НПК Солнечные часы

Муниципальное автономное образовательное учреждение дополнительного образования «Дворец детского (юношеского) творчества» муниципального образования города Чебоксары – столицы Чувашской Республики

XXII открытая научно-практическая конференция

«Планета Исследований - 2024»

Тема:

Название работы: «Солнечные часы»

Автор работы:

Евдокимова Алина

ученица 1 «Д» класса МБОУ «СОШ» №19

Научный руководитель:

Климкина Катерина Александровна

учитель начальных классов МБОУ «СОШ» №19

г. Новочебоксарск

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………...…………………….…………………………………………3

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ……………………...……………………………….…………….4

1.1. История часов…………………………………………………………………………..4

1.2. Все о солнечных часах. От А до Я…………………………………………………….7

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………............9

2.1. Изучение солнечных часов……………………………………………………………10

2.2. Изготовление солнечных часов………………………………………………………12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………….…………………………………………….…13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………….………………..…………………………………..14

ПРИЛОЖЕНИЕ …………………………………………………………………………….15

ВВЕДЕНИЕ

А знаете ли вы - что самое быстротечное в нашей жизни???

Отгадайте загадку:

«Оно не ждет и не стоит, Оно всегда вперед бежит.

Все берегут его. Друзья, его вернуть, увы, нельзя (время)».

С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть. Человечество всегда отдавало себе отчет в том, что течение времени необратимо, но всегда пыталось его измерить.

Вся наша жизнь организована по часам, и трудно вообразить, как можно было прожить день, не следя за временем.

Мы измеряем время годами, месяцами, днями, часами, минутами, секундами... Мы знаем самые разные пословицы, поговорки и афоризмы о времени: "Делу - время, а потехе - час". "Всякому овощу свое время". "Лучше поздно, чем никогда". "Счастливые часов не наблюдают" и многие другие.

Чтобы ориентироваться во времени, человек изобрел специальный прибор - часы. Шло время, и люди совершенствовали механизм его отсчета. Известно, что далеко не сразу человечество стало отсчитывать начало нового дня с полуночи.

Цель работы: Создать солнечные часы, научиться определять время по солнечным часам.

Задачи:

- Познакомиться с устройством и назначением солнечных часов, расширить знания о различных видах часов;

- Приобщиться к истории развития солнечных часов;

- Формировать умение наблюдать и делать выводы;

- Упражняться в умении определять время по часам;

- Развивать умение самостоятельно получать и в доступной форме фиксировать новые знания; строить умозаключения. Развить познавательный интерес, творческую активность.

Гипотеза: Если познакомиться с информацией о солнечных часах, то можно ли создать свои солнечные часы.

Объект исследования: процесс измерения времени при помощи солнечных часов.

Предмет исследования: солнечные часы как инструмент измерения времени.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 История часов

Его сравнивают с водой, с песком, его нельзя ощутить, попробовать, прикоснуться, поймать, но оно всегда движется и все мы зависим от него – это время.

На протяжении многих веков человечество, да и всё живое на земле подчиняется временным циклам, будь то времена года, время суток.

Ещё в глубокой древности люди пытались понять это явление более точно, заглянуть в его тайные уголки, разгадать загадку движения времени. Для чего учёные умы придумывали специальные приборы для измерения этой величины, позже, получившие, название – часы.

Это сейчас эти измерительные приборы для нас являются обыденностью, и мы можем узнать время, посмотрев практически на любой предмет, который нас окружает: монитор компьютера, экран телефона, различные гаджеты. А буквально 100 – 150 лет назад это было предметом роскоши, и иметь часы могли только люди из высших сословий и имеющие хороший достаток.

Дошедшие до нас в привычном виде часы имеют «за своими плечами» огромную историю. Эволюция этого предмета, несомненно, вызывает интерес. Рассмотрим эти этапы подробнее.

Солнечные часы. Одни из древнейших изобретений. Упоминание о них было найдено в Древнем Египте на одной из гробниц 1306 – 1290 гг. до н. э. Представляли собой устройство, состоящее из циферблата, расположенном на ровной поверхности земли, и гномона (колонна, шест). Именно по тени, а конкретнее её длине, которую оставлял гномон на циферблате, и определяли время.

Эти часы показывали истинное солнечное время, проще говоря, местное. Применяли их во всех древних цивилизациях, а по принципу работы гномона появилась наука гномоника. Работали такие измерительные приборы только днём и в ясную погоду.

Данный вид часов интересен и в современном мире, в основном, любителям физики (Рис. 1).

Водяные часы. Имели название клепсидра. Измерялись таким прибором промежутки времени. Представлял собой сосуд с отметками, из которого по каплям вытекала вода через равные промежутки времени. Водяные часы были очень популярны в Древнем Риме, где по ним определялась длина ораторского выступления. В Древнем Китае и Древней Индии также эти часы имели популярность. Благодаря тому, что можно наблюдать, как вода уходит из сосуда, появилось выражение «время истекло».

В современном мире используют такие часы в популярной телеигре «Форт Боярд» (Рис. 2).

Песочные часы. Изобретены они были ещё в X веке, и широко использовались в Византии. Принцип их действия заключается в измерении промежутка времени. Точность этих часов зависела от качества песка (Рис. 3).

Механические часы. Первые механические часы устанавливали на городских площадях, так как гиревой механизм был громоздким, то такие часы размещались в больших башнях. На циферблате имелась только одна часовая стрелка, минутной стрелки не было.

Спустя некоторое время, в XVII веке, Галилео Галилей изобрёл маятник, который и послужил зарождению современного часового механизма.

Благодаря голландскому учёному Христиану Гюйгенсу и Роберту Гуку из Англии колебательный механизм часов стал балансирным за счёт действия маленькой спирали, поддерживающей незатухающие колебания. Такие часы получили распространение во всех сферах жизни, в медицине, в военном деле, как украшения.

В это же время появляются карманные часы, вызвавшие большой ажиотаж и колоссальный спрос. Теперь часы стали украшением. Они были с позолотой, украшенные драгоценными камнями, расписанные в виде картин. Даже придумали новые модели в одежде, с карманом для часов (Рис. 4).

Атомные часы. А вот самые точные часы, которые существуют сейчас, являются атомные. Принцип их действия заключён в процессе собственных колебаний на уровне атомов и молекул. Их используют в станциях мобильной связи, в системе спутниковой и наземной телекоммуникации. Они очень важны в навигации. С их помощью определяют положение космических кораблей, спутников, ракет.

Так часы постепенно завоевывали своё место в жизни людей. И сейчас вряд ли найдётся человек, у которого на руке не было бы часов, на прикроватной тумбочке не стоял бы будильник, на стене не висели бы «часы-ходики», а на полке, в качестве сувенира не стояли бы песочные часы. Время нас завоевало (Рис. 5).

Биологические часы. А так же есть еще интересный способ определения времени.

Есть в природе и звучащие часы «живые часы». Весной и летом можно легко определить время по пению птиц. Соловей просыпается в начале второго часа ночи.

В 2 - 3 часа утра начинает петь полевой жаворонок.

В 5 часов просыпается зяблик. А вот воробей, живущий рядом с человеком, просыпается поздно - 6 часов утра.

Самый верный утренний будильник – петух, причем не только весной и летом, а в любое время года.

1.2. Все о солнечных часах. От А до Я.

Изучив эволюцию часов, мне захотелось лучше узнать о солнечных часах. Они мне показались очень интересным методом определения, который сейчас час.

Основные компоненты солнечных часов включают:

Гномон - вертикальный стержень, отбрасывающий тень на циферблат. Форма и длина гномона определяют точность часов.

Циферблат - плоская поверхность, на которой нарисованы часовые отметки. Она может быть выполнена из различных материалов, включая камень, металл, дерево или пластик.

Тень - движущаяся линия, перемещающаяся по циферблату в течение дня. Ее длина и направление зависят от положения солнца и времени суток.

Принцип работы солнечных часов основан на том, что тень от гномона изменяется в зависимости от времени суток и положения солнца на небе.

В полдень, когда солнце находится прямо над головой, тень от гномона будет самой короткой. С течением времени тень будет становиться длиннее, пока не достигнет максимальной длины в полночь.

Солнечные часы могут быть классифицированы по различным параметрам, включая форму циферблата (круглые, квадратные, прямоугольные и т.д.), ориентацию (вертикальные, горизонтальные или наклонные), материал (металл, камень, пластик) и тип гномона (плоский или круглый).

Точность солнечных часов зависит от многих факторов, включая географическую широту, угол наклона циферблата и качество гномона. Для максимальной точности гномон должен быть вертикальным и иметь длину, равную одной четверти диаметра циферблата.

В дополнение к своей основной функции, солнечные часы могут быть также использованы для демонстрации различных астрономических явлений, таких как равноденствия и солнцестояния (Рис. 6).

История солнечных часов начинается в древнем Египте в 1500 году до нашей эры. Именно тогда были созданы первые солнечные часы, известные как «гномон» — простейший вид солнечных часов.

Гномон представлял собой вертикальный столб, установленный на горизонтальной плоскости, и тень от этого столба показывала текущее время. Такие солнечные часы использовались в Египте, Вавилоне и Греции. Впоследствии конструкция солнечных часов развивалась и совершенствовалась.

В Древнем Риме и Греции были разработаны более сложные устройства, такие как аналемматические солнечные часы, которые учитывали изменение положения Солнца в течение года и регулировали свою работу соответствующим образом.

С развитием науки и техники, солнечные часы также стали использовать для астрономических наблюдений, таких как измерение солнечного склонения, определение географической широты местности и т.д.

Сегодня солнечные часы продолжают использоваться в качестве декоративных элементов в парках, на площадях и других общественных пространствах. Кроме того, они являются предметом коллекционирования среди любителей антиквариата и истории науки и техники (Рис. 7).

  Виды солнечных часов

1. По форме циферблата:

- Круглые: Наиболее распространенный тип солнечных часов, с круглым циферблатом. Тень от гномона (вертикального стержня) перемещается по кругу.

- Прямоугольные: С циферблатом прямоугольной формы, обычно используются в парках и на открытых площадках.

- Треугольные: Имеют треугольную форму, часто используются в городских условиях, где мало свободного пространства.

2. По типу гномона:

- Плоский: Простой и наиболее распространенный тип гномона. Он представляет собой плоскую пластину, которая отбрасывает тень на циферблат.

- Сферический: Более точный тип гномона, который имеет сферическую форму и отбрасывает тени на циферблат под углом, соответствующим положению солнца на небе.

3. По материалу циферблата:

- Песок: Используется в часах, расположенных на пляжах или в пустынях. Песок позволяет легко определить положение тени, так как она оставляет след на циферблате.

- Камень: Обычно используется в более традиционных солнечных часах, установленных в парках или на площадях.

- Металл: Часто используется в современных солнечных часах, особенно в тех, которые устанавливаются в городских парках или возле офисных зданий.

4. По сложности:

- Простые: Имеют только одну стрелку, указывающую на текущее время.

- Сложные: Могут иметь несколько стрелок или дополнительные функции, такие как календарь или термометр (Рис. 8).

5. По назначению:

- Часовые: Используются для определения времени с точностью до часа.

- Минутные: Позволяют определить время с точностью до минуты.

- Секундные: Определяют время с точностью до секунды.

6. По стилю:

- Классические: Имеют простой и элегантный дизайн, часто с использованием традиционных материалов, таких как камень или металл.

- Современные: Используют более яркие и необычные материалы и дизайны, чтобы привлечь внимание прохожих.

7. По размеру:

- Большие: Устанавливаются в общественных местах, таких как парки или площади, и могут быть видны на большом расстоянии.

- Маленькие: Более компактные модели, которые можно носить с собой или устанавливать на столе.

8. По цвету:

- Одноцветные: Циферблаты имеют один цвет, который может быть как ярким и привлекательным, так и более спокойным и нейтральным.

- Многоцветные: Имеют несколько цветов на циферблате, которые могут меняться в зависимости от времени суток или года.

Итак, существует множество различных видов солнечных часов. Выбор конкретного типа зависит от ваших предпочтений, места установки и назначения.

2. ПРАТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Изучение солнечных часов.

Солнечные часы состоят из следующих основных компонентов:

1. Гномон: Это стержень или столб, который отбрасывает тень на циферблат. Он обычно делается из дерева, металла или камня. Форма гномона может быть различной: от простого вертикального столба до более сложных конструкций.

2. Циферблат: Это плоская поверхность, на которой отбрасывается тень от гномона. Она может быть сделана из различных материалов, таких как камень, металл или пластик. На циферблате обычно нанесены деления, которые соответствуют определенным временным интервалам.

3. Индекс (стрелка): Это указатель, который указывает текущее время на циферблате. Он может быть неподвижным или подвижным и обычно находится в центре циферблата (Рис. 9).

  Принцип работы солнечных часов основан на том, что тень, отбрасываемая гномоном, меняется в течение дня из-за движения Солнца. В полдень тень самая короткая, а в полночь - самая длинная. Положение тени на циферблате указывает на текущее время.

Солнечные часы могут быть разных форм и размеров, в зависимости от их назначения и места использования. Они могут быть стационарными или мобильными, и могут использоваться как внутри помещений, так и на открытом воздухе.

Точность солнечных часов зависит от многих факторов, включая географическую широту, время года и погоду. Они не являются абсолютно точными, особенно вблизи равноденствий и солнцестояний, когда продолжительность дня меняется быстро. Однако с учетом этих факторов и при правильном использовании солнечные часы могут служить надежным и простым способом определения времени.

Как пользоваться солнечными часами?

Солнечные часы – это простой и древний способ измерения времени, основанный на движении солнца по небу. Чтобы использовать солнечные часы, следуйте этим шагам:

1. Найдите солнечное место для установки часов. Убедитесь, что на них не падает тень от деревьев или зданий.

2. Расположите часы на горизонтальной поверхности, например, на земле или на столе.

3. Установите их так, чтобы часовая стрелка была направлена на север:

с помощью компаса, можно использовать тени в течение дня, спросить у человека (Рис. 10).

 4. Направьте часовую стрелку на солнце. Это можно сделать с помощью компаса или визуально, смотря на тень от солнца.

Направьте конец стрелки прямо на солнце, а затем медленно поворачивайте часы до тех пор, пока тень от стрелки не укажет на 12:00 (полдень) на циферблате.

5. После этого вы можете использовать часы для определения времени в течение дня. Тень от часовой стрелки будет указывать на время на циферблате, но только в том случае, если вы правильно расположили часы и направили стрелку на север.

Помните, что солнечные часы работают только в светлое время суток и не учитывают ночные часы. Также они не работают в облачные или дождливые дни, когда солнце не видно.

2.2. Изготовление солнечных часов

Узнав больше про солнечные часы, мне захотелось самой изготовить эти часы.

Вместе с мамой на интернет-сайте «Картонкино.ру» мы нашли не только интересный шаблоны для изготовления солнечных часов, но и инструкции по их правильному использованию.

Мы использовали шаблон солнечных часов горизонтального типа. Их особенность в том, что плоскость циферблата, как следует из названия, расположена горизонтально, гномон же находится под наклоном к горизонтали под углом, равным географической широте той местности, для которой предназначены часы. То есть перед каждым создателем горизонтальных солнечных часов стоят две задачи: закрепить гномон под нужным углом, сделать правильную шкалу времени. Там же имеется шесть вариантов циферблата с маркировкой следующих географических широт северного полушария 45°, 50°, 55°, 60°, 70°.

С помощью интернета мы нашли, что город Новочебоксарск находится 50° северной широты. Нам осталось распечатать только нужный циферблат и прикрепить гномон, собрать весь прибор.

Солнечные часы готовы. Теперь, чтобы они работали правильно, их нужно поставить на место, освещенное солнцем, гномон должен смотреть на север. Тень от гномона указывает на время на солнечных часах.

В один солнечный день я испробовала мои солнечные часы. Я записывала время на солнечных часах и сравнивала с московским временем. Разница была час – полторы, наверное, потому что мы перестали переходить на «летнее» и «зимнее» время (Приложение).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы изучены и описаны особенности солнечных часов и принцип их работы. Изготовлены самые простые модели солнечных часов – горизонтальные для географической широты города Новочебоксарск.

Анализ изученного материала позволил выявить преимущества и недостатки солнечных часов.

Преимущества: высокая точность в определении местного солнечного времени, так как они привязаны к явлению природы, т.е. полдень абсолютен.

Недостатки: нет возможности  пользоваться в дождливую погоду или ночью; солнечные часы показывают местное солнечное время, характерное для данного географического положения и времени года; они не учитывают время данного часового пояса; могут иметь погрешность.

Вся наша жизнь организована по часам, и трудно вообразить, как можно было бы прожить день, не следя за временем. Оно помогает составить распорядок дня. По часам мы определяем, чем должны заняться или какое событие скоро наступит. Время похоже на нескончаемый поток, который несет нас по течению от прошлого в настоящее и к будущему.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. «Впереди времени»/ Е. Кнорре.: Детская литература, 1989 г

2. «Обо всём на свете» иллюстрированная энциклопедия для

детей/ФедановаЮ.В.: Владис, 2015 г.

3. Ресурсы Интернет http://www.sundials.ru/ ; http://www.firsanov.ru/

П риложение

Рис. 1 Рис. 2

Рис. 3 Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6 Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10