Сончев часовник

Сончев часовник — часовник кој го мери времето според положбата на Сонцето. Најчестиот облик на часовник, како што е „обичен“ или стандарден градинарски сончев часовник, фрла сенка на рамна површина на која се означени часовите. Како што се менува положбата на Сонцето, така се менува и времето прикажано со сенката. Сончевите часовници можат да се прилагодат на која било површина на која фиксен предмет фрла сенка.
Сончевите часовници го покажуваат само дневното сончево време.
1 Историја
Сончевите часовници се познати уште од антички Египет, а биле развиени и од други култури, Кинезите, Античките Грци и Римјаните. Еден вид сончев часовник со покажувач (гномон) е опишан во Стариот завет (Исаија 38:2).
Се смета дека математичарот и астроном Теодосиј Битински (околу 160 пр.н.е. – околу 100 пр.н.е.) измислил универзален сончев часовник кој може да се користи насекаде во светот. Францускиот астроном Оронс Фине конструирал сончев часовник од слонова коска во 1524 година. Италијанскиот астроном Џовани Падовани објавил трактат за сончеви часовници во 1570 година, во кој вклучил упатства за изработка и поставување ѕидни (вертикални) и хоризонтални сончеви часовници. Делото на Џузепе Бјанкани расправа како да се направи совршен сончев часовник, со детални илустрации.
2 Инсталација на стандарден сончев часовник
Усогласувањето на косината на гномонот на сончев часовник е единствениот практичен начин да се постави градинарски сончев часовник за да го мери времето. Некои масовно произведени сончеви часовници не се добро усогласени и не можат да го мерат времето. Многу часовници се нагодени за употреба на 45 степени северна географска ширина.
Сончевиот часовник може да се прилагоди на различна географска ширина со навалување на гномонот така што тој да биде паралелен со оската на вртење на Земјата. Врвот на гномонот треба да покажува на Северниот Пол на северната полутопка или на Јужниот Пол на јужната полутопка.
Сончевиот часовник може да се ротира околу својот покажувач или гномон (кој секогаш мора да покажува на пол) за максимум 7,5 степени источно или западно за да се усогласи со локалната стандарден часовен појас (часовните појаси се широки: 360 степени/24 часа = 15 степени). Сончевиот часовник треба да се навали така што географската должина покажува кон центарот на локалната часовен појас.
За да се дотера за летно сметање на времето, стрелката на часовникот треба да има две групи бројчаници (за лето и за зима) или корективна плоча и мора да биде дотерана на должината од центарот на часовниот појас. Неформален стандард е да се користат бројчаници со топли бои во лето и ладни бои во зима. Вртењето на часовникот нема да даде резултат, бидејќи сончевите часовници (освен на северниот и јужниот пол) немаат еднакви агли за часовите.
Обичните сончеви часовници не можат да бидат прецизни како другите часовници. Има разлика од 15 минути во текот на годината, позната како „равенка на времето“, бидејќи Земјината орбита е малку елипсовидна и нејзината оска е навалена кон рамнината на орбитата. Квалитетниот сончев часовник има трајно поставена плоча која се прилагодува најмалку еднаш месечно во текот на годината. Некои уште посложени часовници имаат заоблени часовни линии, заоблени гномони или користат други решенија за да можат точно да го измерат времето.
3 Нацрт и принципи на работа
3.1 Терминологија
„Покажувачот на сенка“ на сончев часовник се нарекува ''гномон.''
Сонцето фрла сенка од гномонот на површина наречена ''бројчаник'' или ''плоча на бројчаникот'' (често скратено ''лице'').
Многу сончеви часовници го покажуваат времето на бројчаникот користејќи ја сенката на еден покажувач наречен ''писалка'' или игла. На стандарден градинарски часовник, овој покажувач е врвот на гномонот. Покажувачот мора да биде паралелен со Земјината оска на вртење. Во секојдневниот говор, ''писалка'' се однесува на целиот ''гномон''.
Некои сончеви часовници ги прикажуваат и времето и датумот користејќи сенка од посебна точка на гномонот. Оваа точка се нарекува ''нодус''. Нодус може да биде шилец, поставе хоризонтално или вертикално.
Некои ''сончеви часовници'' имаат и ''писалка'' и ''јазол'', при што јазолот е во облик на мала сфера, засек или шилец.
Материјалот за лицето на сончев часовник треба да биде светло обоен за да биде во контраст со сенката. Бројките треба да бидат црни, видливи на незатемнетиот дел од лицето. Гномонот треба да биде цврст, по можност од метал, бидејќи гномоните обично се тенки и лесно може да се скршат. Вообичаени луксузни материјали се белиот мермер за лице, со врежани црни мермерни ознаки. Вообичаените писалки се од бронза за да се избегне корозија.
Вообичаено е сончевиот часовник да има мото.
3.2 Екваторијален или еквинокцијален сончев часовник
Наједноставен сончев часовник е диск поставен на плоча. Плочата мора да биде паралелна со оската на вртење на Земјата. Дискот формира рамнина паралелна со рамнината на екваторот на Земјата. Дискот е означен така што едниот раб од сенката на дискот го покажува времето додека Земјата ротира. Нормално, пладне ќе се прикаже на дното на дискот, 6 часот наутро на западниот раб и 18 часот на источниот раб. Во зима, северната страна на дискот ќе биде во сенка, а во лето јужната страна на дискот ќе биде во сенка.
На цртежот погоре, таблата е писалка. Дискот се нарекува ''лице''. Во лето, северната страна на плочата е ''нодус'', а во зима, јужната страна на плочата е ''нодус''.
На лицето може да се нацртаат низа концентрични кругови за да се прикаже патеката на сенката на ''нодусот'' во даден ден, така што часовникот може да се користи и како календар. Еден од недостатоците на овој модел е тоа што, ако лицето е непроѕирно, за време на рамноденица, кога Сонцето е точно над екваторот, бешко се чита бројчаникот.
3.3 Градинарски сончев часовник
Класичниот градинарски сончев часовник го користи истиот принцип, освен што линиите на дискот се проектираат, користејќи тригонометрија, на лицето кое е паралелно со земјата. Предноста на градинарскиот сончев часовник е што го покажува времето цела година, а неговото лице никогаш не е целосно покриено од сенката за време на сончев ден (како што е случајот со вертикалните сончеви часовници). За јавна употреба, со цел овие часовници да бидат видливи, се поставуваат на плоштади или лицето им е од брусено стакло, високо подигнато и видливо одоздола. Врвот на гномонот е паралелен со Земјината оска на вртење. Сенката ќе поминува преку часовните ознаки на лицето. Аголот на ознаките на лицето од основата на гномонот се пресметува со формулата агол на лицето = arctan(sin(ширина)*tan(агол на часот)). Аголот на писалката (гномонот) = 90 - географска ширина.
3.4 Вертикални сончеви часовници
Иако денес се ретки, сончевите часовници на вертикалните јужни ѕидови (или северните ѕидови на јужната полутопка) често се користеле во минатото. Лесно се гледаат од далечина и не се скапи за правење. Еден начин е да го насликате часовникот на ѕидот и да поставите гномон со три нозе од метални прачки. Декоративните часовници имале лица од инкрустриран камен.
Проблемот е што ѕидните часовници го мерат времето само во еден дел од годината кога сонцето го осветлува ѕидот. Многу се слични на градинарските сончеви часовници. Формулата за пресметување на сончевите часови свртени кон југ е агол на лице = arctan(cos(географска ширина)*tan(агол на часот)). Агол на писалката (гномонот) = географска ширина.
Вообичаено било да се постават четири часовници на врвот или на страните на кулите за да се мери времето. На овој начин, времето можело да се мери во текот на целата година. Во принцип, ѕидните сончеви часовници можат да се постават на која било површина, под кој било агол, под услов тригонометриската проекција на лицето да е правилна.
4 Преносливи сончеви часовници, за навигација и мерење на времето
Напредни преносливи астрономски инструменти биле развиени уште во средниот век.
4.1 Сончев часовник со две лица
Еден од популарните модели на преносни сончеви часовници беше наречен диптих. Имал две мали рамни лица, поврзани со шарка. Обично се чувале во мали кутии кои можеле да се стават в џеб. Гномонот бил врвка меѓу двете лица. Кога врвката се затегне, лицата формирале и вертикален и хоризонтален сончев часовник. Обично биле направени од бела слонова коска, со ознаки од инкрустиран црн лак. Најдобрите гномони биле направени од црна свиткана свила, лен или коноп.
Со јазол или бројаница на врвка како нодус и правилни ознаки, диптихот можел да служи како календар доволно добро според него да се одредува времето на одгледување растенија.
Со правење два сончеви часовници кои имаа различни агли на врвката (а со тоа и различни проекции), диптихот можел да се самодотерува. Со двете лица кои покажуваат исто време, а порамнета шарка, диптихот го покажува локалното сончево време. Шарката можела да биде насочена кон север (на северната полутопка), а гномонот на диптихот бил поставен под агол паралелен со оската на вртење на Земјата. Напладне, при изгрејсонце и зајдисонце, дотерувањето на географската широчина не влијаело на времето на двата сончеви часовници, но во 9 часот и 15 часот, грешка од еден степен географска ширина создавала разлика од четири минути меѓу двете страни.
Тоа значи дека диптихот можел да служи и како компас, а можел да ја мери и географската ширина. Некои диптиси имале мала скала и оловен тег за да може да се очитува ширината. Други имале компас за мерење на аголот на географските ознаки. Големи (метар долги) диптиси можеби се користеле за навигација во древно време.
4.2 Преносливи сончеви часовници од почетокот на 18 век
Овој модел на сончев часовник имал пречник од 8 и бил изработен од месинг. Имал месинген капак за заштита при патување. Неколку работи ја овозможувале неговата прецизност. Имал железна игла за компас за прецизно одредување на север. Скалата била поделена на 5 минути.
Овој часовник го направил Габриел Стоукс, производител на математички инструменти.
4.3 Сончев часовник за мерење на елевацијата
Астролабите се користеле како сончеви часовници, како календари, во астрономската навигација.
Најмалиот модел бил прстен. Имал мала рачка и се носел в џеб или на ланче. Кога се држел за рачката, дупката фрлала сенка на внатрешната страна на прстенот, означувајќи го времето со ознаки врежани внатре. Корисникот требало да знае дали е утро или вечер. Обично дупката се поставувала на лизгачко парче метал, кое било дотерано на точен датум.
Неодамна, американските специјални сили дале да им се изгравира едноставен сончев часовник сечилото на ножот.
5 Прецизни сончеви часовници (хелиохронометри)
Прецизен сончев часовник, наречен хелиохронометар, го поправа „привидното сончево време“ во „средно сончево време“ или некое друго стандардно време. Хелиохронометрите обично ги покажуваат минутите во граници од една минута од универзалното време.
5.1 Екваторијален лачен сончев часовник
Класичен облик на хелиохронометар е ''екваторијален лачен сончев часовник''. Плоча, процеп или затегната жица паралелна со оската на Земјината оска претставува писалка. Лицето е полукруг со ознаки внатре. Овој модел, изграден од неколку метри челик отпорен на топлина, се користел за следење на прецизен возен ред во Франција пред Првата светска војна.
Еден од наједноставните сончеви часовници што мери точно време е сончевиот часовник со екваторијален лак со гномон во облик на две вазни . Обликот на вазна директно ја засенувал часовната линија на точното место многу години и на секоја позиција на Сонцето.
Најточните сончеви часовници некогаш направени се монументалните екваторијални лакови изградени во Џантра мандир (Џајпур), (збирка на архитектонски астрономски инструменти, изградена од махараџата Џаи Синг II во неговиот главен град Џајпур помеѓу 1727 и 1733 година) во Индија, изградена како дел од група астрономски инструменти.
5.2 Прецизни пладневни покажувачи
Во некои постари куќи, особено на фарми, може да се најдат пладневни покажувачи врежани на подот или на прозорските рамки. Ваквите ознаки служеле како сончеви часовници кои означувале пладне по локално време и овозможувале едноставно и точно време во домаќинствата кои немале часовници.
Во модерно време, поштите во некои источни земји ги дотеруваат своите часовници користејќи прецизен покажувач на пладне. Според ова време, граѓаните знаат колку е часот. Типичен показател за пладне биле леќи поставени над подигната плоча. Плочата имала изгравирана облик на „осумка“. Кога сончев зрак ќе падне на дел од формата во одреден месец, пладне е!
5.3 Натписи на сончеви часовници
Сончевите часовници често имаат натписи или изреки на нив. Така, минувачите не само што го читаат времето и датумот, туку и предупредувањата кои ги тераат да размислуваат за користењето на времето, животот и смртта. Исто така, славење на Бога, патриотски и политички пароли. Некои примери: „Брзај полека“ (од грчкиот „σπεύδε βραδέως), од латинскиот „Carpe diem!“ („Зграпчи го денот").
5.4 Сончеви часовници во Стара Грција
Старите Грци користеле вид на сончев часовник понекогаш наречен пелекинон (во облик на секира, веројатно затоа што ознаките за часовите и деновите потсетувале на двостраната секира pelekus). Гномонот бил стап или столб поставен исправено на хоризонтално или полусферично лице. Сенката на врвот на стапот покажувала хиперболични криви на рамно лице или кругови на полусферично лице. Предноста на овој часовник е што е нагоден да го покажува точното време во секое време од годината.
5.5 Аналематски сончеви часовници
Аналематските сончеви часовници го претвораат сончевото време во „средно сончево време“ или некое друго стандардно време. Тие обично имаат ознаки за часовите во облик на „осумки“. На овој начин се компензира малата ексцентричност на Земјината орбита која предизвикува варијации од 15 минути од средното сончево време.
Многу прецизни часовници од овој вид се многу практични на плоштадите, со топчиња на врвот на јарболот како ''нодуси'' и со бројчаници обоени или изгравирани на плочникот.
Забавна, помалку точна верзија на сончев часовник е да се постават ознаките за часови во бетон, а потоа да го постави набљудувачот во квадрат со ознака на месецот. Ознаките за месец се поставени тка да се нагодени на годишното време. Во тој случај главата на набљудувачот е гномон. Ако сончевиот часовник е вграден во бетон, тој е совршено заштитен од вандализам, забавен е и релативно точен.
Геометриската конструкција на аналематските часовници е едноставна. Замислете екваторијален сончев часовник да виси во воздухот: вертикалната плоча е насочена кон полот, а прстенот стои вертикално на плочата. Обележете ја најниската точка на прстенот со „12“ и означете ги другите часови како и обично. Во одредено време и датум, сенката од точката А на плочата паѓа на точката Б на прстенот (што зависи од часот и положбата на Земјината орбита). Нацртајте точка B' на земјата директно под B и точка A' точно под A. Ако стоите во точката A' вашата сенка ќе покаже на B', бидејќи сонцето е некаде во рамнината ABA'B'.
Во средните географски широчини, елипсата со часовните ознаки треба да биде широка околу 6 метри, така што сенката на главата на набљудувачот ќе паѓа во близина поголемиот дел од времето.
''Релевантна статија:''
5.6 Рефлектирачки сончеви часовници
Исак Њутн измислил сончев часовник за прозорци кои гледаат кон југ. Поставил мало огледало во рамката на прозорецот и го обоил лицето на часовникот на таванот и ѕидовите. Огледалото формирало гномон со помош на зраците светлина. На овој начин направил голем, точен и нагодлив сончев часовник со минимум материјали и простор. Овој модел лесно може да се направи како аналематски часовник.
5.7 Сончеви часовници со аналоген приказ на времето
Еден интересен модел го мери точното време, иако сè уште наликува на конвенционален градинарски часовник. Тоа е хоризонтален сончев часовник со лице во облик на срце (кардиоида). Кардиоидата е облик кој е врска помеѓу конвенционалниот часовник со сончеви ознаки и лицето на прав часовник. Онаму каде што сенката го преминува работ на кардиоидата е местото каде што времето може да се прочита на класичниот бројчаник кој се наоѓа долу. Сончевиот часовник е нагоден да го мери времето од денот со вртење на долниот бројчаник. Лицето на сончевиот часовник не се движи.
6 Дигитални сончеви часовници
Дигиталниот сончев часовник користи светлина и сенка за да го „запише“ времето во бројки (дури и зборови). Еден таков модел користи две паралелни маски кои ја насочуваат светлината на матрици што одговараат на времето од денот.
7 Здруженија, групи и организации на љубители на сончевите часовници
***