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

4. 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.