тангенс угла места выше
горизонт равен высоте гномона (г), деленной на минимальную длину
тени (L_min). Другими словами:

tan (h_max) = г / L_min = 635 / 431,3.

Используя калькулятор, получаем, что h_max = 55,8152 градуса, а

ФИ = (90 — 55.8152) + 7,4092 = 41,5940 градусов. (Пока это игнорирует поправку
для полудиаметра Солнца.)

Это то же самое, что 41 градус 35,6 минут. С погрешностью +/- 1 мм для
высоты гномона и +/- 0,95 мм для неопределенности L_min, следует, что
неопределенность нашей широты составляет около 0,05 градуса = 3,0 морских мили. (1
морская миля = 1852 метра = 1,151 статутная миля.)

Радиус Солнца в этот день составлял 15,9 угловых минут, поэтому наше окончательное значение для
широта 41 град 35.6 ‘+ 15,9 = 41 град 51,5’.

Чтобы определить долготу, отметим разницу между
кажущееся солнечное время и среднее солнечное время .
Числовая разница называется уравнением времени .
Это происходит в результате наклона оси вращения Земли к
плоскости его орбиты (угол наклона эклиптики ) и
эллиптичность орбиты Земли. Для получения дополнительной информации об уравнении времени щелкните

здесь.

XXX

Чтобы увидеть таблицу уравнения времени и номера дня в году, щелкните

здесь.

Наши часы — это среднее солнечное время на некоторой эталонной долготе. Для восточного
Время этой эталонной долготы — 75 градусов к западу от Гринвича. Для Центральной
время отсчетная долгота — 90 градусов к западу от Гринвича.

Из Астрономического Альманаха я определил, что уравнение времени 3 сентября 2006 г.
было +51 секунда. Таким образом, фиктивное среднее Солнце пересекло меридиан на
1:42:31 + 00:00:51 = 1:43:22 EDT = 12:43:22 Восточное стандартное время.

Саут-Бенд, штат Индиана, находится в восточном часовом поясе (на 5 часов отстает от Гринвича). Таким образом, наблюдения
подразумевают, что полученная широта в нашем местоположении в Саут-Бенде, штат Индиана, составила 5 часов 43 минуты 22 секунды к западу.
Гринвича. Поскольку 1 час времени соответствует 15 градусам долготы, полученная нами долгота равна 5.
+ 43/60 + 22/3600 = 5,722778 часов * 15 градусов / час = 85,8417 градусов = 85 градусов 50,5 ‘. Учитывая неопределенность
полученное нами время прохождения, неопределенность полученной долготы составляет +/- 8.8 ‘.

Из карты Саут-Бенда я вывел, что моя истинная широта была PHI = +41 ° 42,05 ‘, и
истинная долгота = 86 градусов 14,2 ‘з.д. систематических ошибок моих измерений
следующие:

систематическая ошибка широты = 41 град 51,5 ‘- 41 град 42,05’ = +9,45 ‘

систематическая ошибка широты = 85 градусов 50,5 ‘- 86 градусов 14,2’ = -23,7 ‘

Мы можем сравнить их с нашими случайными ошибками +/- 3,0 ‘для широты и
+/- 8,8 ‘для долготы, которая исходит из разброса наших теневых измерений.В
отношение систематической ошибки к случайной ошибке является мерой надежности данных.
В этом случае | + 9,45 / 3,0 | ~ 3,2 по широте и | -23,7 / 8,8 | ~ 2.7 по долготе. Если
эти два отношения были близки к 1.0, это означало бы, что у нас нет значимых
систематических ошибок, и что эксперимент вряд ли можно улучшить, используя ту же самую
оборудование. Тот факт, что эти числа находятся между примерно 3,0, означает, что существует 1
процентная вероятность того, что наблюдаемые значения отличаются от «истинных» значений на
только шанс.Если бы систематическая ошибка была, скажем, в 20 раз больше случайной ошибки, это было бы
быть признаком того, что данные подвержены серьезным систематическим ошибкам.

Поскольку линии долготы сходятся на географических полюсах Земли, для определения
линейную ошибку по долготе, мы должны умножить ошибку долготы на угловую
единиц косинусом широты. Таким образом, наша ошибка восток-запад от истинного
позиция была -23,7 * косинус (PHI) = -23,7 * 0,7466 = -17,7 морских миль.
Наша общая позиционная ошибка — SQRT (6.45 * 6,45 + 17,7 * 17,7) = 18,8 морских миль.

Мы определили нашу позицию на Земле с точностью до 19 морских миль, используя короткий список
простые вещи: вертикальная палка, астрономический альманах, часы, источник из Гринвича.
Среднее время, большой лист бумаги (или картона), клейкая лента, карандаш и рулетка.
откалиброван в миллиметрах (или на метровой палочке).

Определение широты и долготы в Колледж-Стейшн, Техас — Часть 1

12 ноября 2006 г. я сделал аналогичный набор измерений тени от фонтана только что
к югу от инженерного корпуса Захари в Техасском университете A&M.Мне сказали, что это
фонтан никогда не включается. Хотя поверхность довольно шероховатая, выглядит
красиво и на уровне. Из-за шероховатостей разложил большой кусок картона, скотчем
его к камню изолентой, а затем приклеил держатель гномона к картону для
длительность теневых измерений.

Вот график X-Y положения теней. Обратите внимание на вогнутый характер
пробег зеленых точек. Это потому, что Солнце было больше 17 градусов
к югу от небесного экватора.

Длина тени в зависимости от времени, прошедшего с полудня, приведена ниже:

Для измерений на Колледж-Стейшн мне не нужно описывать каждый шаг словами как
Я сделал выше. Приведу лишь основные цифры.

Из Астрономического Аламанака координаты Солнца были: RA = 15 ч 11 м 5,2 с;
DEC = -17 градусов 47 ‘56,4 «= -17,7990 градусов

Уравнение времени = 15 мин 46,5 сек.

Полудиаметр Солнца = 16,2 угловых минут.

загар (h_max) = 633 / 704,99; h_max = 41.9201 град.

широта PHI = 90 — h_max + DEC_Sun = 90 — 41,9201 — 17,7990 = 30,2809 град =
30 градусов 16,9 ‘. Добавление полудиаметра Солнца дает окончательное значение широты.
30 град 33,1 ‘. Учитывая погрешность +/- 1 мм для высоты гномона и +/- 1,33
мм для минимальной длины тени, соответствующая погрешность производной
широта +/- 4,7 ‘= 4,7 морских миль.

Фиктивное среднее Солнце пересекло небесный меридиан в 12:07:02.5 + 00: 15: 46,5 =
12:22: 49.0 CST. Таким образом, наше местоположение составило 22 м 49 сек долготы.
к западу от 6-часового меридиана. 6 + 22/60 + 49/3600 = 6.38028 часов * 15 град / час =
95,7042 град = 95 град 42,25 ‘. Из-за неопределенности +/- 38,2 с в
время прохождения видимого Солнца, случайная ошибка долготы составляет
9,54 ‘.

С помощью Google Earth мы определили, что наша истинная широта была +30 градусов 37 ‘14,8 «.
Назовите это 30 град 37,2 ‘. А истинная долгота была 96 градусов 20 ‘26,3 «з.д.
96 град 20.44 ‘.

Систематическая ошибка по широте = 30 d 33,1 ‘- 30 d 37,2 = -4,1’

Отношение систематической ошибки к случайной ошибке для широты = | -4,1 / 4,7 | = 0,9

Систематическая ошибка долготы = 95 d 42,25 — 96 d 20,44 ‘= -38,2’ долготы.

Отношение систематической ошибки к случайной ошибке для долготы = | -38,2 / 9,54 | = 4,0.

Линейная систематическая ошибка по долготе = -38,2 * косинус (PHI) = -38,2 * 0,8606 =
-32,9 морских миль.

Общая ошибка расстояния = SQRT (4.1 * 4,1 + 32,9 * 32,9) = 33,2 морских мили.
Наше значение широты вряд ли можно улучшить с помощью этого оборудования, так как
систематическая ошибка сравнима со случайной ошибкой. Для долготы
соотношение было 4, что означает, что мы могли бы лучше справиться с долготой, если бы
мы попробовали еще раз. Некоторые из возможных способов улучшения измерений перечислены ниже.

Прогноз на первый день весны / осени

Можно показать, что когда склонение Солнца равно 0 (момент
весеннее равноденствие или осеннее равноденствие), конец тени гномона
проложит путь с востока на запад на ровной поверхности.Он не будет выпуклым, как в
график X-Y для Саут-Бенда 3 сентября, показанный выше, или вогнутый, как на графике X-Y для колледжа
Станция 12 ноября также показана выше. Координата оси Y будет равна высоте
гномон умножает на тангенс широты. Здесь мы показываем прогноз для
тень гномона в первый день весны или первый день осени.

Фактические данные второго дня осени 2007 г. (см. Ниже) почти совпадают.
это предсказание.

Определение широты и долготы в Колледж-Стейшн, штат Техас — Часть 2

24 сентября 2007 г. я сделал еще одну серию теневых измерений с той же
расположение в Техасском университете A&M. Поскольку это было через день после начала осени,
склонение Солнца было очень близко к нулю. Когда ровно ноль (на
первый день весны и первый день осени) теневые точки должны лежать
по прямой на земле.

Вот график X-Y положения теней. С некоторым разбросом точки
лежат вдоль линии восток-запад.

Ниже приводится зависимость длины тени от времени с полудня. Высота гномона составляла
632 мм с погрешностью +/- 1 мм.

На эту дату координаты Солнца были: RA = 12 ч 4 м 48 с;
DEC = -0 градусов 31 ’19 «= -0,5219 град.

Уравнение времени = 8 мин 8 сек.

Полудиаметр Солнца = 15.9 ‘.

загар (h_max) = 632 / 379,8; h_max = 58,9963 град.

широта PHI = 90 — h_max + DEC_Sun = 90 — 58,9963 — 0,5219 = 30,4818 град =
30 градусов 28,9 ‘. Добавление полудиаметра Солнца дает окончательную широту.
значение 30 градусов 44,8 ‘.
Учитывая погрешность +/- 1 мм для высоты гномона и +/- 1,84
мм для минимальной длины тени, соответствующая погрешность производной
широта +/- 7,7 ‘= 7,7 морских миль.

Фиктивное среднее Солнце пересекло небесный меридиан в 13:19:38 + 00:08:08 =
13:27:46 CDT.Таким образом, наше местоположение составило 27 м 46 секунд времени.
к западу от 6-часового меридиана. 6 + 27/60 + 46/3600 = 6.38028 часов * 15 град / час =
96,9417 ° = 96 ° 56,5 ‘.

[Примечание о производном значении времени прохождения: график зависимости длины тени от
количество минут с полудня CDT соответствовало параболе наименьших квадратов. В
коэффициенты этой подгонки позволяют нам определить длину минимальной тени и соответствующую
время. Это время было 13:20:05 CDT. Но при этом не используется вся доступная для
нас.2. График зависимости Y от X должен представлять собой прямую линию с наклоном нуль так близко
к осеннему равноденствию. Затем я добавил [-4, -2, +2 и +4] мм к координатам X
и повторно вывели значения Y. По сути, это было испытание другого транзита.
раз. График зависимости наклона линейных аппроксимаций от этих смещений позволил мне
определить смещение, которое дает наибольшее соответствие Y по сравнению с X по горизонтали. Было получено
перемещая транзитную линию на 1,46 мм против часовой стрелки на радиус, равный
минимальная длина тени.Это соответствует времени перехода на 27 секунд раньше,
или 13:19:38.]

С помощью Google Earth мы определили, что наша истинная широта была +30 градусов 37 ‘14,8 «~
30 градусов 37,2 ‘. Истинная долгота была 96 градусов 20 ‘26,3 «~ 96 ° 20,44’ з.д.

Систематическая ошибка по широте = 30 d 44,8 ‘- 30 d 37,2 = +7,6’

Отношение систематической ошибки к случайной ошибке для широты = | 7,6 / 7,7 | ~ 1,0

Систематическая ошибка долготы = 96 d 56,5 ‘- 96 d 20,44’ = +36,1 ‘долготы.

Наши два определения широты дали невзвешенное среднее значение 30 градусов 39,0 ‘+/- 5,9’.
Истинное значение широты — 30 градусов 37,2 ‘. Наша систематическая ошибка составила 1,8 ‘
= 1,8 морских мили. Случайная погрешность составила +/- 5,9 морских миль.

Наши два измерения долготы дают невзвешенное среднее значение 96 градусов.
19,4 ‘западной долготы (с погрешностью +/- 37,1’ долготы). Наша средняя стоимость
удивительно близко к истинному значению 96 градусов 20,4 ‘. Систематическая ошибка
всего 1 угловая минута долготы, что соответствует всего 4 секундам времени.Случайный
погрешность нашего среднего значения долготы составляет 37,1 угловых минут,
что соответствует 2 минутам 28 секундам времени.

При номинальной стоимости наша средняя широта имела систематическую ошибку, которая составляла всего лишь
1,8 морских мили к северу от истинного местоположения. Это было точнее, чем я думал
с таким грубым оборудованием можно было справиться.

Наше среднее значение долготы практически не имело систематической ошибки ,
но случайная ошибка долготы была намного больше, чем случайная ошибка
широты.Линейная случайная ошибка долготы составляла
+/- 37,1 умноженное на cos (PHI) = +/- 32,0 морских миль. Случайная ошибка широты была
+/- 6,0 морских миль. Отношение этих случайных ошибок составляет 5,3. Таким образом, эллипс ошибки
очень сильно вытянут в долготном направлении.

Поиск точной долготы в море был одним из самых больших технических вопросов.
вызовы 18 века. Британское правительство предложило существенный
приз тому, кто сможет определить долготу с точностью до 1 минуты времени (или 1/4
градус).В конечном итоге эта проблема была решена производителем хронометров.
Джон Харрисон (1693-1776). Для получения дополнительной информации щелкните

здесь.

Определение широты и долготы в Колледж-Стейшн, Техас — Часть 3

Было предложено обойти нечеткий характер темной тени остроконечной
палкой (см. выше) лепим небольшую сферу на конце гномона, как показано ниже:

Тень шара будет эллипсом, и центр эллипса может быть проще.
чтобы обозначить, чем конец более темной тени заостренной палки.2 = 1,
с a = 32,033 и b = 83,59.

На следующем рисунке показаны позиции X-Y конца тени гномона.
в первый день зимы (вверху), на следующий день после осеннего равноденствия (посередине),
и первый день лета (внизу). Для среднего и нижнего локусов гномон
высота составляла 632 мм. Для верхнего локуса я масштабировал данные по X-Y на 632/550,
так как высота гномона была 550 мм, и я хочу показать, что бы наблюдалось
если бы мы использовали гномон высотой 632 мм для всех трех наборов данных.Обратите внимание, как кривизна
направлен вверх, если склонение Солнца отрицательное, есть прямая линия, пересекающая
для осеннего равноденствия и кривизна вниз для положительного склонения.

Фактически, мы можем сделать простой сферический триггер, чтобы вычислить склонение Солнца.
из этих наблюдений без какой-либо ссылки на Астрономический Аламанак.

cos (DEC) = — sin (AZ) * cos (h) / sin (t),

где AZ — азимут Солнца, h — угол места, t — угол места.
часовой угол.Из времени минимальной длины тени мы можем получить час
значения углов. Это просто количество минут до или после местного явного
полдень. Используя высоту гномона g и длину тени, мы получаем высоту
угол. Мы можем измерить значения X концов тени гномона более подробно.
легче, чем Y-значения. С общей длиной тени и значениями X
и теоремы Пифагора мы получаем Y. Какой-то простой компьютерный код
дает нам азимуты.

Данные от 21 декабря 2010 г. дают -23 град 41.1 +/- 9,5 мин как
склонение Солнца из такого анализа. Данные от 21 июня 2010 г.
дает Dec = +23 град. 56,8 +/- 7,2 мин. Таким образом, наклон эклиптики
по данным этих двух дат — 23 град 49,0 +/- 7,8 мин. Мы использовали только баллы
час и более от меридиана. Вам не нужно маленькое числовое
значение sin (t) в знаменателе.

По данным за 21 июня и 21 декабря, есть максимальная высота над уровнем моря.
угол Солнца для каждой даты, наблюдаемый с одного и того же места.Назовите тех
h_max (21 июня) и h_max (21 декабря). Легко показать, что

широта = phi = 90 — [h_max (21 июня) + h_max (21 декабря)] / 2

и

наклон эклиптики = epsilon = [h_max (21 июня) — h_max (21 декабря)] / 2

Данные по меридиану от 21 июня и 21 декабря составили 23 град. 0,9 +/- 5,0.
мин для наклона. Среднее значение этого результата и результата, приведенного выше
из определения склонения Солнца от 1 до 2 часов в любую сторону
меридиана составляет 23 градуса 25 минут, что почти точно соответствует правильному ответу
из наиболее точных наблюдений (а именно 23 град 26.2 мин). По общему признанию,
неопределенность нашего значения эпсилон составляет около +/- 0,4 градуса.

Для домашнего задания, содержащего необработанные данные от 21 июня 2010 г. и
21 декабря 2010 г., нажмите
здесь . В последнем
набора данных имеется преднамеренная ошибка транскрипции. Правильная длина тени
в 12:15:00 CST было 754,5, а не 734,5 мм. Это было сделано для того, чтобы студенты
мог судить о качестве
данные со своих графиков и созерцать «выбросы».
В этом домашнем задании можно получить
широта Колледж-Стейшн, штат Техас, и наклон эклиптики без учета
с использованием любых склонений Солнца из Астрономического Альманаха.

Определение широты и долготы острова Пасхи

Остров Пасхи расположен примерно на полпути между Сантьяго, Чили и Таити.
Хотя он является частью Полинезии, он был частью Республики Чили с тех пор.
9 сентября 1888 г. Для получения дополнительной информации щелкните
здесь.

Я был на острове Пасхи в декабре 2006 года и проводил эксперимент с гномоном.
там тоже. Я знал, что Солнце пройдет к северу от зенита в местный полдень и
что он пройдет примерно на 3 1/2 градуса от зенита.Первое, что нужно сделать
было определить примерное время местного полудня. Это произошло около 14:15,
что составляет 19:15 по Гринвичу. Это сказало мне две вещи: 1) Остров Пасхи
несколько искусственное время часов. На самом деле время на часах должно быть около двух часов.
ранее. Я подозреваю, что по экономическим причинам с материковой частью Чили они сохраняют
Время острова Пасхи намеренно приближено ко времени Сантьяго. 2) Остров Пасхи — это
примерно в 7 1/4 часа (109 градусов) к западу от гринвичского меридиана.

На приведенном ниже графике показано положение точки гномона по оси X-Y.
период 3 часа 46 минут 18 декабря 2006 г.Потому что Солнце подошло так близко
в зенит, положение острия гномона фактически находилось в тени
цилиндра палки. Зеленые точки — это точки, когда можно увидеть тень
точки гномона. Синие треугольники и голубые квадраты соответствуют временам, когда
тень острия находилась в тени цилиндра палки. В
голубые квадраты соответствуют временам, когда конец тени находился на блоке, который
держит гномон. Прицелившись на гномона ближе к концу тени
цилиндра, можно оценить положение острия гномона в пределах
тень от цилиндра.Высота блока 37 миллиметров. Я масштабировал
Координаты X-Y голубых квадратов по (636/599), чтобы учесть это. Это значит, что
все точки на графике соответствуют положению точки гномона на земле, а
высота гномона 636 мм. Обратите внимание, как мало места занимает этот набор данных по сравнению
к наборам данных, показанным выше для средних северных широт. Как и на других графиках XY выше,
север вверху, запад слева.

Длина тени vs.время с 19 часов по Гринвичу указано ниже:

Понятно, что точки нельзя уместить по параболе. Вместо этого у меня
поместите полином четвертого порядка через 11 точек с центром в местный полдень. Я получаю
минимальная длина тени 43,1 +/- 1,3 мм.

На всякий случай, если кто-то запутается, мой гномон отсоединяется от блока, на котором он держится. Так
не должно быть так удивительно, если разные эксперименты имеют немного разные значения
для высоты гномона.

Из Астрономического Аламанака координаты Солнца в местный полдень.
на острове Пасхи 18 декабря 2006 г. составили: RA = 17 ч 45 м 43,6 с;
DEC = -23 град. 23 ‘58,9 «= -23,3997 град.

Уравнение времени = 3 мин 3.9 сек.

Полудиаметр Солнца = 16,3 ‘.

Максимальный угол возвышения верхней конечности Солнца составил:

h_max = arctan [(636 +/- 1) / (43,1 +/- 1,3)] = 86,1231 (+0,1134, -0,1208) град.

Отслеживать знаки минуса здесь становится немного сложно, поскольку наблюдения были
сделано в южном полушарии на широте южнее, чем декабрь Солнца.Широта PHI = — (90 — 86.1231) — 23,3997 = -27,2766 ° = -27 ° 16,6 ‘. В
Солнце находилось к северу от зенита, а конец тени соответствует верхней конечности Солнца.
Мы получаем окончательное значение широты, изменяя положение дальше от экватора, поэтому мы
нужно вычесть полудиаметр
Солнца для этого эксперимента, проведенного в южном полушарии.
Окончательное значение широты составляет -27 градусов 16,6 ‘- 16,3’ = -27 градусов 32,9 ‘.
неопределенность высоты гномона и минимальной длины тени, неопределенность
широты +/- 7.0 ‘= +/- 7,0 морских миль.

Для определения наилучшего значения времени местного полудня (когда Солнце проходит через
небесный меридиан), я использовал 9 окончательных точек данных и определил, в какое время раньше
к местному полудню тень имела такую ​​же длину. Таким образом, я сделал некоторую интерполяцию
длина тени до полудня. Полученное среднее время прохождения составило 19:14:08 по Гринвичу с небольшой погрешностью.
+/- 7 сек. Учитывая уравнение времени, фиктивное среднее Солнце прошло 3 минуты и 3.9 сек
позже 19:14:08 GMT или 19: 17: 11.9. Таким образом, мое местоположение на острове Пасхи было 17 минут и
11,9 секунды (4,300 °) к западу от 7-часового меридиана (105 ° запад.). Мое значение долготы на Пасху
Остров тогда 109,300 ° = 109 ° 18,0 ‘.

С помощью Google Earth было определено, что истинное место, где проводился мой эксперимент
было PHI = -27 ° 09,6 ‘, долгота = 109 ° 26,5’. (Их следует проверить дважды, так как
другая веб-карта дала долготу почти на 1 фут другой.) А пока мои систематические ошибки
являются:

широта: | 32,9 — 9,6 | = 7,0 ‘, что в 3,3 раза больше случайной ошибки. Это означает, что мы могли
ожидать улучшения в эксперименте, если мы проведем его снова с тем же
оборудование. Но, учитывая, насколько близко Солнце подошло к зениту, я думаю, что мы неплохо справились.

Систематическая ошибка по долготе = | 18,0 — 26,5 | = 8,5 ‘

8,5 * cos (PHI) = 7,55. Моя линейная ошибка была sqrt (7,55 * 7,55 + 23,3 * 23,3) = 24,5 морских миль.

Насколько хорошо студенты старших курсов выполнили этот эксперимент?

Осенью 2007 года я дал этот проект своим студентам, изучающим основы астрономии в Техасском университете A&M.Студенты сдали 53 проекта. Даже после исправления всей их арифметики было несколько
выбросов. Стоимость одного проекта была на несколько градусов ниже. Четыре других были отклонены более чем на 2,5 градуса.
Для 48 значений средняя систематическая ошибка составила -2,5 +/- 8,7 ‘(средняя ошибка
среднего). Средняя систематическая ошибка составила -8,8 ‘.
Для графика ниже я выбрал средний радиус Солнца 16,1 угловой минуты в качестве
проекты были выполнены в октябре и ноябре 2007 г., когда это было средним
угловой радиус Солнца.Думаю, это замечательная демонстрация метода
и сила статистики.

Как данные могли быть более точными?

1) Используйте уровень, чтобы убедиться, что поверхность, на которой снимаются данные,
собственно, уровень.

2) Используйте отвес, чтобы убедиться, что гномон находится как можно ближе к вертикали. я
фактически сделал это для измерений на Колледж-Стейшн, но не сказал об этом выше.

3) Используйте явно прямой, металлический гномон.Мой дюбель 3/8 дюйма
стержень слегка изогнут. Дерево со временем коробится, а также меняет размер. Один раз
астрономы 16 века, такие как

Тихо Браге начал использовать металлические инструменты,
они получили гораздо более точные измерения положения Солнца, Луны и звезд.

4) Определите лучший способ определения конца темной части ( umbra ) тени гномона. Так же, как тень Земли
направлен на полнолуние в день лунного затмения, имеется
темная тень и полутень (полутень )
гномон.

5) Воздух в атмосфере Земли преломляет свет, в результате чего небесные объекты оказываются выше в
небо. На горизонте на уровне моря это составляет около 35 угловых минут, или около 0,6 градуса. Таким образом,
если нижний край Солнца «только касается» горизонта, на самом деле Солнце все ниже
горизонт. Вы видите только изображение Солнца, преломленное вокруг «края»
Земля, так сказать.

Выше в небе поправка рефракции примерно равна 60.6 угловых секунд (около 1,0
угловая минута), умноженная на котангенс видимого угла места над горизонтом. Для нашего Саут-Бенда
Согласно наблюдениям, истинное Солнце было на 0,7 фута ниже по небу, что означает, что наша широта была 0,7 фута.
дальше на север, или 41 градус 52,2 ‘. Таким образом, наша систематическая ошибка по широте немного увеличивается до
10,45 морских миль. Для Колледж-Стейшн 11/12/2006
поправка на рефракцию составила 1,1 ‘, что дало нам исправленную широту 30
deg 34,2 ‘, уменьшая нашу систематическую ошибку с -4.От 1 до -3,0 морских миль.

Определение окружности Земли

Я отслеживал пробег на моей машине от Саут-Бенда до Колледж-Стейшн и
отслеживал пробег нескольких коротких боковых поездок по пути. Вдоль
маршрут, который я выбрал, расстояние от одного места теневых измерений
к другому — 1248,8 статутных миль. Но я не проехал большой круг
маршрут из одного места в другое.

Кратчайшее расстояние между двумя точками на поверхности сферы — это расстояние
большой круг маршрут.Если вы пропустите самолет через центр
сферы и через две точки, что будет определять кратчайший
маршрут по поверхности сферы . Вот почему, когда вы летите из Сана
Франциско в Японию, вы летите очень далеко на север. Похоже, ты выходишь из
по-твоему, но это не так.

По моему атласу Rand McNally Road, я прикидываю, что «прямая линия» из Nieuwland Science
Холл от кампуса Нотр-Дам до инженерного здания Захари в Техасском A&M составил 81 процент.
моего пробега на одометре, или 1011.5 миль.

Учитывая полученные значения широты и долготы двух участков, я рассчитал, что
они были разнесены на 14,034 градуса по маршруту большого круга. Таким образом, оценка
окружности Земли (C) по этим измерениям составляет:

C = 360 / 14,034 * 1011,5 = 25 947 статутных миль.

Истинное значение — 24 901 миля. Таким образом, полученное нами значение составляет примерно 4,2 процента.
слишком большой. Большая часть систематической ошибки связана с этим фактором в 81 процент.
чтобы скорректировать мой пробег по одометру на «прямой выстрел».Ты можешь поверить
что фактический маршрут, по которому я ехал, был более извилистым, чем разрешение
карта в дорожном атласе может показать. Таким образом, коэффициент 0,81, вероятно, является верхним
предел. Мы получили бы «правильное» значение окружности Земли.
если бы наш поправочный коэффициент был 0,777.

Вы можете задать вопрос, связанный с этим: как мы узнаем, что мой одометр не имеет систематического масштабирования?
собственная ошибка? Фактически, проезжая по межштатной автомагистрали 55 в Иллинойсе, я заметил, что 98 миль
по отметкам миль был такой же, как 96.8 миль на моем одометре. Таким образом, если отметки мили
были действительно точными, я был занижая расстояние от точки A до точки B на 1,2
процентов. Наше «лучшее» значение длины окружности Земли может составлять 5,5% ошибки, а не просто
4,3 процента. Но … как мы узнаем, правильно ли проставлены отметки миль? Был бы мой одометр
дали такой же пробег, если бы мои шины были накачаны сильнее? Как видите, вопросы никогда не
конец. Это общая черта научных измерений.

Замечу, что в реальных научных исследованиях никто не знает «истинного ответа» на то, что мы
пытаются измерить. Есть количественные неопределенности, но результаты
всегда заканчиваются смесью случайных и систематических ошибок. Но если два независимых
исследователи измеряют одно и то же, они должны получить тот же ответ в пределах ошибок.
Сравнение их двух наборов данных позволяет оценить размер систематической
ошибки.

Вернитесь на главную страницу Кевина Кришюнаса, нажав здесь.

Постройте солнечные часы — Создайте солнечные часы

Поворачивайте солнечные часы, пока они не совпадут с
время, указанное на ваших часах. Закрепите солнечные часы с помощью секундомера.
винт. Эти часы показывают восемь утра, солнечные часы выставлены.
с краем тени по линии 8:00. Ваш
солнечные часы лучше всего работают, когда установлено стандартное время, а не летнее время.
Если на ваших солнечных часах установлено стандартное время, вам нужно будет добавить один час к
время в летние месяцы.


В ваших солнечных часах используются двоичные числа.
эта ссылка для объяснения двоичных чисел.
Двоичные числа.


Десятичные числа
Солнечные часы выше показывают 11:00 утра.


В приведенном ниже примере солнечные часы показывают 8:00 утра.

8:00

8:30 AM


9:45 AM


12:00 полдень


16:00


6:00 PM

904 Использование Солнце для определения времени — сложный процесс.
Вот несколько ссылок с дополнительной информацией о солнечных часах.

Солнечные часы от НАСА
(Включает отличный график, показывающий, как меняются углы для
разных широт.)

Солнечные часы
Калькулятор
(спроектируйте солнечные часы для разных широт)


Двоичные числа

Этот проект подходит для старших классов и старших классов.
начальные классы, поддерживающие как часть астрономии в учебной программе естественных наук
и аспекты учебной программы по математике — двоичные числа и геометрия.

В бинарных солнечных часах hila вместо них используются двоичные числа.
обычных римских цифр.
Компьютеры используют двоичную математику, вот как это работает.

Обычные десятичные числа используют 10 символов, общие числа
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9.
В двоичной математике используются только два символа, 0 и 1.

Мы используем цветные бусины на наших солнечных часах. «0» обозначается
белый цвет, а цифра «1» — цвет.

Мы используем «4-битные» двоичные числа, представленные 4 бусинками.У каждого местоположения бусинки есть «значение».
Крайняя правая бусина имеет значение 1, следующая бусина —
значение 2, затем 4 и 8 на левом конце.

Чтобы определить десятичное значение двоичного числа, сложите
значения цветных бусинок (помните, что белый — «0»).
Например, 5 = 4 + 1.
Вот таблица, в которой показаны некоторые десятичные значения для
4-битное число.

Солнечные часы Математика

Алессандро Гунелла
Перевод Роберта Келлогга

Введение

Мы рассматриваем здесь аналемматические солнечные часы с гномоном, который движется по календарной линии (или зодиакальному пути), оставаясь перпендикулярно плоскости циферблата (хотя в некоторых конструкциях он может быть наклонен).Если гномон не находится в плоскости местного меридиана, циферблат больше не работает.

Аналемматические солнечные часы некоторые назвали «новинкой». То есть он очень хорошо подходит для использования в качестве «городской мебели» в скверах или на детской площадке. Циферблат имеет довольно широкий эллипс, от нескольких метров до десяти в диаметре, нарисованный соответствующим образом ориентированным на почти горизонтальной поверхности. Вдоль малой оси север-юг расположен календарь (зодиак), обычно ограниченный месяцами года.Результат виден на иллюстрации (рис.1): те, кто хочет читать время, встают в соответствующую точку зодиака для соответствующей даты, затем тень от головы указывает на часовые метки на эллипсе, показывая местное время. . Интерес как раз и заключается в том, что это солнечные часы «человеческий» гномон.

Мы знаем, что теоретическая основа Аналемматических солнечных часов восходит к трактату Валезара (1640 г.) и трактата Фостера (1654 г.). Оттуда он развился через французские трактаты Озанама, а затем Бедоса и Лаланда.Интересно, что самые старые известные аналемматические солнечные часы находятся на кладбище в Бурк-ан-Бресс и датируются 1530 годом. По совпадению, Бур-ан-Бресс является местом рождения Валезара.

Демонстрацию работы солнечных часов Analemmatic иногда трудно понять (например, Bédos). Как только люди поняли, что эллипс и зодиак работают как солнечные часы, они больше не подвергали сомнению доказательства того, почему они работают. Те, кто занимался проблемой демонстрации работы циферблата, позже попытались обогатить «новинку» бесполезными рисунками, такими как лемискат часов простоя, который, как известно, действителен только для полудня.Можно привести очень сложные теоретические построения французских авторов, которые явно копировали друг друга, но никогда не подвергались критике.

Чрезвычайно простая интерпретация

Я не претендую на оригинальность, и добавление « Nihil sub sole novi » остается верным. Предлагаемая мною демонстрация основана на солнечных часах армиллярной сферы (рис. 2) и чрезвычайно проста, но я просмотрел несколько книг по гномонике, старых и менее старых, но так и не нашел эквивалента.Прошу прощения у тех, кто видит проблему исключительно с математической точки зрения. Я принадлежу прошлому и настаиваю на использовании графики.

Солнечные часы в равноденствие (экваториальные солнечные часы) можно легко изготовить, используя упрощенный вариант армиллярной сферы и связанных с ней проекций (рис. 3). Начнем с экваториального круга XYZ радиуса R с одинаковыми часовыми метками от 6 часов утра (в точке Z ) до полудня (в Y) и до 18:00 (в X). Стилус перпендикулярен экваториальной окружности в точке C, представленной точкой в ​​верхней части рисунка 3.

Затем мы рассматриваем экваториальный круг в виде сбоку с кругом, ориентированным на экваториальном плане Земли и стилусом, теперь видимым как ECH, проходящий через центр круга C и ориентированный на полярную ось Земли. (середина рис. 3) Теперь циферблат равноденствия проецируется на горизонтальную плоскость. (внизу рис. 3) Представьте себе отвес, свисающий от каждой часовой отметки от края экваториальной окружности до горизонтальной плоскости. Это «точки», показанные с 6 утра до 6 вечера.

Вместо того, чтобы рисовать эллипс экваториальной окружности и отметок времени, мы показываем окружности малой и большой полуосей. Часовые метки образуют эллипс между кругами.

Снова глядя на циферблат равноденствия, острие стилуса в точке C отбрасывает свою тень на экваториальный круг. Рассмотрим часовую метку на окружности экваториального круга и длину тени, которая как раз касается этой часовой метки. Во время летнего солнцестояния тень будет из точки E, а во время зимнего солнцестояния тень будет из точки H.Обратите внимание, что от края экваториальной окружности (например, в точке Y) крайние точки CE и CH имеют угловое изменение +/- 23,5 град.

Если вы выберете любую точку Kn на отрезке EH, она будет представлять положение солнечного склонения на заданную дату: Kn = R × tan (склонение солнца). Вы можете указать позицию Kn с интервалом каждый месяц или даже каждый день года. Таким образом, если выбрать любую точку Kn на отрезке EH стилуса, можно будет идентифицировать «почти однозначное» соответствие между Kn и датой.Конечно, будут два дня в году, когда точка Kn проецирует свою тень на экваториальный круг.

А теперь представьте отвес, свисающий от щупа в точке Kn где-нибудь на плоскости земли вдоль меридиональной линии север-юг. (Рис. 4) Фактически, мы можем представить себе несколько отвесов, свисающих от каждой часовой метки до горизонтального циферблата. Отвес от Kn создает своего рода вертикальный стилус, действительный только для этой даты. Но мы знаем по циферблату Equatnoctial, что тень Kn просто пересекает часовые метки.Для проекции мы видим вертикальные теневые плоскости, заканчивающиеся от отвеса Kn до каждой часовой отвесной линии. Эти плоскости будут содержать все «солнечные лучи», проецируемые из точки Kn на эллипс часовых точек. Другими словами, тень отвеса Kn проходит через часовые точки на наземной проекции экваториального круга.

В другой день точка Kn изменится, и появится новый пучок вертикальных линий, но плоскости будут правильно проецироваться на отметки времени на земле. Quod manifestrandum erat. (Так демонстрируется)

Я хотел бы указать, что одна из больших полуосей эллипса — это радиус окружности экваториального циферблата, а другая полуось — это проекция радиуса на плоскость аналемматического циферблата и зависит от широта расположения солнечных часов. Читатель может произвести вычисления, если он / она пожелает.

Техника построения эллипса и временных точек на нем также довольно хорошо известна, например, книга Коммандино «de Analemmate», написанная в 1563 году.[Если вам нужна подробная справка по аналемматическим солнечным часам, подумайте о приобретении Справочника по аналемматике Североамериканского общества солнечных часов.]

В реальном мире также можно предположить, что плоскость заземления не горизонтальна, но в рассуждениях ничего не меняется: отвесные линии, спускающиеся от точек времени, образуют своего рода вертикальную клетку из линий, которые не зависят от уровня двор, на котором они заканчиваются. Их фигура, как и взаимное расположение точек Kn относительно дат, видимых на виде сверху, неизменна.Поэтому достаточно отметить концы как временной отметки, так и линий отвеса Kn на этой горизонтальной или наклонной плоскости, убедившись, что «подвижный щуп» всегда находится вертикально [к истинной земле]. (Человеческий стиль, даже если циферблат нарисован на склоне холма, будет стараться быть вертикальным по отношению к истинной земле … по крайней мере, намеренно).

Таким образом, я считаю, что отслеживание аналемматических солнечных часов во дворе, саду или на игровой площадке, даже когда они наклонены или наклонены, может происходить аналогично тем строителям, которые отслеживают новое здание: они действуют в гипотетической горизонтальной плоскости. , затем перенесите свои планы с вертикальными столбами и отвесами на неровную поверхность.(Очевидно, нет никакого интереса к построению и аналемматическому циферблату на грунтовой поверхности.)

Также возможно расширить обсуждение: вместо того, чтобы рассматривать отвесы, как это было сделано здесь, можно создавать аналогичные проекции с переменным наклоном, используя различные горизонтальные или наклонные поверхности. Выбранные наклонности обозначаются соответствующими гномонами. Так называемый циферблат «Фостер — Ламберт» — один из них.

Ограничивающая особенность этого исследования — когда гномон имеет фиксированное положение и не зависит от даты: результат, конечно же] — это «нормальные» солнечные часы на любой плоскости с полярным гномоном.Но я должен повторить, что гномон (или хотя бы точка гномона) всегда должен находиться в плоскости местного меридиана.

Солнечные часы Научный эксперимент | Clearway Community Solar

Примечание для родителей: этот эксперимент предназначен для детей в возрасте от 8 и старше . В проекте может потребоваться помощь взрослых при работе с определенными объектами (пистолет с горячим клеем и правильное отслеживание солнца). Эксперимент могут пройти дети в возрасте от 4 лет, но на всех этапах потребуется поддержка.

Важное примечание: потребуется целый день, чтобы отслеживать положение солнца на небе и создавать почасовые отметки на солнечных часах. Имея это в виду, может быть лучше всего создать солнечные часы в один день и отслеживать солнце в другой.

Обзор эксперимента:

Вы когда-нибудь играли на улице в ясный летний день и наблюдали, как положение солнца меняется с течением времени? Например, когда вы играли на улице в 10 часов утра, солнце находилось в одном положении, а когда вы снова смотрели в час дня, казалось, что солнце движется по небу в другое место.Следя за солнцем в течение дня, вы можете подумать, что оно совершает путешествие по небу по определенному пути; на самом деле это не так. Наша Земля — ​​это предмет, который движется или вращается по определенному пути! Солнце не движется, нас ! Земля вращается вокруг своей оси, что создает «солнечный день». солнечных дня — это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу. Из-за этого вращения кажется, что солнце движется по небу в зависимости от времени суток.

Ранние египетские астрономы заметили то же самое в Солнце и создали устройство, которое могло отслеживать «движение» солнца, чтобы точно определять время. Название этого устройства — солнечные часы. Солнечные часы — это инструмент, который показывает время по положению солнца. Основные части солнечных часов довольно просты и состоят из:

  1. циферблата / циферблата
  2. гномона, который является элементом солнечных часов, отбрасывающим тень

Когда Земля вращается, а Солнце кажется движущимся. На небе тень, созданная гномоном, указывает время дня.В этом эксперименте мы собираемся создать наши собственные солнечные часы и отслеживать вращение Земли относительно Солнца. Давайте начнем!

Экспериментальные материалы:

  • Кусок картона или прочной бумаги среднего размера
  • Глина для лепки
  • Карандаш
  • Пистолет для горячего клея
  • Линейка
  • Маркер / ручка
  • Часы (для определения времени)
  • Открытое пространство солнце (подъездная дорога, парковка, детская площадка или двор)

Процесс эксперимента:

Шаг 1

Первым шагом в этом эксперименте является создание гномона для солнечных часов.Для этого возьмите небольшое количество пластилина и создайте круглую основу в форме шара. Придавите дно глиняного шара, чтобы он не катился по ровной поверхности. Затем поместите карандаш прямо в центр глиняного шара для лепки, чтобы карандаш мог свободно стоять.

Примечание. Возможно, потребуется вылепить из пластилина вокруг карандаша, чтобы убедиться, что он стоит прямо.

Шаг 2

Поместите крестик в центре нижней части картона.(Здесь будет помещен гномон.)

Шаг 3

Затем приклейте горячим клеем гномон из глины / карандаша к нижней центральной части картона, где отмечен «X». Дайте горячему клею остыть, прежде чем перемещать солнечные часы.

Примечание. Для использования пистолета для горячего клея может потребоваться помощь родителей.

Step 4

Найдите открытое место, которое большую часть дня находится прямо на солнце. Убедитесь, что поверхность ровная и как можно более ровная.Солнечные часы не должны находиться на наклонной или наклонной поверхности.

Примечание. Я поставил солнечные часы в конце проезжей части на ровной поверхности из бетона. Чтобы убедиться, что мои солнечные часы были легко доступны для шагов 5-7, я также поместил солнечные часы на пластиковый контейнер.

Шаг 5

Выровняйте солнечные часы так, чтобы первая тень, отбрасываемая на картон, находилась с левой стороны.

Примечание: солнечные часы будут указывать в северном направлении, если вы живете в Северном полушарии, и в южном направлении, если вы живете в Южном полушарии.

Step 6

Отметьте точку первого часа на солнечных часах. Для этого поместите линейку поверх тени и используйте маркер, чтобы обвести тень, созданную гномоном. Не забудьте указать время корреляции вверху отметки / линии. Повторяйте этот шаг каждый час.

Примечание. Используйте одни и те же часы для каждого времени записи, чтобы солнечные часы были одинаковыми. Как видите, я запустил свои солнечные часы в 8 утра.

Step 7

Наблюдайте за солнечными часами в течение дня и отслеживайте тень, создаваемую каждый час.Продолжайте отслеживать и записывать время корреляции, пока доступно солнце.

Выводы:

Как видно из рисунка выше, я смог создать свои солнечные часы с 8 утра до 4 вечера. Причина, по которой я не записывал часы до и после этого времени, заключалась в том, что у меня не было доступа к солнцу из-за покрытия деревьев. Когда создавались солнечные часы, я заметил несколько наблюдений.

  • Тень, создаваемая солнечными часами, становилась все меньше по мере приближения времени к 12 (полдень).С течением дня тени начали увеличиваться в размерах с приближением вечерних часов. Наука, стоящая за этим наблюдением, такова: тени стали меньше в 12 (полдень), потому что солнце находится прямо над положением солнечных часов; это означает, что будет создана / отброшена только небольшая тень или она не будет отбрасываться. По мере того как Земля продолжает вращаться, и солнце кажется ниже в небе к горизонту (вечер), тени увеличиваются в длине из-за местоположения солнца.
  • Расстояние между часами на солнечных часах было относительно одинаковым у основания возле гномона.Когда солнечные часы были завершены, казалось, что они были разделены на относительно равные части, выходящие из гномона.

Это наблюдение имеет смысл, потому что каждый час был отмечен на основе 60 минут прошедшего времени.

Например:

  • С 9:00 до 10:00 прошло ровно 60 минут.
  • С 10 утра до 11 утра отсчитывается 60 минут.
  • Важно также отметить, что мои солнечные часы были созданы в «летнее время».Это практика сдвига солнечного времени на один час и перевода часов в летние месяцы, чтобы вечерний свет оставался дольше. Обычно, если в регионе действует «летнее время», часы переводятся на 1 час вперед ближе к весне и переводятся назад около осени. Этот эксперимент проводился в июле месяце и в «летнее время». Если бы я использовал эти солнечные часы в «стандартное время» (обычные часы), мне пришлось бы изменить время на 1 час. 10 часов утра выпадут на показания 9 часов утра (на 1 час назад по сравнению с исходными солнечными часами)

Теперь, когда солнечные часы созданы и основные пункты для обучения изложены, я надеюсь, вы лучше понимаете вращение Земли относительно солнца.Теперь, когда вы выйдете на улицу, чтобы насладиться солнечными лучами в ясный день, вы будете знать, что движется земля, а не солнце!

Расширение:

Варианты эксперимента

Родители, не стесняйтесь попробовать следующие варианты эксперимента:

  • Используйте тело ребенка как гномон солнечных часов. Проследите тень их тела, чтобы создать отметки для солнечных часов на подъездной дорожке или большом открытом бетонном пространстве.
  • Измените элемент, используемый в качестве гномона, для создания различных теней.(трубка для бумажного полотенца, небольшой кусочек дерева, маленький гвоздь, кусок проволоки)

Вопросы для изучения / расширения

  • Какие основные части солнечных часов и как они работают?
  • Что такое «летнее время» и как оно влияет на солнечные часы?
  • Что, если бы вы изменили материал солнечных часов? Могут ли материалы повлиять на результаты работы солнечных часов и слежения за солнцем?
  • Может ли быть изогнута плоская пластина / циферблат солнечных часов? Может ли изогнутая пластина изменить точность солнечных часов?
  • Насколько точны солнечные часы? Что может помочь сделать солнечные часы более точными?
  • Как вы думаете, есть ли проблемы с солнечными часами? Есть ли недостатки в использовании этого предмета в качестве надежного инструмента для определения времени?

Как сделать солнечные часы

В этом научном и астрономическом проекте мы предоставили планы, которые вы можете скачать и распечатать дома, чтобы помочь вам сделать свои собственные солнечные часы.Это отличный проект для детей, который научит их движению Солнца по небу, а также немного истории науки.

Вам понадобится качественный струйный или лазерный принтер, чтобы воспроизвести план солнечных часов (который вы можете скачать здесь) на бумаге формата A4. Если у вас нет принтера, вам может помочь местная библиотека.

Вам также понадобится жесткий кусок карточки формата A4, чтобы прикрепить распечатанный план. Пакет с хлопьями подойдет, но сделайте его вдвое большей толщины.

Используйте контактный клей на основе аэрозоля — материал, который используют профессионалы для приклеивания фотографий — или клей-карандаш, когда наклеиваете бумажный план на обратную карту. Жидкий клей ПВА (или аналогичный) трудно наносить равномерно, он может растянуть или сморщить бумагу.

И ремесленный нож и правило лучше всего. Для завершения модели солнечных часов необходимо несколько сложных разрезов и складок, поэтому используйте острое лезвие, а не ножницы, и линейку в качестве ориентира.

Гномон, часть солнечных часов, отбрасывающая тень, образована отрезком черной нити, протянутой между двумя точками модели.Нити будет достаточно, но убедитесь, что она не растягивается при натяжении.

Наконец, вам понадобится прозрачная лента, чтобы прикрепить резьбу к солнечным часам.

Вы почти готовы к работе! Но сначала немного истории:

Большинство детей видели солнечные часы раньше, но пробовали ли вы когда-нибудь сделать свои собственные? Предоставлено: Дональд Иэн Смит / Getty Images

.

До того, как в конце 17 века были изобретены надежные механические часы, наиболее точным средством записи времени было отслеживание тени объекта, отбрасываемой лучами Солнца, на градуированном циферблате.Первое свидетельство существования солнечных часов — египетское, датируемое 15 веком до нашей эры.

Во втором веке нашей эры Аналемма Птолемея подробно описала, как круги небесной сферы могут быть спроецированы на плоскую плоскость с использованием тригонометрических принципов.

Для изготовителя солнечных часов этот трактат был неоценим, поскольку движение тени объекта — технический термин для части солнечных часов, отбрасывающей тень — гномон — теперь можно было описать с математической точностью для любой ориентации циферблата, где бы он ни находился. это было на Земле.

Греческий астроном Птолемей за работой со сферой. Фото Hulton Archive / Getty Images

С изобретением магнитных компасов в конце 14 века портативные направленные солнечные часы наконец стали реальностью.

Когда большинство людей думают о солнечных часах, они представляют себе садовый или горизонтальный циферблат, установленный на пьедестале. В правильно установленном примере гномон будет указывать строго на север, а его угол к горизонтали будет равен широте его местоположения.

Если у вас есть телескоп, установленный на экваториальном пространстве, вы можете распознать эту установку как определение полярной оси — параллельной оси вращения Земли. Вариант этой формы — вертикальный циферблат — часто встречается на южной стороне церквей и зданий.

Есть несколько других форм солнечных часов. На экваториальных циферблатах часовая шкала представляет собой диск, расположенный под прямым углом к ​​гномону в плоскости экватора Земли. Это затрудняет определение времени равноденствий, поэтому улучшенная версия — армиллярная сфера.

В этой форме часы вписаны в кольцо с той же центральной точкой, что и гномон. Затем идут полярные циферблаты, на которых часовая шкала расположена параллельно гномону.

Армиллярные солнечные часы в Лондоне, Великобритания. Предоставлено: Коллекция Хобермана / Getty Images

.

Форма солнечных часов, которую мы собираемся сделать, называется диптихом. Это развитие горизонтальных и вертикальных солнечных часов, которые стали популярными в качестве портативного инструмента в 16 веке.

Наша версия была специально разработана для центра Великобритании (54 ° северной широты и 2,5 ° западной долготы).

Имеет два циферблата, повернутые под углом 90 °; обученная нить между их центрами образует гномон. Вы сможете определить среднее время по Гринвичу с помощью вертикального циферблата, а британское летнее время — на горизонтальном циферблате.

Более того, тень от узла или бусинки в точке C на нити гномона будет отмечать солнцестояния и равноденствия.

Диптиховые солнечные часы, сделанные Гансом Дюшером в Германии, 1574 г.Предоставлено: библиотека изображений науки и общества / Getty Images

.

На этих солнечных часах всегда будет отображаться местное или кажущееся солнечное время: когда Солнце находится точно на юге, кажущееся время — именно полдень. Но если вы не живете точно на Гринвичском меридиане, необходимо внести поправку на долготу.

Это связано с тем, что солнечные часы показывают местный полдень на четыре минуты раньше для каждого градуса долготы к востоку от Гринвича и на четыре минуты позже для каждого градуса к западу от него.

В Лоустофте, самой восточной точке Великобритании, солнечные часы показывают полдень за семь минут до Лондона, а в Пензансе (долгота 5.5 ° з.д.) солнечные часы показывают полдень через 22 минуты после Гринвича (см. Диаграмму ниже).

Уравнение времени

Помимо долготы, если вы внимательно сопоставите видимое время солнечных часов со средним солнечным временем, указанным на точных часах (без учета британского летнего времени), вы заметите, что эти два значения все еще не совпадают в течение года.

Бывают периоды, когда солнечные часы показывают быстрые часы, достигая максимума 16,4 минуты в начале ноября.Также будут времена, когда солнечные часы будут медленнее, на целых 14,2 минуты в феврале.

Это известно как «уравнение времени», и этому Птолемей посвятил целую главу в Альмагесте. Его можно выразить следующим образом:

Уравнение времени =
кажущееся солнечное время — среднее солнечное время

Причина несоответствия заключается в эксцентриситете орбиты Земли, который вызывает ускорение и замедление видимого движения Солнца по годичному ходу эклиптики, а также наклон орбиты Земли к ее экватору. .

Но есть четыре раза в году, когда солнечные часы на Гринвичском меридиане совпадают: 15 апреля, 13 июня, 1 сентября и 25 декабря.

Современные конструкции, которые корректируют уравнение времени, а также долготу, отображают время очень точно, воссоединяя человеческую деятельность с древними циклами Солнца и звезд.

Следуйте нашему пошаговому руководству ниже и создайте свои собственные солнечные часы.

Калькулятор угла тени горизонтальных солнечных часов

Калькулятор угла тени горизонтальных солнечных часов



ЛЮБОЙ КАЛЬКУЛЯТОР, ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КАЛЬКУЛЯТОР УГЛОВАЯ ТЕНЬ



Геокодер Широта / долгий поиск

Проведите линию от A через вертикальную линию так, чтобы угол B’AB был равен широте места, где будет использоваться циферблат.Запомните этот угол для изготовления гномона.

Все, что осталось, это добавить гномон и установить циферблат на солнце. Гномон представляет собой треугольную деталь с одним углом, равным широте места, где будет использоваться циферблат. На схеме ниже показано, как прикрепить гномон к циферблату.

Пришло время вынести циферблат на улицу и начать отсчитывать время. Сориентируйте циферблат так, чтобы линия 12:00 и гномон (который лежит вдоль линии 12:00) указывали на ИСТИННЫЙ СЕВЕР.

Если вы живете в Северном полушарии, найти истинный север так же просто, как найти Полярную звезду и настроить циферблат так, чтобы она указывала на нее, а также, если вы измеряете угол Полярной звезды (Полярной звезды) над горизонтом, вы получите свою широту. НЕ используйте компас, чтобы найти север, компас показывает магнитный север НЕ истинный север.

Что такое Север?

  • Истинный север: (также известный как географический север или север на карте) — это географический северный полюс, на котором пересекаются все линии долготы.Все карты расположены так, что истинный север расположен прямо вверху. К несчастью для путешественника по дикой местности, истинный север находится не в той же точке на Земле, что и северный магнитный полюс, на который указывает ваш компас.
  • Магнитный Север: Думайте о Земле как о гигантском магните (на самом деле это так). Форма магнитного поля Земли примерно такая же, как у стержневого магнита. Однако магнитное поле Земли наклонено примерно на 11 ° от оси вращения Земли, поэтому это означает, что магнитный полюс Земли не соответствует географическому северному полюсу, и, поскольку ядро ​​Земли расплавлено, магнитное поле всегда слегка смещается.Красный конец стрелки компаса намагничен, и где бы вы ни находились, магнитное поле Земли заставляет стрелку вращаться, пока она не окажется в том же направлении, что и магнитное поле Земли. Это магнитный север (обозначен на топографической карте как MN). На рисунке ниже показаны магнитные линии для США. Если вы обнаружите себя в любой точке США, ваш компас будет ориентироваться параллельно магнитным силовым линиям в этой области.

Какое у вас склонение карты?

Первое, что вам нужно знать, это где вы находитесь относительно магнитного севера.Вы можете найти эту информацию, посмотрев на легенду вашей карты. Если вы посмотрите на карту Северной Америки, вы увидите линию, примерно обозначающую склонение 0 °. Если вы находитесь на линии, склонение которой равно 0 градусам, вам не о чем беспокоиться, поскольку магнитный север и север карты эквивалентны. Если вы находитесь справа от этой линии, ваш компас будет указывать на линию (слева) и, следовательно, склонение будет на запад. Если вы находитесь слева от линии, ваш компас будет указывать на линию (вправо) и, следовательно, склонение будет на восток.

Настройка компаса на местное склонение:

Еще один способ справиться со склонением — отрегулировать компас. Некоторые компасы имеют внешнее градусное кольцо, которое можно разблокировать с помощью установочного винта или защелки. Это позволяет вам переустановить компас, чтобы учесть склонение. Например, если склонение было 14 градусов восточной долготы, вы можете повернуть шкалу градусов вправо так, чтобы магнитная стрелка указывала на 14 градусов, а не на 360 градусов.Как только вы это сделаете, вам больше не придется прибавлять или вычитать склонение, потому что ваш компас выровнен по истинному северу. Теперь, когда стрелка компаса находится внутри ориентирующей стрелки, азимут компаса, который вы считываете со своего компаса, будет относиться к истинному северу, а не к магнитному северу. Если у вас есть компас с фиксированным кольцом, вы можете отметить угол склонения на кольце компаса с помощью куска ленты.



Уравнение времени:

График уравнения времени.который преобразует солнечное время (местное кажущееся время) в местное среднее время.

Представленные значения являются средними и могут иметь ошибку на 10-15 секунд в январе и декабре определенных лет.

Видимое движение Солнца по плоскости эклиптики нерегулярно. Это неравномерное движение вызвано двумя причинами: 1) орбита Земли не круговая, а эллиптическая и 2) ось Земли наклонена примерно на 23 градуса от эклиптики. Среднее солнечное время предполагает, что орбита круглая, нет наклона, и все похоже на «часовой механизм».Однако это не так, поэтому солнечные часы (которые показывают реальное солнечное время) отличаются от среднего времени уравнением времени. Поскольку в часах и часах используется среднее солнечное время, между временем показания ваших часов и временем показания циферблата будет очевидная ошибка.

День ЯНВ ФЕВ МАР АПР МАЙ ИЮН ИЮЛЬ АВГ СЕНТ ОКТЯБРЬ НОЯБРЬ День ЯНВАРЬ ФЕВР МАР АПР МАЙ ИЮН ИЮЛЬ АВГ СЕНТЯБРЬ ОКТ НОЯБРЬ
1 -3: 12 -13: 33 -12: 34 -4: 08 +2: 51 +2: 25 -3: 33-6: 16 -0: 12 +10: 05 +16: 20 +11: 11
2 -3: 40 -13: 41 -12: 23 -3: 50 +2: 59 +2: 16 -3: 45-6: 13 +0: 07 +10: 24 +16: 22 +10: 49
3 -4: 08 -13: 48 -12: 11 -3: 32 +3: 06 +2: 06 -3: 57-6: 09 +0: 26 +10: 43 +16: 23 +10: 26
4 -4: 36 -13: 55 -11: 58 -3: 14 +3: 12 +1: 56 -4: 08-6: 04 -0: 45 +11: 02 +16: 23 +10: 02
5-5: 03 -14: 01 -11: 45 -2: 57 +3: 18 +1: 46 -4: 19 -5: 59 -1: 05 +11: 20 +16: 22 +9: 38
6 -5: 30 -14: 06 -11: 31 -2: 40 +3: 23 +1: 36 -4: 29-5: 53 +1: 25 +11: 38 +16: 20 +9: 13
7-5: 57 -14: 10 -11: 17 -2: 23 +3: 27 +1: 25 -4: 39 -5: 46 +1: 45 +11: 56 +16: 18 +8: 48
8-6: 23 -14: 14 -11: 03 -2: 06 +3: 31 +1: 14 -4: 49 -5: 39 +2: 05 +12: 13 +16: 15 +8: 22
9-6: 49 -14: 16 -10: 48 -1: 49 +3: 35 +1: 03 -4: 58-5: 31 +2: 26 +12: 30 +16: 11 +7: 56
10-7: 14 -14: 18 -10: 33 -1: 32 +3: 38 +0: 51 -5: 07-5: 23 +2: 47 +12: 46 +16: 06 +7: 29
11-7: 38 -14: 19 -10: 18 -1: 16 +3: 40 +0: 39 -5: 16 -5: 14 +3: 08 +13: 02 +16: 00 +7: 02
12-8: 02 -14: 20 -10: 02 -1: 00 +3: 42 +0: 27 -5: 24 -5: 05 +3: 29 +13: 18 +15: 53 +6: 34
13 -8: 25 -14: 19 -9: 46 -0: 44 +3: 44 +0: 15 -5: 32 -4: 55 +3: 50 +13: 33 +15: 46 +6: 06
14-8: 48 -14: 18 -9: 30 -0: 29 +3: 44 +0: 03 -5: 39 -4: 44 +4: 11 +13: 47 +15: 37 +5: 38
15 -9: 10 -14: 16 -9: 13 -0: 14 +3: 44 -0: 10 -5: 46 -4: 33 +4: 32 +14: 01 +15: 28 +5: 09
16 -9: 32 -14: 13-8: 56 +0: 01 +3: 44 -0: 23-5: 52 -4: 21 +4: 53 +14: 14 +15: 18 +4: 40
17 -9: 52 -14: 10 -8: 39 +0: 15 +3: 43 -0: 36 -5: 58 -4: 09 +5: 14 14:27 +15: 07 +4: 11
18 -10: 12 -14: 06-8: 22 +0: 29 +3: 41 -0: 49-6: 03 -3: 57 +5: 35 +14: 39 +14: 56 +3: 42
19 -10: 32 -14: 01-8: 04 +0: 43 +3: 39 -1: 02-6: 08 -3: 44 +5: 56 +14: 51 +14: 43 +3: 13
20 -10: 50 -13: 55-7: 46 +0: 56 +3: 37 -1: 15-6: 12 -3: 30 +6: 18 +15: 02 +14: 30 +2: 43
21 -11: 08 -13: 49 -7: 28 +1: 00 +3: 34 -1: 28-6: 15 -3: 16 +6: 40 +15: 12 +14: 16 +2: 13
22 -11: 25 -13: 42 -7: 10 +1: 21 +3: 30 -1: 41-6: 18 -3: 01 +7: 01 +15: 22 +14: 01 +1: 43
23 -11: 41 -13: 35-6: 52 +1: 33 +3: 24 -1: 54-6: 20 -2: 46 +7: 22 +15: 31 +13: 45 +1: 13
24 -11: 57 -13: 27-6: 34 +1: 45 +3: 21 -2: 07-6: 22 -2: 30 +7: 43 +15: 40 +13: 28 +0: 43
25 -12: 12 -13: 18-6: 16 +1: 56 +3: 16 -2: 20-6: 24 -2: 14 +8: 04 +15: 47 +13: 11 +0: 13
26 -12: 26 -13: 09 -5: 58 +2: 06 +3: 10 -2: 33-6: 25 -1: 58 +8: 25 +15: 54 +12: 53 -0: 17
27 -12: 39 -12: 59 -5: 40 +2: 16 +3: 03 -2: 45-6: 25 -1: 41 +8: 46 +16: 01 +12: 34 -0: 47
28 -12: 51 -12: 48 -5: 21 +2: 26 +2: 56 -2: 57-6: 24 -1: 24 +9: 06 +16: 06 +12: 14 -1: 16
29 -13: 03 -12: 42 -5: 02 +2: 35 +2: 49 -3: 09-6: 23 -1: 07 +9: 26 +16: 11 +11: 54 -1: 45
30 -13: 14 -4: 44 +2: 43 +2: 41 -3: 21-6: 21 -0: 49 +9: 46 +16: 15 +11: 33 -2: 14
31 -13: 24 -4: 26 +2: 33 -6: 19 -0: 31 +16: 18 -2: 43

Формат данных: [(+/-) минуты: секунды], где + — быстро, а — — медленно.


Движение солнца

Солнце совершает два движения, каждое из которых влияет на конструкцию солнечных часов. Первый — это видимое движение солнца по небу каждый день, когда Земля вращается вокруг своей оси. Второй — это видимое движение Солнца по небесной сфере каждый год, когда Земля вращается вокруг Солнца. Обратите внимание, что эти движения описаны как «очевидные». Солнце фактически не движется, а только «кажется» движущимся из-за ежедневных и ежегодных движений Земли.

Чтобы измерить видимое движение Солнца, давайте сначала определим базовую линию, от которой отсчитывается положение Солнца. Эта базовая линия известна как местный меридиан и проходит от северного полюса через солнечные часы до южного полюса. Этот меридиан также проходит от поверхности Земли к небесной сфере и описывает дугу, которая простирается от северного небесного полюса через зенит к южному небесному полюсу.

Когда центр солнца пересекает местный меридиан, считается, что оно проходит.Момент перехода называется местным явным полднем. Время между двумя последовательными проходами равно 24 часам. Поскольку за это время солнце движется на 360 градусов, можно увидеть, что солнце движется на 15 градусов каждый час или на 1 градус каждые четыре минуты. Мы будем использовать это значение в 15 градусов при нанесении линий на нашем циферблате.

Циферблат, спроектированный таким образом, будет достоверно и точно показывать местное видимое время. Однако циферблат был разработан до появления часовых поясов и перехода на летнее время, что частично объясняет, почему циферблат не соответствовал моим часам.Инструкции по изготовлению циферблата включают поправки как для часовых поясов, так и для перехода на летнее время.

Третий фактор известен как «уравнение времени».

Уравнение времени

Кажущееся движение Солнца по небесной сфере в течение года неоднородно по скорости движения. Это вызвано двумя факторами:

Во-первых, орбита Земли не круговая, а эллиптическая, в одном из фокусов находится Солнце.Скорость Земли и, следовательно, видимого движения Солнца изменяется по мере его вращения вокруг Солнца. Скорость самая высокая в перигелии (самый близкий подход к Солнцу) и самая низкая в афелии (самое дальнее расстояние от Солнца). Перигелий происходит примерно 4 января. Это изменение видимой скорости Солнца примерно синусоидально и повторяется раз в год.

Во-вторых, Земля наклонена (наклонена) относительно плоскости своей орбиты примерно на 23,5 градуса. Этот наклон заставляет солнце во время прохождения появляться в самой высокой точке неба 21 июня и в самой низкой точке 22 декабря.Эти две точки годового движения солнца называются летним солнцестоянием и зимним солнцестоянием соответственно. Когда солнце находится на полпути между солнцестоянием 21 марта и 22 сентября, эти точки называются Весенним и Осенним равноденствием соответственно. В дни равноденствия солнце движется с максимальной скоростью в своих перемещениях с севера на юг. Во время солнцестояний движение с севера на юг замедляется до нуля, прежде чем изменить направление. Это изменение скорости и разворот в направлении с севера на юг влияет на видимую скорость солнца, когда оно движется по небесной сфере.Это также является примерно синусоидальным и повторяется дважды в год.

Алгебраическая сумма изменений скорости, вызванных эллиптической орбитой и наклоном Земли, приводит к тому, что солнечные часы иногда бывают быстрыми, а иногда медленными по сравнению с часами. Кстати, часы следуют за тем, что называется «средним солнцем»; вымышленное солнце, которое движется по небесной сфере на экваторе. Среднее Солнце движется со скоростью, равной средней скорости видимого Солнца. Видимое и среднее солнце совпадают только четыре раза в год.Солнечные часы и часы совпадают только в этих четырех точках времени. В любое другое время между солнечными часами и часами есть разница. Эта разница — уравнение времени.

Таким образом, разница во времени на солнечных часах и часах объясняется тремя факторами: (1) Часовые пояса (2) Летнее время (3) Уравнение времени

Когда эти три фактора применяются к хорошо спроектированным солнечным часам, их точность становится такой, что по ним можно установить часы с точностью до одной или двух минут.

Основные части солнечных часов.

В своей простейшей форме солнечные часы действительно состоят только из двух частей: одна часть отбрасывает тень, а другая часть представляет собой поверхность, на которую падает тень. Учитывая это простое определение, солнечные часы появились естественным образом с момента сотворения мира. Тень дерева на земле или тень горы в долине внизу — два примера естественных солнечных часов. Натуральные солнечные часы могут лишь очень грубо указывать на возраст дня.Чтобы добиться точности и аккуратности, две основные части солнечных часов совершенствовались на протяжении веков. Часть горизонтального циферблата, отбрасывающая тень, называется гномоном, а часть, которая принимает тень, называется циферблатом или циферблатом.

Гномон

Гномон — это часть циферблата, которая проходит в вертикальной плоскости над горизонтальной лицевой стороной циферблата. Гномоны для горизонтальных циферблатов могут быть самых разных форм: от простого стержня до замысловатого произведения искусства.Наиболее распространенный мысленный образ гномона — это треугольная деталь, выступающая над циферблатом. Наклонный или наклонный край гномона называется стилем. Стиль — это край, который отбрасывает тень на циферблат и используется для обозначения времени. Угол, который стиль образует с лицевой стороной циферблата, должен точно соответствовать широте, на которую рассчитан циферблат.

У всех гномонов есть узелки. Узелок — это определенная точка где-то по длине стиля.В простом треугольном гномоне узел — это самая верхняя точка стиля. Иногда на фасон ставят насечку, бусину или небольшой турник, который служит узлом. Он определяет конкретную точку на тени, которая используется со специальными линиями на циферблате, чтобы указать множество информации, кроме времени суток. Чаще всего тень узла используется вместе с линиями склонения на циферблате для обозначения времени года. Другие варианты использования тени узла — показать особые дни года, вход солнца в зодиакальные созвездия, восход и закат в других городах, а также высоту и азимут солнца.Вертикальная линия от узла до циферблата известна как перпендикулярный стиль. И стиль, и перпендикулярный стиль пересекают циферблат. Линия, проведенная между этими двумя точками пересечения, называется подстилем. Следовательно, гномон состоит из четырех основных частей; стиль, узел, перпендикулярный стиль и подстиль.



Табличка циферблата

Циферблат представляет собой плоскую горизонтальную поверхность, на которую отражаются как стиль, так и узлы.Табличка отмечена линиями, по которым движутся тени, чтобы указать время суток и время года.

Чтобы создать свои собственные солнечные часы, воспользуйтесь калькулятором угла часовой линии вверху.

Распечатайте результаты, нарисуйте углы на карточке, как на изображении выше.

Вырежьте гномона под тем же углом, что и ваша широта, и прикрепите его лентой на линии 12 часов дня.

Найдите место под солнцем, направьте гномона на север, и у вас будут рабочие солнечные часы.

Постоянные солнечные часы могут быть изготовлены из дерева или других прочных материалов.


Таблица широты синуса и косинуса

Эта таблица синусов и косинусов широты необходима для построения горизонтальных или вертикальных солнечных часов для любой широты (кроме 0 или 90 градусов).

Широта

Синус

Косинус

1

0.017452

0,99985

2

0,034899

0,99939

3

0,052336

0,99863

4

0,069756

0.99756

5

0.087156

0,99619

6

0,10453

0,99452

7

0,12187

0.99255

8

0,13917

0,99027

9

0.15643

0,98769

10

0,17365

0,98481

11

0,19081

0,98163

12

0.20791

0,97815

13

0.22495

0,97437

14

0,24192

0,97030

15

0,25882

0,96593

16

0,27564

0,96126

17

0.29237

0,95630

18

0,30902

0,95106

19

0,32557

0,94552

20

0,34202

0,93969

21

0.35837

0,93358

22

0,37461

0,92718

23

0,39073

0,

24

0,40674

0,

25

0.42262

0,

26

0,43837

0,89879

27

0,45399

0,89101

28

0,46947

0,88295

29

0.48481

0,87462

30

0,50000

0,86603

31

0,51504

0,85717

32

0,52992

0,84805

33

0.54464

0,83867

34

0,55919

0,82904

35

0,57358

0,81915

36

0,58779

0.80902

37

0.60182

0,79864

38

0,61566

0,78801

39

0,62932

0,77715

40

0,64279

0,76604

41

0.65606

0,75471

42

0,66913

0,74314

43

0,68200

0,73135

44

0,69466

0,71934

45

0.70711

0,70711



Полярная звезда — последняя звезда на рукоятке Малой Медведицы.

Маленькая Медведица — более тусклое созвездие, и не все его звезды видны из города. Обычно видны Полярная звезда и две последние звезды чаши. Обратите внимание, что ручка Малой Медведицы имеет обратный изгиб по сравнению с ручкой Большой Медведицы.


Северный полюс неба — это точка на небе, вокруг которой вращаются все звезды, видимые из северного полушария.Полярная звезда, также называемая Полярной звездой, расположена почти точно в этой точке неба. Если вы выйдете ночью и найдете северную звезду, вы заметите, что она не движется в течение ночи, в то время как все другие звезды движутся, они вращаются с востока на запад вокруг северной звезды.

Вы можете спросить, почему это важно для изготовления солнечных часов. Солнце также является звездой, поэтому Солнце также вращается вокруг Северного небесного полюса (поскольку мы находимся так близко к Солнцу, наклон Земли фактически меняет точную ось вращения Солнца, немного отклоняясь от Северного небесного полюса.) Именно это вращение позволит нам использовать Солнце для определения времени.

Нам нужно знать, где находится Северный небесный полюс, чтобы использовать солнечные часы, но днем ​​слишком ярко, чтобы увидеть северную звезду. Как еще мы можем узнать, где найти это особое место в северном небе?

Независимо от того, где вы живете в Северном полушарии, есть простой способ найти северную звезду. Как вы могли догадаться, он расположен прямо на севере, но как высоко он находится в небе? Полярная звезда поднимается над горизонтом точно под углом, равным вашей широте.Итак, если вы живете на 50 градусах широты, северная звезда будет направлена ​​на север, вверх на 50 градусов.

(У среднего человека около 10 градусов, от мизинца до большого пальца, сложенного в кулак, когда его держат на расстоянии вытянутой руки.)

Стрелка, указывающая на северный полюс мира на диаграмме выше, близка к оси, вокруг которой вращается Солнце. Все, что нам нужно сделать, чтобы построить хорошо продуманные горизонтальные солнечные часы, показывающие время, — это направить гномон солнечных часов вдоль этой оси.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.