Sunčani sat se sastoji od tri dijela: gnomona, odnosno predmeta koji baca sjenu, brojčanika na koji ta sjena pada i samog sunca. Linije na brojčaniku, oblik i veličina gnomona izračunavaju se pojedinačno za svaki sat, ovisno o geografskim koordinatama mjesta gdje su postavljeni.
Sunčani sat je astronomski instrument koji mjeri nadmorsku visinu, azimut i nagib sunca. Dimenzija ovih veličina je stepeni luka. Po našem nahođenju, možemo im dati različita fizička značenja. Dakle, pomoću vrijednosti azimuta i visine sunca iznad horizonta možemo mjeriti vrijeme. I po vrijednosti deklinacije - registrirati datume prijelaza sunca iz jednog zodijačkog sazviježđa u drugo, odrediti početak dana ekvinocija, solsticija ili bilo kojeg drugog datuma, na primjer, rođendana.

Položaj linija na brojčaniku sunčanog sata ovisi o orijentaciji brojčanika u odnosu na nebeski pol, matematički horizont i nebeski ekvator. Brojčanik se može nacrtati bilo gdje, na primjer, na sfernoj površini.
Iako su dizajni sunčanih satova izuzetno raznoliki, većina ljudi pretpostavlja da je sunčani sat disk na koji je pričvršćen trokut. Djelomično je to tačno. Ovako izgleda najčešći horizontalni sunčani sat.

Razmislite kako radi tipičan horizontalni sunčani sat.

Vage.

Glavni element brojčanika je skala za registraciju vremena. Točnost skale ovisi o preciznosti izrade sunčanog sata i brizi pri sastavljanju njegovih dijelova. Osim toga, tačnost skale određena je veličinom sunčanog sata (što je veća veličina, to se skala može napraviti preciznija). Podjele skale su segmenti takozvanih satnih linija. Odnosno, linije koje formira sjena gnomona na brojčaniku sunčanog sata. Na fotografiji ispod, satne linije su istaknute u boji.

Ranije, prije uvođenja standardnog vremena, postojala je samo jedna skala dizajnirana da registruje lokalno vrijeme - to jest vrijeme na meridijanu koje prolazi kroz mjesto na kojem je postavljen sunčani sat. Sada na brojčanicima možete vidjeti dvije ili čak tri skale. Jedan je za registraciju lokalnog vremena, drugi je za registraciju standardnog ljetnog računanja vremena, a treći je za registraciju standardnog zimskog računanja vremena. To je učinjeno kako se korisnik ne bi zbunio proračunima. Treba imati na umu da to nisu različite vrste vremena, već jednostavno različiti načini mjerenja iste stvari.

Postoje posebni slučajevi kada se na brojčanik postavljaju dodatne vage. Potreba za tim nastaje kada je sunčani sat instaliran u jednoj vremenskoj zoni, ali je namijenjen da registruje vrijeme u drugoj vremenskoj zoni, hiljadama kilometara udaljenoj od mjesta postavljanja. Na primjer, kao na ovom sunčanom satu, koji je postavljen u Umei (Švedska), ali bilježi vrijeme u Moskvi.

Sunčani sat za vremenske zone GMT+3 i GMT+1

Ponekad se na sunčanom satu pored skala namijenjenih za mjerenje vremena prave i vage za mjerenje azimuta sunca i visine sunca iznad horizonta, kao i skala geografske dužine.

Azimutska skala sunca i skala visine sunca iznad horizonta, stepeni luka.

Azimut je ugao između pravca pola i smera nekog udaljenog objekta. U gnomonici, za razliku od geodezije, azimut se tradicionalno mjeri od pravca prema geografskom južnom polu. To znači da je u trenutku pravog podneva azimut sunca po definiciji 180º, a u trenutku kada je sunce tačno na zapadu ili tačno na istoku, njegov azimut je 90º odnosno -90º. Većina ljudi pretpostavlja da sunce uvijek izlazi na istoku i zalazi na zapadu. Koristeći skalu azimuta, lako je provjeriti da to nije slučaj. Samo dva puta godišnje, u dan ravnodnevice, sunce izlazi na istoku i zalazi na zapadu.

Skala koja mjeri visinu sunca iznad horizonta obično se postavlja na brojčanik sunčanog sata koji je dizajniran da služi kao nastavno pomagalo u geografiji i astronomiji. U običnom životu, u svakodnevnom životu, nije potrebno znati koja je trenutna visina sunca iznad horizonta. Ali na sunčanom satu postavljenom na školskom astronomskom mjestu, takva je skala prikladna.

Skala geografske dužine, dopunjena nazivima gradova

Skala geografske dužine vam omogućava da posmatrate kretanje Sunca oko planete. Kada sunce pređe bilo koji lokalni meridijan, na tom meridijanu nastupa pravo solarno podne, sunce zauzima najvišu tačku svoje dnevne putanje i njegov azimut je tačno 180º. Odnosno, u ovom trenutku sunce je tačno na jugu. Ako se skala geografske dužine dopuni popisom gradova na način da se ime grada nalazi nasuprot odgovarajuće geografske dužine, tada je po sjeni gnomona moguće, bez pribjegavanja proračunima, saznati u koji grad je sada tačno podne.

Jednadžba vremena i analema.

Na brojčaniku sunčanog sata ili pored sunčanog sata često se postavlja tabela jednadžbe vremena (ili njen graf) i analema. Da bismo razumeli šta je to, potrebno je neko objašnjenje. Činjenica je da se očitavanja sunčanog sata poklapaju sa očitanjima ručnog sata samo četiri puta godišnje - 15. aprila, 12. juna, 1. septembra i 24. decembra. U ostatku godine, sunčani sat ili napreduje ili kasni unutar (+ 14) - (-16) minuta. Razlog tome je što sunčani sat mjeri pravo, objektivno postojeće vrijeme, dok ručni satovi mjere takozvano prosječno vrijeme, koje su ljudi posebno izmislili kako bi pojednostavili proces mjerenja. Da bi se saznalo prosječno vrijeme od pravog vremena mjerenog sunčanim satom, njihovim očitanjima treba dodati posebnu korekciju koja se zove jednačina vremena. Jednadžba vremena je razlika između očitavanja ručnog i sunčanog sata. U stručnoj literaturi se obično naziva µ ili EoT. U različite dane u godini µ ima različita značenja. Grafički izražena zavisnost µ od kalendarskog datuma naziva se grafikon, nomogram ili tabela vremenske jednačine.

Tortni grafikon jednadžbe vremena i analema dizajnirana da izračuna prosječno vrijeme iz očitavanja sunčanog sata.

Zemlja se okreće oko Sunca u ravni koja se zove ekliptika. Zemljina os rotacije je usmjerena prema sjeveru i nagnuta je prema ovoj ravni pod uglom od približno 23 stepena. To znači da pola godine vidimo da je sunce ispod ekliptike. U ovo vrijeme na sjevernoj hemisferi je zima. Tokom druge polovine godine vidimo da je sunce iznad ekliptike. U ovo vrijeme na sjevernoj hemisferi je ljeto. Visina Sunca iznad ekliptike izražena u stepenima luka naziva se deklinacija. ρ . Grafički iskazana zavisnost jednačine vremena µ od pada sunca ρ nazvana analema. U koordinatama ρ, µ analema je prekrasna kriva osmice.

Horizontalni sunčani sat sa tablicom jednadžbe vremena i analemom duž satne linije. Na ovom sunčanom satu analema se koristi kao alat za provjeru mehaničkog, elektronskog ili bilo kojeg drugog sata.

Kada se primjenjuje na sunčani sat, analema se može koristiti na dva načina. Prvi način je da tačke koje odgovaraju kalendarskim datumima budu označene na analemu. Onda, ako znamo koji je datum danas, možemo koristiti koordinate µ odredite koliko minuta tog dana treba dodati očitanjima sunčanog sata da biste saznali koliko je sati prema opšteprihvaćenom prosječnom vremenu. Istovremeno, duž koordinata ρ , možemo saznati deklinaciju sunca.

Grafikon jednadžbe vremena može se isklesati u kamenu i postaviti pored sunčanog sata kao zasebno umjetničko djelo.

Druga metoda ne zahtijeva poznavanje tekućeg kalendarskog datuma. U ovom slučaju, posebno izračunata analema, podijeljena na segmente koji odgovaraju kalendarskim datumima, postavlja se duž jedne od satnih linija. U trenutku kada senka nodusa (o njemu dole) pređe analemu (a ne satu, sic!), očitanja sunčanog sata poklapaju se sa srednjim vremenom i tačkom analeme u kojoj se nalazi senka nodus križeva odgovara kalendarskom datumu. Ovako uređena analema je vrlo zgodna za korištenje za provjeru mehaničkih satova i za određivanje trenutnog kalendarskog datuma. Ako je veličina sunčanog sata dovoljno velika, a uparivanje njegovih dijelova je urađeno točno, možemo analemu razbiti na 365 dijelova i tako sunčani sat podariti još jednom funkcijom - da služi kao vječni kalendar.

Senka nodusa dvaput prelazi "osmicu" analeme. Stoga, korištenje analeme kao alata za provjeru satova i za određivanje datuma pretpostavlja da je korisnik svjestan da analema razlikuje dva dijela - zimski i ljetni, te da nisu simetrični jedan prema drugom. Grafički, izgledaju kao krive u obliku slova S koje se ogledaju jedna u odnosu na drugu. Zimski dio se koristi između jesenje i proljetne ravnodnevnice, ljetni dio između proljetne i jesenje ravnodnevice.

Za detaljnije upoznavanje s konceptom analeme, možete pogledati video materijal za obuku Ivana Korolev.

Postoji na desetine načina da se ove zavisnosti grafički predstave i mnogo načina da se one implementiraju u materijal. Evo nekih od njih.

Grafikon i tabela jednadžbe vremena mogu biti izrađeni od kamena i od pozlaćenog, patiniranog ili ostarjenog obojenog metala.

Gnomon.

Gnomon je predmet koji baca senku na brojčanik i služi za beleženje vremena. Na horizontalnom sunčanom satu obično ima oblik trokuta, a njegov ugao nagiba odgovara geografskoj širini. Ravan trougla je paralelna sa lokalnim meridijanom, a njegova gornja strana paralelna je sa zemljinom osom i uvek je usmerena na severni nebeski pol. (Naravno, samo na sjevernoj hemisferi).

Gnomon je materijalni objekt i ima debljinu. Treba ga uzeti u obzir prilikom izračunavanja brojčanika. Na skali se prave prelomi čija je širina jednaka debljini gnomona. Strogo govoreći, tačan sunčani sat ima dva gnomona - istočni i zapadni. Vestern je ivica koju čine zapadna i gornja strana. Njegova senka beleži vreme od izlaska sunca do podneva. Istok je ivica koju čine istočna i gornja strana trougla. Njegova senka beleži vreme od podneva do zalaska sunca.

Gnomon izrađen plastičnim livenjem. Bronza, patinirana.

Gnomon s teksturiranom patiniranom površinom. Brass.

Gnomon sa nodusom. Na istočnoj strani gnomona ugravirana je fraza iz knjige "Čelični pacov ide u vojsku" Harija Harisona. Mesing, zlato 999.

Jedno od lica gnomona je krivolinijsko. To se čini, očigledno, ne samo iz estetskih razloga, već i kako se ne bi zbunili koje lice treba koristiti za registraciju vremena. Ravan gnomona ne mora biti čvrsta. Može se napraviti brizganjem, rezanjem vodenim mlazom ili bilo kojom drugom metodom ovisno o želji. Važno je samo da rub namijenjen za snimanje vremena bude striktno ravna i smještena na izračunatim točkama brojčanika.

Gnomon nodus. Na zapadnoj strani gnomona, fraza iz teksta članka M.V. Lomonosov "O poboljšanju teleskopa" 1762.

Obično postoji samo jedan gnomon na sunčanom satu. Izuzetak je takozvani osmanski sunčani sat. Na njima su instalirana dva gnomona. Jedan je za bilježenje vremena, drugi, manji, za određivanje vremena islamskih namaza. Ali postoje izuzeci. Na primjer, na ovom sunčanom satu veliki gnomon je dizajniran da bilježi vrijeme, dok je mali konusni gnomon dizajniran tako da jednom godišnje, na rođendan vlasnika, sjena sa vrha stošca prati posebno izračunatu liniju godišnjice.

Horizontalni sunčani sat sa dva gnomona. Na rođendan vlasnika ovog sunčanog sata, sjena sa vrha konusnog gnomona prati posebno izračunatu liniju.

U vrlo rijetkim slučajevima, više od dva gnomona se ugrađuju na sunčani sat. Dakle, na ovom sunčanom satu postoje tri brojčanika, od kojih je svaki opremljen svojim gnomonom. Jedan od njih je dizajniran za mjerenje pravog lokalnog vremena na meridijanu mjesta instalacije, drugi je dizajniran za mjerenje pravog standardnog vremena, a treći je za mjerenje azimuta sunca.

Sunčani sat sa tri gnomona.

Nodus, linije deklinacije, jubilarne linije.

Nodus (u prijevodu s grčkog - čvor) je takva tačka na gnomonu, čija sjena odgovara deklinaciji sunca. Deklinacija je visina Sunca iznad ekliptike. Ekliptica je ravan u kojoj se Zemlja okreće oko Sunca.

Nodus se obično pravi kao oznaka na polarnoj strani gnomona.

Svaki dan u godini odgovara određenoj vrijednosti deklinacije sunca. Kako sunce putuje od istoka ka zapadu na svom dnevnom kursu, sjena nodusa se kreće preko brojčanika od zapada prema istoku. Putanja sjene nodusa je jedinstvena za svaki dan u godini i ne mijenja se primjetno tokom stoljeća. Ova putanja se naziva linija deklinacije.

Linije pada. Brojčanik je ugraviran linijama deklinacije koje odgovaraju datumima prelaska sunca iz jednog zodijačkog sazviježđa u drugo.

Na Međunarodni dan muzeja, sjena nodusa prati posebno izračunatu liniju komemorativne deklinacije.

Linije deklinacije na brojčaniku mogu se izračunati za bilo koji datum. Ali obično se računaju za datume koji imaju astronomsko značenje. Na primjer, za dane ekvinocija i solsticija. Kako Zemlja pravi godišnju revoluciju oko Sunca, zvjezdana pozadina naše zvijezde se mijenja. Od pamtivijeka, podijeljen je na 12 sektora koji se nazivaju zodijačka sazviježđa, a mnogi ljudi još uvijek imaju tendenciju da prelazak sunca iz jednog zodijačkog sazviježđa u drugo smatraju značajnim astronomskim događajem. Ako se linije deklinacije na sunčanom satu izračunaju za svaki od ovih dvanaest sektora, tada će sunčani sat imati još jednu funkciju. Pored vremena, registrovaće i datum promene horoskopskih sazvežđa.

Tokom godine u životu svake osobe dešavaju se brojni događaji. Neki od njih su subjektivno mnogo važniji od promjene zodijačkih mjeseci. Linija deklinacije sunca, izračunata za takav dan, koja je od posebne važnosti u ličnom životu osobe, naziva se jubilarna linija.

Na jedan brojčanik može se postaviti nekoliko linija za deklinaciju godišnjice. Po jedan za svakog člana porodice.

Obično se linija za godišnjicu računa za dan vjenčanja ili za rođendan. Ali ima mnogo drugih događaja vrijednih usporedbe sa položajem Zemlje u njenoj orbiti. Na primjer, dan kada je kuća završena, dan obrane disertacije, dan kada je pjesma objavljena, sve su to vrlo dostojne prilike za obilježavanje svake godine uz sunčani sat. Na jedan brojčanik možete staviti nekoliko linija za godišnjice za svakog člana porodice. Ili možete napraviti nekoliko brojčanika za svaki od njih na jednom sunčanom satu.

Svake godine na isti dan, sunčeva sjena prati posebno izračunatu liniju godišnjice. Ovo će trajati sve dok postoji solarni sistem. Odnosno, u naredne četiri i po milijarde godina.

Koja je razlika između sunčanog i klasičnog mehaničkog sata?.

Sunčani sat pokazuje pravo solarno vrijeme.
Ručni satovi pokazuju srednje solarno vrijeme.
Trenutak kada sunce dosegne najvišu tačku svog dnevnog puta i pređe lokalni meridijan naziva se pravo solarno podne. Vremenski interval između dva uzastopna podneva naziva se pravi solarni dan.

Pravi solarni dan je varijabilna vrijednost. Nekad su duže, nekad kraće. Stoga njihovi dijelovi, odnosno sati, minute i sekunde, nisu uvijek jednaki jedni drugima.
Teško je osmisliti satni mehanizam tako da tačno prati sunce, odnosno da jedan dan bude brži, a drugi sporiji. Stoga ručni satovi ne pokazuju solarno i neko drugo vrijeme, koje se zove prosjek. Trajanje prosječnog dana, koje se naziva i građansko, dobija se proračunom. Saberite trajanje svih solarnih dana u godini i dobijenu sumu podijelite sa brojem dana u godini. Građanski dan, a time i građanski sati, minute i sekunde, po definiciji su konstantna vrijednost.

Prije pronalaska atomskih satova, najstabilnija jedinica vremena bio je siderički dan, definiran vremenskim intervalom između dva uzastopna izlaska udaljene zvijezde. Da bi se izmerilo trajanje solarnog dana, a zatim proračunima odredilo trajanje prosečnog dana, prema tradiciji, koristi se zvezdano vreme - zvezdani sati, minute i sekunde.

Uporedna dužina dana, izražena u prosječnom vremenu, je kako slijedi:

Srednji solarni (građanski) dan
24 h 00 m 00 s

pravi solarni dan
24 h 00 m 00 s ± 17 m

zvezdani dan
23 h 56 m 4,09 s

Osa naše planete je nagnuta prema ravni njene revolucije oko Sunca za 23°. Osim toga, orbita naše planete ima ekscentricitet, što znači da brzina njene revolucije oko Sunca nije konstantna. Iz ova dva razloga, vremenska tačka koja pada tačno u sredinu građanskog dana i koja se naziva srednje solarno podne poklapa se sa pravim solarnim podnevom samo četiri puta godišnje. Ostalim danima građansko podne ili prednjači pravo solarno podne, ili zaostaje u odnosu na njega. Isto se općenito odnosi na bilo koji trenutak, a ne samo na podne.

Razlika između pravog i srednjeg sunčevog vremena naziva se jednadžba vremena. Da bi se dobila očitavanja ručnih satova iz očitavanja sunčanog sata, potrebno je uzeti u obzir jednadžbu vremena. Osim toga, obično su potrebna podešavanja za standardno vrijeme, ljetno računanje vremena i, ako se ovo drugo uvede, za ljetno računanje vremena.

Obični satovi pomažu u rješavanju praktičnih pitanja - da ne kasnite na posao, da se probudite na vrijeme. Ovo je vrlo korisna stvar - običan sat. U svijetu u kojem su rasporedi vozova i cijene benzina stvarniji od samih Keplerovih zakona, ne možete živjeti ni dan bez redovnog sata. Ipak, rezultati evolucije se ne mogu poništiti i naša tijela nastavljaju živjeti prema pravom sunčevom vremenu i nastavljaju da se sjećaju kako su se osjećali naši daleki preci, koji još ne odvajaju vrijeme od prostora, već sebe od prirode i sretni samo zbog toga.

Sunčani sat nam pomaže da umjerenije procijenimo svoju ulogu u ovom svijetu. Pomažu nam da zapamtimo da je Zemlja vrlo mala planeta sa ograničenim resursima, da se okreće oko žute zvijezde srednje veličine i da je sama ova zvijezda samo jedna od mnogih sličnih koje čine našu malu domovinu - Mliječno. Way Galaxy.

U ovom članku ćemo se osvrnuti na povijest sunčanog sata, prvog koji je napravio čovjek. Potreba za mjerenjem vremena bila je diktirana potrebom drevne osobe da prati promjenu godišnjih doba. Za čovjeka je bilo važno vrijeme sjetve, žetve, sezonskost kretanja ptica selica.

Povijest sunčanog sata počela je kada je čovjeku postao očigledan odnos između lokacije i dužine sunčeve sjene od objekata i položaja Sunca na nebu. Nekoliko drevnih grandioznih građevina preživjelo je do danas, omogućavajući sa neverovatnom preciznošću praćenje položaja Sunca, zvijezda i Mjeseca na nebu, izlazaka i zalazaka sunca nebeskih objekata svakog dana u godini.

Istorija sunčanog sata

Jedna od ovih građevina u Evropi je Stounhendž, koji je služio kao vrlo tačan kalendar za predviđanje promene godišnjih doba potrebnih za poljoprivredu, i opservatorija za predviđanje pomračenja Sunca i Meseca, očigledno neophodnih za sprovođenje verskih obreda.

Vrijeme njegove izgradnje, prema naučnicima, datira iz 1850. godine prije nove ere.

Ogromne kamene građevine za astronomska posmatranja pronađene su u različitim dijelovima svijeta: na teritoriji starog Babilona, ​​Egipta i Kine.

Najpoznatiji od njih su "Kleopatrina igla", sada u Londonu, i džinovski obelisk u blizini Kaira, izgrađen 3000. godine prije nove ere.

Istorija sunčanih satova potiče iz Asirije i Babilona. Babilonci su napravili veliki napredak u astronomiji i matematici.

Jedan od alata potrebnih za astronomska posmatranja bio je sunčani sat hemisfere, koji su također prilagodili za određivanje noćnog vremena. Dvanaest sazvežđa poznatih drevnim astronomima, a koje danas poznajemo kao "znakovi zodijaka", pojavilo se na nebu sa razlikom od jednog sata.

Kuglica žice klizila je preko brojčanika u obliku zdjele. Oko globusa je bio krug koji je predstavljao ekliptiku.

Prikazivao je dvanaest sazvežđa, tako da su ugaone udaljenosti odgovarale stvarnosti.

Pomoću takvog instrumenta bilo je moguće odrediti mjesto Sunca na žičanoj sferi, ako se zna o položaju dnevne svjetlosti u jednom ili drugom znaku zodijaka.

Ovaj astronomski instrument je omogućio da se uoči razlika između solarnog i sideralnog vremena, da se uporedi vreme putovanja Sunca i sazvežđa duž ekliptike. Poređenje je napravljeno pomoću vodenog sata (clepsydra).

Dakle, sunčani sat (gnomon) starog Babilona označio je početak razvoja nezavisne grane nauke - gnomonike, usko povezane sa astronomijom i matematikom.

Muzeji u Kairu i Berlinu sadrže nekoliko drevnih instrumenata za posmatranje Sunca i zvezda, pronađenih tokom iskopavanja u Egiptu.

Najraniji spomen sunčanog sata u egipatskim rukopisima datira iz 1521. godine prije Krista, iako to uopće ne znači da se prije tog vremena tamo nisu koristili.

Egipatski sunčani sat tog perioda određivao je vrijeme po dužini sjene od gnomona.

Za sunčani sat u staroj Judeji znamo iz Knjige proroka Isaije. Kada kralj Ezekija zamoli Boga za znak, Bog mu odgovara preko svog proroka: "Evo, vratit ću deset koraka sunčevu sjenu, koja je prošla niz stepenice Ahazove. I sunce se vratilo deset koraka uz stepenice na koje se spustilo ." (Izaija 38;8)

Dakle, šta su bile "Akhazovske stepenice"?

Istraživači Svetog pisma vjeruju da ovo nije ništa drugo do sunčani sat, čiji je uređaj Ahaz posudio od Asiraca i Babilonaca.

Kako isti istraživači vjeruju, radilo se o stupu koji je stajao na podijumu, sa koje su se spuštale stepenice, koje su podjele, padom sjene na kojoj je određeno vrijeme. Vladavina kralja Ahaza 873-852 pne

U Kini se gnomon koristi za određivanje godišnjih doba od 8. vijeka prije nove ere.

U okrugu Guizhou, arheolozi su pronašli sunčani sat od žada koji datira iz 3. stoljeća prije nove ere. Zbog posebnosti računanja vremena, istorija sunčanih satova u Kini je prilično originalna.

Bio je to kameni disk sa gnomonom u sredini.

Na obje strane diska nalazila se skala, u blizini čijih podjela su ispisana imena 12 kineskih dvostrukih satova.

Gornji dio diska mjerio je vrijeme od proljeća do jesenje ravnodnevnice, a donji dio od jesenje do proljećne ravnodnevnice.

Međutim, istorija sunčanih satova u Grčkoj nije tako jednoznačna: postoji mišljenje da je već u 10. veku pr. sunčani sat je donet u Grčku iz Asirskog ili Babilonskog kraljevstva. Nesumnjivo, samo pozajmljivanje sunčanog sata od Babilonaca, što, s obzirom na trgovinske odnose tog vremena, ne čudi.

U III veku pne. u Grčkoj je korišćen sunčani sat hemisfere, u kojem je nagib hemisfere ponavljao nagib ekliptike na geografskoj širini mesta gde je napravljen.

U staroj Grčkoj je postignut značajan napredak u astronomiji i matematici. Konusni sunčani sat izmišljen je na osnovu Apolonijeve teorije konusnih presjeka.

Suština ovog sata je da je os konkavnog segmenta konusa paralelna sa Zemljinom osom.

Konus pokazuje u istom smjeru kao i horizontalni gnomon.

Na glavnoj južnoj strani sunčanog sata nalazio se brojčanik koji se nalazio okomito na os konusa i paralelno s ekvatorom. Satne linije su povučene kroz lukove podijeljene na 12 jednakih dijelova.

Senka koja pada prešla je ove lukove, a iz tačaka preseka moglo se videti koliko je sati. Nekoliko konusnih sunčanih satova sada se čuva u Luvru.

Ravni sunčani sat pojavio se kao rezultat poboljšanja konusnog. Takav sat sa okomitim brojčanikom postavljen je na kulu da se iz daljine vidi koliko je sati. Tako su se pojavili prvi solarni. U Atini, na Kuli vjetrova, nalazi se možda najstariji vertikalni sunčani sat koji je preživio do danas. Generalno, sam ovaj toranj je jedinstven po tome što je prva meteorološka stanica. Na krovu se nalazila lopatica, u njoj je bio vodeni sat, a na fasadi je bila prva kula od sunca.

U Rimu se prvi sunčani sat pojavljuje 292. godine prije Krista. Kao rezultat Prvog punskog rata i nakon njegovog završetka, grčka ostrva su osvojili Rimljani i sat je odatle iznet kao trofej. Međutim, zbog toga su pokazivali vrijeme mjesta gdje su napravljeni. Vrlo brzo je sunčani sat postao sastavni dio života Rimljana. Postavljane su na trgovima, u blizini hramova i na drugim javnim mjestima.

Na Piazza Montecitorio u Rimu još uvijek se može vidjeti jedan od najstarijih obeliska sa sunčanim satom. Postavljen u vrijeme cara Augusta na Marsovom polju, uklonjen je sa trga u doba propadanja carstva, ali pronađen 1463. i vraćen 1792. godine.

Rimljani su počeli da postavljaju i koriste sunčani sat za razne kućne potrebe. Dakle, regulisali su ulaz u kupatila.

Postojali su satovi u privatnim vilama i prenosivi sunčani satovi koji su se mogli ponijeti na put. Uzeli su u obzir vremensku razliku u velikim gradovima - Rimu, Aleksandriji i drugima. Postojali su i sunčani satovi za sve geografske širine, od kojih su dva primjerka sačuvana do danas.

Rimljani su malo donijeli razvoj gnomonike, koristili su ono što su radili grčki majstori.

Na početku srednjeg vijeka u Evropi su se koristili samo sunčani i vodeni satovi.

Otprilike u XIII vijeku. dolazi u upotrebu pješčani sat,

koji su, kao alternativa vodenim, bili u širokoj upotrebi do početka 14. veka.

U Vizantiji, u srednjem vijeku, bili su popularni vertikalni sunčani satovi. Postavljali su se na fasade manastira, kula, javnih zgrada i hramova. Po prvi put, brojevi su naznačeni na brojčanicima. U vezi sa popularnošću marširajućih satova, pojavljuje se i profesija časovničara. Hiparhov astrolab se poboljšava. Istovremeno, arapski majstori naučili su od Vizantinaca kako da naprave sunčane i vodene satove. Razvoj gnomonike u Indiji i muslimanskom Bliskom istoku tokom srednjeg vijeka doveo je do proučavanja trigonometrije, geometrije i matematike. Hindusi aktivno koriste Pitagorinu teoremu i druga znanja posuđena od Helena u svojim proračunima.

Razvoj trigonometrije kod Arapa predvođen je pojavom prijevoda Ptolomejevih djela i indijskih "siddhanta".

Nakon osvajanja Carigrada od strane Turaka, na sve džamije je postavljen sunčani sat u koji su se često pretvarale pravoslavne crkve. Odredili su vrijeme namaza, a na brojčaniku je nanesena linija koja pokazuje smjer prema Meki.

Opservatorije su izgrađene u Bagdadu i Damasku.

Preuzevši od Bizanta umjetnost stvaranja astrolaba i goniometrijskih instrumenata, vodenih i sunčanih satova, muslimanski naučnici postigli su veliki uspjeh u njihovom usavršavanju.

U Evropi, jedan od prvih ljudi koji je pokazao interesovanje za gnomoniku bio je papa Silverst II. Nakon što je pročitao Boetijeve knjige o geometriji i astronomiji, gdje su opisane glavne vrste satova tog vremena, napisao je raspravu o geometriji, gdje je iznio osnovna pravila za konstruiranje sunčanog sata. Zahvaljujući njemu, Evropa je saznala za uređaj i upotrebu astrolaba. Bilo je to u 10. veku nove ere.

U XII - XIII vijeku arapske astronomske tablice i rasprave prevedene su na latinski. Gnomonika je nastavila svoj razvoj već u Evropi.

Prevođenje grčkih tekstova u 14. veku doprinelo je novom interesovanju za nauku i gnomoniku, kao njen poseban pravac. Krajem XIV vijeka. Evropa je prešla na novi račun vremena, zasnovan na jednakim dnevnim i noćnim satima. I to je bio veoma važan korak za čitavu istoriju satova. Bilo je potrebno modernizirati sunčani sat na ovaj račun vremena.

U 16. veku sunčani satovi su postavljani na fasade javnih zgrada i katedrala, kule i zidove. Već su prilagođeni za mjerenje jednakih sati. Prijenosni sunčani satovi, uključujući i one u kombinaciji s kompasom, postaju sve popularniji. U 16.-18. stoljeću bili su još uvijek prilično popularni, ali kako su mehanički satovi postajali jeftiniji i unapređivani, njihova upotreba je počela postepeno opadati. Kao što vidimo, istorija sunčanih satova obuhvata različite vremenske periode u razvoju gnomonike: od antičkog sveta, preko ere antike i srednjeg veka, do 14. veka, kada su mehanički satovi, koji su dobijali sve popularnost, počeli da se razvijaju. postepeno zamijenite solarne.

Međutim, u naše vrijeme postalo je moderno ukrašavati parkove, bulevare i gradske trgove sunčanim satom.

Sunčani sat Sevastopolja.

Tako je, na primjer, 2008. godine, povodom 225. godišnjice grada, na Primorskom bulevaru u Sevastopolju, u blizini Spomenika potopljenim brodovima, uređen sunčani sat, koji je nesumnjivo postao ukras grada. Privlače pažnju brojnih turista i građana. Brojčanik je obložen raznobojnim pločicama, a sjena malog gnomona prilično precizno pokazuje vrijeme.

Istorija sunčanih satova već ima više od jednog milenijuma, ali kada su ljudi počeli da ih koriste nije pouzdano poznato. Utvrđeno je da su se u starom Egiptu, Babilonu i Kini takvi uređaji koristili prije hiljadu godina prije nove ere. Prvi spomen o određivanju vremena pomoću sunčevih zraka pomoću posebnog uređaja datira iz 1306-1290. BC.

Svaki sunčani sat ima brojčanik sa skalom i kazaljku sata koji se zove gnomon. Istovremeno, prema svojoj orijentaciji, sunčani satovi se dijele na horizontalne, vertikalne i ekvatorijalne. Postoje mnoge njihove modifikacije, kao što su stepenasti, prstenasti, pločasti, ogledalni, bifilarni i druge.

Sunčani sat nije nužno disk koji ima okomiti gnomon. Dakle, brojčanik može biti hemisfera ili prsten. Univerzalni ekvatorijalni sat može se koristiti na svim geografskim širinama. Njihov dizajn uključuje dva prstena okomita jedan na drugi i gnomon. Da biste odredili vrijeme, morate postaviti geografsku širinu na skali na jednom od prstenova i postaviti datum. Zatim se sat okreće oko vertikalne ose dok se na brojčaniku ne pojavi tačka koja pokazuje vrijeme. U ovom trenutku, jedan prsten je orijentiran na sjever duž meridijana, a drugi je paralelan s ravninom ekvatora.

U horizontalnom sunčanom satu, ravnina brojčanika nije okomita na gnomon, koji bi trebao biti paralelan sa Zemljinom osom, a također usmjeren na sjever, odnosno ugao između njih jednak je geografskoj širini područja. Horizontalni sat je praktičan i jednostavan za instalaciju. Da biste ih koristili na drugoj geografskoj širini, dovoljno je promijeniti ugao i usmjeriti gnomon na sjever.

U starom Egiptu konstruisani su različiti modeli sunčanih satova, na primjer, s horizontalnom skalom koja je činila kut od 90 stupnjeva s ravninom lokalnog meridijana, a njihovi gnomoni su bili obelisci, čija je visina obično dostizala nekoliko metara. Da bi se od njih saznalo vrijeme, korišten je smjer koji pokazuje sjena od gnomona. Drugi sunčani sat, nazvan "stepenica", imao je dvije površine, nagnute na istok i zapad, i podijeljene na nivoe. Kada se sunce kretalo, senka je prelazila sa jedne stepenice na drugu, a vreme je određivano njenom dužinom.

U srednjoj Evropi, sve do 15. veka, bili su široko rasprostranjeni zidni vertikalni sunčani satovi, čiji je gnomon bio horizontalan. Istina, tačnost određivanja vremena na njima je bila niska.

Istovremeno, postojalo je nekoliko varijanti cestovnih hronometara, na primjer, prstenasti sunčani satovi. Bila su to dva prstena, u jednom od kojih je bila rupa za prolaz sunčevog zraka, a na drugom su bile nanesene skale mjeseci i sati. Postojali su i pločasti satovi, čije je konstruktivno rješenje uključivalo dvije, ponekad i tri, identične ploče, koje su imale pravokutni oblik i međusobno pričvršćene, dok je na dnu postavljen šestar.

Postoji opis srednjovjekovnih osmougaonih štapova sa četiri prolazne rupe na drškama, u koje je trebalo ubaciti metalne šipke da bi se odredilo vrijeme. Otprilike u isto vrijeme pojavili su se prozorski hronometri. Bile su vertikalne. Princip rada sunčanog sata bio je korištenje prozora gradske vijećnice ili hrama kao brojčanika s primijenjenom prozirnom skalom. Ovo je omogućilo da se sazna vrijeme dok ste u zatvorenom prostoru. Zrcalni sunčani sat koristio je sunčevu zraku reflektovanu od ogledala, koju su usmjeravali na zid zgrade u kojoj se nalazio brojčanik.

Od pamtivijeka ljudi su organizirali svoje živote prema prividnom kretanju sunca. Kažemo "prividno kretanje" jer naravno rotacija Zemlje oko svoje ose rezultira kretanjem senki koje posmatramo svaki dan. Svakog sata Zemlja se okrene za 15°, takođe izgleda kao da se Sunce pomerilo za 15° na svom dnevnom putu. Oba pristupa se koriste u proizvodnji sunčanih satova, ali je općenito prihvaćeno da se Sunce kreće. Možda je najlakši način da shvatite kako funkcionira sunčani sat da zamislite globus sa Sjevernog pola. Na slici iznad, izgleda da se ovo Sunce kreće za 15° svakog sata. Element sunčanog sata koji baca senku naziva se gnomon.

Ako gledate striktno odozgo, sa strane imaginarne kamere, možete snimiti slike sjene iz zamišljenog gnomona u različito vrijeme:

Sat za koji smo zamislili da se nalazi na sjevernom polu zove se ekvatorijalni sunčani sat. To je zato što je ravnina brojčanika paralelna ravnini ekvatora.
Ekvatorijalni sunčani sat se može nazvati "osnovnim" sunčanim satom jer se s njim mogu napraviti mnoge druge vrste sunčanih satova. To se postiže projektiranjem satnih linija ekvatorijalnog sata na bilo koju drugu prikladnu površinu. Polarni sat na slici ispod je očigledan primjer.

Srednja zima se javlja na sjevernoj hemisferi kada je Zemljina osa rotacije nagnuta od Sunca. Od oktobra do marta, Sunce nikada ne izlazi na severnom polu i nikada ne zalazi na južnom polu.
Sredina ljeta na sjevernoj hemisferi nastaje kada je Zemljina osa rotacije nagnuta prema Suncu. Od aprila do septembra Sunce nikada ne zalazi na severnom polu i nikada ne izlazi na južnom polu.

Sati sa debelim gnomonom i njihovom oznakom podneva

Suncu je potrebno četiri minuta da se pomeri za jedan stepen geografske dužine od istoka ka zapadu (na severnoj hemisferi, a na južnoj hemisferi sunce se kreće u suprotnom smeru). Sunčani sat na istoj geografskoj dužini (na istom meridijanu) pokazuje isto vrijeme. Sunčani sat na meridijanu 4° zapadno zaostaje za 16 minuta po Griničkom vremenu (nulti meridijan), a na meridijanu 8° zapadno zaostaje već 32 minuta. Primjer: Plymouth je 4° 08' zapadno od Greenwicha, tako da Plymouth sunčani sat uvijek zaostaje 16 minuta i 32 sekunde. Shodno tome, satovi koji se nalaze istočno od Greenwicha napreduju za vrijeme izračunato iz omjera 1 stepen - 4 minute. Godine 1880, da bi izbjegao haos na željeznici, britanski parlament je postavio srednje vrijeme po Griniču (GMT) kao britansko vrijeme, a svi satovi u Ujedinjenom Kraljevstvu počeli su da pokazuju isto vrijeme kao Big Ben u Londonu. Prvi tačan mehanički sat napravio je 1656. danski naučnik Christian Huygens. Preciznost njegovih kasnijih modela bila je jedna sekunda dnevno. Izlažući svoj mehanički sat suncu, Huygens je možda pretpostavio da njegov sat nije bio tačan tokom cijele godine, ali je njegov sat bio tačan, a sunčani sat je ili kasnio ili se žurio. Očitavanja svih poznatih satova neće odgovarati očitanjima sunčanog sata, jer se trajanje solarnog dana povećava za nekoliko sekundi u roku od 3 mjeseca, zatim se shodno tome smanjuje unutar 3 mjeseca, a u preostalih šest mjeseci proces se ponavlja. Ako u nekom trenutku usmjerimo kameru na stativ na jug i snimimo višestruke snimke ekspozicije svakog podneva svakih 10 dana, vidjet ćemo obrazac osmice.

Ova cifra se zove analema. Pojava takve figure je zbog neravnomjernog kretanja Sunca u nebeskoj sferi. Zbog ekscentričnosti Zemljine orbite, zimi na sjevernoj hemisferi dan traje nešto duže nego ljeti, a na južnoj obrnuto. Stoga je uveden takav koncept kao prosječan solarni dan, jednak 24 sata tokom cijele godine. Da bi se definisao koncept prosječnog sunčevog dana, uvodi se dodatni koncept "prosječnog Sunca" - fiktivna tačka koja se ravnomjerno kreće duž nebeskog ekvatora (ne duž ekliptike!). Razlika između srednjeg i solarnog vremena naziva se jednadžba vremena. Jednačina vremena vam omogućava da pređete od pravog solarnog vremena do srednjeg solarnog vremena i obrnuto. Da bismo koristili jednadžbu vremena, potrebna nam je ili tabela sa vrijednostima korekcije u minutama i sekundama za svaki dan, ili godišnji grafikon iz kojeg možemo odrediti dnevnu vrijednost korekcije.

Kada bi se Zemlja smrznula na jednom mjestu i rotirala samo oko svoje ose, tada bi trajanje svih dana bilo isto. Međutim, kada gledamo u Sunce, sami ga posmatramo dok je u pokretu. Upravo promjena brzine našeg kretanja po eliptičnoj orbiti oko Sunca i nagib Zemljine ose rotacije određuju vrijednosti jednadžbe vremena.
Sunčani sat, orijentiran na jug, ima vertikalnu podnevnu liniju u sredini brojčanika i satne oznake simetrične oko nje.

Sunčani satovi na zidovima koji nisu striktno orijentisani na kardinalne tačke nazivaju se rotiranim. Podnevna linija rotiranog sata takođe će biti okomita, ali će sam gnomon biti rotiran tako da se poklopi sa osom rotacije Zemlje.

Izrada sunčanog sata nije teška. Osnovna pravila su jednostavna: gnomon mora biti orijentiran duž pravca prema sjeveru i biti paralelan sa svjetskom osom, tj. imaju nagib u odnosu na horizont pod uglom jednakim geografskoj širini mjesta gdje je sat postavljen. Kada koristite sunčani sat, mora se uzeti u obzir da u svakodnevnom životu u Ruskoj Federaciji koristimo prosječno standardno vrijeme, tj. vrijeme za glavni meridijan prihvaćene vremenske zone plus jedan sat. Na primjer, Sankt Peterburg se nalazi na meridijanu od 30 stepeni istočne geografske dužine, što odgovara glavnom meridijanu druge vremenske zone. To znači da je za prelazak na očitavanja sunčanog sata, pored jednačine vremena potrebno dodati jedan sat, odnosno pomjeriti skalu sunčanog sata za jedan sat unaprijed. U Moskvi je još teže, jer nalazi se istočno od glavnog meridijana druge vremenske zone za 7 stepeni. Nije teško izračunati da 7 stepeni geografske dužine odgovara 28 minuta vremena. One. podne dolazi u Moskvi 28 minuta ranije nego u Sankt Peterburgu. Stoga će stalna korekcija očitavanja sunčanog sata koji se nalazi na meridijanu od 37 stepeni u odnosu na prosječno vrijeme Moskve biti +1 sat 28 minuta. Takođe, ne zaboravite na jednadžbu vremena. Prosječno vrijeme se poklapa sa očitanjima sunčanog sata samo četiri puta godišnje - 15. aprila, 12. juna, 1. septembra i 24. decembra. U ostatku godine, sunčani sat ili napreduje ili kasni unutar (+ 14) - (-16) minuta. Obični satovi pomažu u rješavanju praktičnih pitanja - ne kasnite na posao, budite se na vrijeme. Ovo je veoma korisna stvar - običan sat za jahte. U svijetu u kojem su rasporedi vozova i cijene benzina stvarniji od samih Keplerovih zakona, ne možete živjeti ni dan bez redovnog sata. Ipak, rezultati evolucije se ne mogu poništiti i naša tijela nastavljaju živjeti prema pravom sunčevom vremenu i nastavljaju da se sjećaju kako su se osjećali naši daleki preci, koji još ne odvajaju vrijeme od prostora, već sebe od prirode i sretni samo zbog toga. Sunčani sat nam pomaže da umjerenije procijenimo svoju ulogu u ovom svijetu. Pomažu nam da zapamtimo da je Zemlja vrlo mala planeta sa ograničenim resursima, da se okreće oko žute zvijezde srednje veličine i da je sama ova zvijezda samo jedna od mnogih sličnih koje čine našu malu domovinu - Mliječno. Way Galaxy.

Sunčani sat je avion na kojem je pričvršćen gnomon. Ovisno o lokaciji aviona, sat se dijeli na ekvatorijalni, horizontalni i vertikalni. Moguće je napraviti složenije vrste sunčanih satova, ali ih nećemo razmatrati u ovoj knjizi, jer nam je cilj da objasnimo osnovne astronomske koncepte i matematičke zakone potrebne za stvaranje ovog uređaja.

Princip rada sunčanog sata zasniva se na prividnom kretanju Sunca koje posmatramo sa Zemlje. Budući da Zemlja rotira oko svoje ose od zapada prema istoku, čini nam se da Sunce izlazi na istoku i zalazi na zapadu svaki dan. Budući da vidimo da se Sunce kreće oko Zemljine ose rotacije, gnomon sunčanog sata mora biti usmjeren duž te ose, bez obzira gdje ga postavimo. Stoga je važno znati koordinate mjesta na kojem će biti postavljen naš sat, posebno geografsku širinu (trebat ćete znati samo geografsku dužinu da biste odredili vrijeme pomoću sunčanog sata, ali o tome ćemo malo pričati kasnije).

Da bi gnomon bio usmjeren duž ose rotacije Zemlje, potrebno je da pokazuje na zvijezdu Sjevernjaču, ili na Sjeverni pol svijeta (ako smo na sjevernoj hemisferi), ili na južni Pol svijeta (ako smo na južnoj hemisferi). U svakom slučaju, ugao između gnomona i ravni horizonta mora biti jednak geografskoj širini mjesta na kojem je sat postavljen.

Kao što je prikazano na slici, ugaona visina nebeskog pola iznad ravni horizonta jednaka je geografskoj širini tačke posmatranja, odnosno uglu između Zemljinog ekvatora i tačke posmatranja, ucrtane na meridijanu mesta. Geografska širina je određena uglom između ravnine Zemljinog ekvatora i viska, ili, slično, ugaonom visinom pola, odnosno ose rotacije zemlje, u odnosu na ravninu horizonta. Ovi uglovi su jednaki jer su im stranice okomite.

ekvatorijalni sunčani sat

Ovisno o lokaciji brojčanika, postoje različite vrste ovakvih satova. Počnimo s najjednostavnijim slučajem - sunčanim satom čiji je brojčanik paralelan s ekvatorom. U danima jesenjeg i proljetnog ekvinocija, Sunce se kreće duž nebeskog ekvatora, a ostalim danima - paralelno s njim i na kraju stiže do sjevernog tropskog (sa odstupanjem od + 23,5 °) ili južnog tropskog (sa odstupanjem od -23,5°). Da biste napravili najjednostavniji sunčani sat, dovoljno je ravan postaviti paralelno s ravninom nebeskog ekvatora i na njoj učvrstiti gnomon, usmjeren duž ose rotacije Zemlje, kao što je prikazano na sljedećoj slici. Tako će ugao nagiba gnomona u odnosu na horizontalu biti jednak geografskoj širini mjesta na kojem je sat postavljen. Gnomon mora biti usmjeren prema polu svijeta, odnosno duž linije sjever-jug. Da biste to učinili, možete koristiti kompas i uzeti u obzir blago odstupanje uzrokovano činjenicom da se geografski sjeverni pol i magnetski sjeverni pol ne poklapaju. Međutim, ova greška se može zanemariti.

Ravnina ekvatora bit će smještena okomito na os rotacije Zemlje i, stoga, okomito na ravno sjever-jug, ležeći u ravnini horizonta. Linija na brojčaniku koja povezuje tačku preseka gnomona sa ravninom sata i tačku preseka ravni sata sa linijom sever-jug na kojoj se sat nalazi označavaće podne. Očigledno je da će Sunce tačno u podne preći liniju sever-jug. Preostali sati su označeni pod jednakim uglovima od 13°, pošto Sunce napravi potpunu revoluciju od 360° za 24 sata (360/24 = 15°).

Ove sunčane satove je nesumnjivo najlakše napraviti, ali imaju jednu zanimljivu osobinu: u proljeće i ljeto pokazuju vrijeme u gornjem dijelu aviona, u jesen i zimi - u donjem dijelu aviona. Stoga brojčanik mora biti označen sa obje strane, kao što je prikazano na slici. Ovo je najjednostavniji, ali ne i najpopularniji sat: najčešće se brojčanik sunčanog sata nalazi vodoravno ili okomito. Horizontalni i vertikalni satovi mogu se napraviti od ekvatorijalnih satova izgradnjom jednostavne projekcije i primjenom osnovnih trigonometrijskih funkcija.

Horizontalni sunčani sat

Ravan ovog sata je strogo horizontalna. Gnomon formira ugao sa linijom sjever-jug jednak geografskoj širini tačke na kojoj je sat postavljen, i usmjeren je prema polu svijeta. Prava linija sjever-jug bi pokazivala 12 sati. Položaj preostalih linija na brojčaniku određen je sljedećim izrazom

gdje ? - ugao između linije koja pokazuje 12 sati i željene satne linije,

H= 15°, 30°, 43°…, respektivno, prema sljedećoj ilustraciji.

Vertikalni sunčani sat Projektovanjem satnih linija ekvatorijalnog sunčanog sata na vertikalnu ravan usmjerenu duž linije zapad-istok, dobijamo linije brojčanika novog sata. Samo trebamo uzeti u obzir da tg ? \u003d SA / AO, tg H \u003d SA / AB, sin (90 ° - f) \u003d AB / AO, iz čega slijedi da je tg? = tg H cos f. Na H = 15°? će biti ugao pod kojim se satna linija nalazi, označavajući 11 i 13 sati. Pod uglom H \u003d 30 °? će označiti lokaciju satne linije 10 i 14 sati i tako dalje do linije 6 i 18 sati.

Međutim, zidovi većine kuća nisu usmjereni duž linije zapad-istok, već čine ugao s tom linijom koji se može precizno izmjeriti. U ovom slučaju, označavanje brojčanika postaje primjetno složenije. Trigonometrijski proračuni potrebni za to su dati u dodatku.

<<< Назад

Naprijed >>>