СОЛНЕЧНЫЙ КАЛЕНДАРЬ-ЧАСЫ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемые полезные модели относятся к технической физике, в частности к приборам для определения времени по солнцу, и могут быть использованы для определения календарной даты и времени суток в светлый период.
Известны экваториальные солнечные часы [патент РФ №2316035, МПК (2006.01) G04B 49/02, опубл. 25.11.2005], содержащие гномон летнего времени и гномон зимнего времени, соосно и жестко соединенные между собой и с кругом часовых углов, который выполнен из прозрачного материала с матовой поверхностью и имеет равномерную шкалу и диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно центра или края тени, которая выполнена в виде графика уравнения времени, нанесенного на изображение теней, отбрасываемых гномоном летнего и зимнего времени, при этом плоскость круга часовых углов установлена параллельно плоскости небесного экватора Земли. Верхний конец гномона летнего времени хомутом соединен с хомутом, закрепленным на столбе, круг часовых углов краем закреплен с основанием, которое скобой крепится к столбу ниже хомута крепления гномона летнего времени. Для определения времени в весеннее и осеннее равноденствие по нижнему краю шкалы закреплен козырек, на который падает тень от гномона зимнего времени, а циферблат выполнен в разных цветах.
Недостатком этого устройства является невозможность определения календарного дня.
Известен солнечный календарь [патент РФ №2127894, МПК6 G04B 49/02, опубл. 20.03.1999], выбранный в качестве прототипа, состоящий из двух, установленных рядом с другом на полученной линии вертикальных стержней, один из которых выполняет роль гномона, а другой - экрана, на циферблате которого приведены календарные даты - дни, месяцы, сезоны, полугодия время истинного солнечного полдня. Циферблат экрана представляет собой номограмму, выполненную по ежедневным отметкам в течение года по тени верхней части гномона и состоящую из трех основных частей - центральной продольной линии с отметками истинных солнечных полудней, сетки, образованной из календарных (горизонтальных) и минутных (дополнительных продольных) линий, и 8-образной кривой уравнения времени с отметками истинного времени на момент полдня по среднему времени или среднего времени на момент полдня по истинному времени, при этом календарные даты, цифровые пояснения данных номограммы, а также шкала склонений солнца приведены по боковому краю циферблата.
Этот солнечный календарь не позволяет определить время суток. С его помощью можно определить дату только в астрономический полдень.
Задачей полезных моделей является одновременное определение календарной даты и времени суток в течение всего светового дня.
Поставленная задача решена за счет того, что солнечный календарь-часы, также как в прототипе содержит гномон, верхняя часть которого является прицелом, и экран, на котором приведена шкала календарных дат.
Согласно полезной модели в верхней части корпуса выполнена выемка в виде части сферического кольца, в которой размещен гномон, состоящий из стержня, на котором закреплен прицел в виде шарика. Оси стержня и кольца ориентированы параллельно оси вращения Земли, а прицел расположен в центре кольца. Часть поверхности выемки является экраном, на который нанесена координатная сетка, выполненная в сферических координатах, подобных географическим координатам Земли и дополнительно содержащая шкалу времени суток. Экран ограничен сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр прицела, и двумя плоскостями, параллельными плоскости кольца и небесного экватора, и отстоящими от экватора, по крайней мере, на 23 град. в обе стороны. Диаметр шарика прицела составляет, по крайней мере, 0,017 расстояния от прицела до экрана. Указателем даты и времени суток является центр солнечной тени прицела на экране.
По второму варианту полезной модели поставленная задача решена за счет того, что солнечный календарь-часы, также как в прототипе, содержит экран, на котором приведена шкала календарных дат.
В отличие от прототипа на стойке с основанием закреплен полупрозрачный экран, с нанесенной на его внешнюю поверхность координатной сеткой, выполненной в сферических координатах, подобных географическим координатам Земли и дополнительно содержащей шкалу времени суток. Экран выполнен в виде части сферической поверхности, представляющей собой часть тонкостенного кольца, ограниченного сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр сферической поверхности. Ось кольца соосна оси вращения Земли. Ширина кольца выбрана с учетом наклона земной оси к плоскости эклиптики и составляет, по крайней мере, 23 градуса в обе стороны от экватора кольца. Прозрачная сферическая линза установлена на стойке и расположена в центре экрана, диаметр которого составляет от 0,95 до 1,05 фокусного расстояния сферической линзы. Указателем даты и времени суток является пятно солнечного света, сфокусированного сферической линзой на экране.
В третьем варианте полезной модели поставленная задача решена тем, что солнечный календарь-часы, также, как в прототипе, содержит экран, на котором приведена шкала календарных дат.
Согласно этому варианту полезной модели на стойке с основанием закреплена прозрачная сферическая линза, на поверхности которой расположен полупрозрачный экран с нанесенной на него координатной сеткой, выполненной в сферических координатах, подобных географическим координатам Земли и дополнительно содержащей шкалу времени суток. Экран выполнен в форме части кольца, ограниченного сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр линзы. Ось кольца соосна оси вращения Земли. Ширина кольца выбрана исходя из наклона земной оси к плоскости эклиптики и составляет, по крайней мере, 23 градуса в обе стороны от экватора кольца. На основании стойки, на обращенной к Солнцу стороне, установлена щелевая шторка из вертикальных, радиально расположенных по отношению к линзе полос из непрозрачного материала на расстоянии, по крайней мере, одного диаметра сферической линзы от ее центра. Ширина просветов щелевой шторки выбрана из условия видимости световых линий на экране. Указателем даты и времени служит центр пересечения световых линий на экране.
За счет использования предложенной формы экрана с координатной сеткой в сферических координатах подобных географическим координатам Земли предложенные варианты полезных моделей позволяют определять не только календарную дату, но и время суток.
На фиг.1 представлен эскиз первого варианта полезной модели с гномоном для широты г.Томска и г.Москвы (57° с.ш.). Координатная сетка не показана.
На фиг.2 показан эскиз первого варианта полезной модели с гномоном для широты г.Томска и г.Москвы (57° с.ш.) без корпуса. Координатная сетка не показана.
На фиг.3 показана общая развертка сферической координатной сетки экрана для всех вариантов солнечного календаря-часов с пояснениями для построения конкретной координатной сетки для заданной широты.
На фиг.4 представлено два изображения второго варианта солнечного календаря-часов со сферической линзой и полупрозрачным экраном для широты г.Томска и г.Москвы (57° с.ш.).
На фиг.5 представлен эскиз примера выполнения солнечного второго варианта календаря-часов для экваториальной области Земли.
На фиг.6 представлен эскиз примера выполнения второго варианта солнечного календаря-часов для полюсов Земли.
На фиг.7 представлен эскиз третьего варианта солнечного календаря-часов для широты г.Томска и г.Москвы (57° с.ш.).
Солнечный календарь-часы по первому варианту (фиг.1, 2) содержит корпус, в верхней части которого выполнена выемка в виде части сферического кольца, в которой размещен гномон, состоящий из стержня 1, на котором закреплен прицел 2 в виде шарика. Оси стержня и кольца совпадают и ориентированы параллельно оси вращения Земли. Прицел 2 расположен в центре кольца (выемки). Часть сферической поверхности выемки (кольца) является экраном 3, на который нанесена координатная сетка. Экран 3 ограничен сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр прицела 2, и двумя плоскостями, параллельными плоскости кольца и небесного экватора, и отстоящими от экватора, по крайней мере, на 23 град. в обе стороны. Координатная сетка (фиг.3) выполнена в сферических координатах, подобных географическим координатам Земли. Диаметр шарика прицела 2 составляет, по крайней мере, 0,017 расстояния от прицела 2 до экрана 3. Указателем календаря-часов является центр солнечной тени прицела 2 на экране 3.
Координатная сетка (фиг.3) состоит из шкалы времени суток и шкалы календарной даты. Шкалы перпендикулярны друг другу и образуют сферическую систему координат, подобную географической системе координат Земли.
Шкалу времени суток наносят на координатную сетку линиями, образованными пересечением плоскостей, проходящих через ось гномона (кольца экрана) с экраном 3 (меридианы координатной сетки), причем полная окружность делится на 24 равнозначных отрезка, соответствующих часам времени суток (ряд указателей и чисел под координатной сеткой на фиг.3). При установке заявляемой полезной модели в южном полушарии часовую шкалу отображают зеркально. На развертке показана шкала времени суток, которая при ее нанесении на экран 3 показывает астрономическое время. Привязку часовой шкалы к административному времени данной местности осуществляют, например, при нахождении указателя солнечного календаря-часов в направлении географического севера (астрономический полдень) или используя другие известные способы установления соответствия азимуту Солнца данной местности с административным временем.
Шкала календарных дней нанесена на экран 3 линиями (дугами), параллельными экватору экрана 3 (параллели координатной сетки). При этом линия дат равноденствия (21 марта и 20 сентября) совпадает с экватором экрана 3. Линии дат зимнего (17-23 декабря) и летнего (17-23 июня) солнцестояния ограничивают сверху и снизу координатную сетку и совпадают с линиями тропиков в системе Земных координат (граничные координаты широт координатной сетки равны по модулю углу наклона земной оси к плоскости эклиптики). На координатной сетке могут быть нанесены также параллели, соответствующие, например, или 20-м числам соответствующих месяцев, или конкретные даты, в зависимости от разрешающей способности координатной сетки. С боков координатную сетку ограничивают линии, образованные пересечением экрана 3 с горизонтальной плоскостью, проведенной через его центр. Примеры таких линий приведены на фиг.6 для моделей, установленных на экваторе А, широте г.Томска и г.Москвы (57° с.ш.) В и в районе полярного круга С.
Солнечный календарь-часы по второму варианту (фиг.4) состоит из стойки 4, на которой с помощью держателя 5 укреплен полупрозрачный экран 3, например, или из мутного пластика, или из мутного стекла, с нанесенной на его внешнюю поверхность координатной сеткой. Экран 3 выполнен в виде части сферической поверхности, представляющей собой часть тонкостенного кольца, ограниченного сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр сферической поверхности. Ось кольца наклонена к горизонтали на значение широты конкретной местности и соосна оси вращения Земли. Ширина кольца выбрана с учетом наклона земной оси к плоскости эклиптики и составляет, по крайней мере, 23 градуса в обе стороны от экватора кольца. Прозрачная сферическая линза 6, например, или из прозрачного пластика, или из стекла, установлена на стойке 4 и расположена в центре экрана 3. Диаметр экрана находится в диапазоне от 0,95 до 1,05 фокусного расстояния линзы 6. Указателем является пятно солнечного света сфокусированного с линзой 6 на экране 3. Для предотвращения (уменьшения) разрушительного воздействия на экран 3 сконденсированной солнечной радиации от сферической линзы 6 в указателе, на обращенной к Солнцу стороне поверхности линзы 6 могут быть установлены поглотительные непрозрачные шторы. Например, на обращенную к Солнцу сторону поверхность сферической линзы 6 могут быть нанесены непрозрачной краской пятна, выполняющие функцию штор.
Для экваториальной (фиг.5) области Земли солнечный календарь-часы по второму варианту отличается креплением сферической линзы 6 и экрана 3 к стойке 4. В данном случае, на основании расположены две стойки 4, между которыми закреплена линза 6 и экран 3 на кольцевидном держателе 5.
Для полярной (фиг.6) области Земли солнечный календарь-часы по второму варианту отличается креплением экрана 3 к стойке 4 двумя держателями 5 снизу.
Солнечный календарь-часы по третьему варианту (фиг.7) состоит из стойки с основанием 4, на которой укреплена прозрачная сферическая линза 6, например, или из прозрачного пластика, или из стекла. На поверхности линзы 6 расположен полупрозрачный экран 3, например, нанесенный окрашиванием полупрозрачной краской, с нанесенной на него координатной сеткой. Экран 3 выполнен в форме части кольца, ограниченного сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через центр линзы 6. Ось кольца наклонена к горизонтали на значение широты конкретной местности и соосна оси вращения Земли. Ширина кольца выбрана с учетом наклона земной оси к плоскости эклиптики и составляет, по крайней мере, 23 градуса в обе стороны от экватора кольца. Указателем служит центр пересечения световых линий на экране 3, которые образованы солнечным светом, прошедшим через щелевую шторку 7 и преломленным сферической линзой 6. Щелевая шторка 7 выполнена из вертикальных, радиально по отношению к линзе 6 расположенных полос из непрозрачного материала на расстоянии равном, по крайней мере, одному диаметру линзы 6 от ее центра на обращенной к Солнцу стороне. Ширина просветов щелевой шторки выбрана из условия удовлетворительной видимости световых линий на экране 3.
Установка заявляемых полезных моделей в любом конкретном месте Земли должна соответствовать следующим требованиям:
1. Ось экрана должна быть ориентирована соосно оси вращения Земли (например, в северном полушарии указывать на Полярную звезду), и, следовательно, направлена на север в северном полушарии Земли, и на юг в Южном полушарии Земли. Таким образом, ось экрана с ее проекцией на горизонтальную плоскость составляет угол, соответствующий географической широте местности, на которой установлена полезная модель.
2. Допустима ориентировка полезных моделей по компасу с учетом магнитного склонения данной местности.
3. Полезные модели должны быть установлены горизонтально для увеличения точности измерений, для этого возможно использование датчика горизонтальности.
4. Для отсчета административного времени произвести привязку шкалы времени суток.
После установки любого из вариантов описанных моделей при наличии прямых солнечных лучей на экране наблюдают и регистрируют положение указателя.
Время суток определяют по шкале времени суток. Календарный день определяют по шкале календарных дат. Точность определения обоих параметров зависит от цены деления соответствующих шкал, что взаимосвязано с абсолютными размерами экрана. Необходимо отметить, что шкала календарных дат нелинейная (синусоидальная), а потому точность определения сильно уменьшается в период зимнего и летнего солнцестояния, и максимальна в дни равноденствия.
Для определения административного времени с помощью заявляемых полезных моделей в каждом конкретном месте Земли осуществляют привязку шкалы времени суток к административному времени путем учета смещения астрономического времени к административному.
Следует отметить, что в заявляемых полезных моделях указатель на координатной сфере есть всегда при наличии прямых солнечных лучей, в отличие от некоторых других моделей солнечных календарей и солнечных часов.