Экваториальные солнечные часы

 

Изобретение относится к приборам для определения времени по солнцу. Изобретение обеспечивает возможность отсчета времени в зимний период времени, повышает удобство и точность отсчета местного солнечного времени. Изобретение содержит основание, в верхней части которого имеется плоскость, параллельная плоскости небесного экватора и снабженная элементами закрепления циферблата. На верхней поверхности циферблата в центре окружности шкалы отсчета летнего времени установлен гномон летнего времени, а на нижней поверхности циферблата в центре окружности шкалы отсчета зимнего времени установлен гномон зимнего времени. Центр окружности шкалы отсчета зимнего времени смещен относительно центра окружности шкалы отсчета летнего времени на величину (0,5-1,0)R, где R - радиус окружности шкалы отсчета зимнего времени. Шкала отсчета летнего времени содержит диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно тени, отбрасываемой гномоном. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технической физике, в частности к приборам для определения времени по Солнцу, может быть использовано для определения времени в светлый период суток и предназначено для эксплуатации на открытых площадках в качестве городской достопримечательности.

Известны экваториальные солнечные часы Я.П. Шебалина, защищенные авторским свидетельством СССР 1760531, МПК 5 G 04 B 49/00, опубл. 1992 г., бюлл. 33, содержащие корпус с крышкой, на которой снаружи закреплен циферблат. Крышка с корпусом скреплена шарнирно. Установка циферблата в плоскости небесного экватора осуществляется но квадранту, закрепленному на корпусе и снабженному фиксатором углового положения циферблата. Часовая ось (гномон) установлена в центре циферблата. Для удобства транспортирования в корпусе имеются вырезы для размещения гномона и квадранта. Такие часы имеют невысокую точность отсчета истинного солнечного времени и не могут использоваться для отсчета времени в зимний период - от даты осеннего равноденствия до даты весеннего равноденствия.

Из описания к авторскому свидетельству СССР 373752, МПК G 09 B 19/02, G 04 B 49/02, о публ. 1973 г., бюлл. 14 известны учебные универсальные астрономические часы, обеспечивающие отсчет солнечного времени - дискретного, поясного и истинного. Описанная конструкция этих экваториальных солнечных часов содержит основание с рисками для ориентации в направлении север-юг и стойкой, в которой закреплена полая ось. На верхнем конце полой оси, соосно ей закреплен круг часовых углов (циферблат) из органического стекла или другого прозрачного пластика. Внутри полой оси проходит часовая ось, на которой жестко закреплен круг прямых восхождений и шкала склонений с двумя стрелками-указателями. На нижнем конце полой оси установлен часовой механизм, обеспечивающий вращение часовой оси, а с ней - и круга прямых восхождений со скоростью один оборот в сутки. Полая ось закреплена в стойке с возможностью установки и фиксации положения этой оси в вертикальной плоскости в пределах 0-90^o, что позволяет совместить плоскость круга часовых углов с плоскостью небесного экватора. Недостаток описанных экваториальных солнечных часов заключается в том, что они имеют сравнительно низкую точность отсчета истинного времени и не могут использоваться для отсчета времени в зимний период.

Технический результат от использования изобретения - обеспечение возможности отсчета времени в зимний период (с даты осеннего равноденствия до даты весеннего равноденствия) и повышения удобства и точности отсчета местного времени.

Указанный технический результат достигается тем, что в экваториальных солнечных часах, содержащих основание, плоский циферблат со шкалой отсчета летнего времени, гномон летнего времени, установленный перпендикулярно циферблату в центре окружности шкалы отсчета летнего времени, основание выполнено в виде тумбы, верхняя часть которой содержит плоскость, параллельную плоскости небесного экватора и снабженную элементами закрепления циферблата в его нижней части, циферблат установлен на основании с ориентацией гномона летнего времени вверх по оси мира, верхняя поверхность циферблата дополнительно содержит диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном летнего времени, нижняя поверхность циферблата содержит шкалу отсчета зимнего времени, в центре окружности которой перпендикулярно циферблату установлен гномон зимнего времени, и диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном зимнего времени, при этом центр окружности шкалы отсчета зимнего времени смещен вверх относительно центра окружности шкалы отсчета летнего времени на величину, равную (0,5-1,0) R, где R - радиус окружности шкалы отсчета зимнего времени. Диаметр гномона летнего времени равен диаметру гномона зимнего времени, а диаметр шкалы отсчета летнего времени в два раза больше диаметра шкалы отсчета зимнего времени. Диаметр гномона летнего времени относится к диаметру окружности шкалы отсчета летнего времени как 1: 38 с погрешностью не более 5%.

Диаграмма смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном летнего времени, выполнена в виде графика уравнения времени, нанесенного на временную ось, изображающую в масштабе один к одному тень от гномона летнего времени, при этом при отношении диаметра гномона летнего времени к диаметру окружности шкалы отсчета летнего времени, равном 1:38, точка отсчета местного времени совпадает с центром тени 16-го апреля, 14-го июня и 1-го сентября, с передним краем тени 27-го марта и 23-го июля и с задним краем тени 17-го сентября.

Диаграмма смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном зимнего времени, выполнена в виде графика уравнения времени, нанесенного на временную ось, изображающую в масштабе один к одному тень от гномона зимнего времени, при этом при отношении диаметра гномона зимнего времени к диаметру окружности шкалы отсчета зимнего времени, равном 1: 19, точка отсчета местного времени совпадает с центром тени 25-го декабря, с передним краем тени 24-го января и 5-го марта и с задним краем тени 5-го октября и 28-го ноября. Плоскость, параллельная плоскости небесного экватора, выполнена на промежуточном постаменте, жестко закрепленном на основании.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена конструкция заявленных Солнечных часов: а) вид сбоку, б) вид со стороны гномона летнего времени, в) вид со стороны гномона зимнего времени. На фиг.2 изображена конструкция заявленных солнечных часов с креплением циферблата на дополнительном постаменте. На фиг.3 показана шкала летнего времени. На фиг.4 показана шкала зимнего времени. На фиг.5 изображены диаграммы смещения относительно тени гномонов: а) точка отсчета местного летнего времени, б) точка отсчета местного зимнего времени.

На фиг.1-5 цифрами обозначены: 1 - основание; 2 - плоскость, параллельная плоскости небесного экватора; 3 - циферблат; 4 - гномон летнего времени; 5 - гномон зимнего времени; 6 - элементы крепления циферблата; 7 - шкала отсчета летнего времени; 8 - диаграмма смещения точки отсчета местного летнего времени; 9 - шкала отсчета зимнего времени;
10 - диаграмма смещения точки отсчета местного зимнего времени;
11 - промежуточный постамент;
12 - график уравнения времени.

Заявленные экваториальные часы (фиг.1 и 2) содержат основание 1 в виде тумбы, в верхней части которой имеется плоскость 2, параллельная плоскости небесного экватора и предназначенная для закрепления на ней плоского циферблата 3. На одной из поверхностей циферблата 3, перпендикулярно ей, установлен гномон 4 летнего времени, на другой (противоположной) - гномон 5 зимнего времени. Циферблат 3 закреплен на поверхности 2 с помощью элементов крепления 6 таким образом, что гномон 4 направлен вверх, а его ось совпадает с осью мира, то есть перпендикулярна плоскости небесного меридиана. На поверхности циферблата 3 с гномоном 4 нанесена шкала 7 отсчета летнего времени в виде окружности с равномерной разбивкой, центр которой совпадает с осью гномона 4, и диаграмма 8 смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени от гномона 4. На поверхности циферблата 3 с гномоном 5 нанесена шкала 9 отсчета зимнего времени в виде полуокружности, центр которой совпадает с гномоном 5, а диаграмма 10 смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени от гномона 5. Циферблат 3 может быть скреплен с основанием 1 через дополнительный постамент 11 (фиг.2). Такое выполнение экваториальных солнечных часов позволяет унифицировать их конструкцию для разных широт местности. Диаграммы 8 и 10 выполнены в виде графика 12 уравнения времени, нанесенного на изображение в масштабе один к одному тени от гномона 4 или гномона 5. Гномоны 4 и 5 выполнены в виде цилиндрических стержней. При равенстве диаметра гномона 4 диаметру гномона 5 диаметр окружности шкалы 9 выбирается равным половине диаметра окружности шкалы 7, а отношение диаметра гномона 4 к диаметру окружности шкалы 7 равным 1:19 с погрешностью 5%. При таких отношениях обеспечивается одинаковое восприятие смещения точки отсчета местного времени по шкалам 7 и 9.

Экваториальные солнечные часы (фиг.1 и 2) являются стационарными и устанавливаются на открытой площадке в местах массового отдыха. Основание 1 выполняется в виде монолитной конструкции, например железобетонной, облицованной декоративными плитами. Плоскость 2 образуется из материала, имеющего одинаковый температурный коэффициент с циферблатом 3. Циферблат 3 может быть выполнен или из каменной плиты, или металла. Гномон 4 и 5 представляют собой металлические цилиндрические стержни одинакового диаметра и закрепляются в циферблате 3 либо с помощью резьбового соединения, либо посадкой с натягом. Шкалы 7, 9 и диаграммы 8, 10 наносятся гравировкой. Циферблат 3 с основанием 1 скрепляется крепежными винтами 6. Гномон 5 закрепляется в циферблате 3 выше гномона 4 на расстоянии (0,5-1,0)R, где R - радиус шкалы 9, при этом гномон 4 должен быть установлен ориентировочно на уровне глаз человека среднего роста, то есть на уровне 170-180 см от уровня установочной площадки. Используются заявленные часы следующим образом. Отсчет времени в период от весеннего до осеннего равноденствия производится по тени от гномона 4, отбрасываемой на шкалу 7, и в период от осеннего до весеннего равноденствия - по тени от гномона 5, отбрасываемой на шкалу 9. Отсчет местного солнечного времени производится с учетом смещения точки отсчета, определяемого по диаграмме 8 или диаграмме 10. Выполнение этих диаграмм в виде графика 12 уравнения времени, нанесенного на изображение тени в масштабе один к одному от гномонов, обеспечивает высокую точность определения времени и исключает грубые ошибки, так как при отсчете не требуется мыслительных операций, а визуализация смещения обеспечивается одномасштабностью.

Формула изобретения

1. Экваториальные солнечные часы, содержащие основание, плоский циферблат со шкалой отсчета летнего времени, гномон летнего времени, установленный перпендикулярно циферблату в центре окружности шкалы отсчета летнего времени, отличающиеся тем, что основание выполнено в виде тумбы, верхняя часть которой содержит плоскость, параллельную плоскости небесного экватора и снабженную элементами закрепления циферблата в его нижней части, циферблат установлен на основании с ориентацией гномона летнего времени вверх по оси мира, верхняя поверхность циферблата дополнительно содержит диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном летнего времени, нижняя поверхность циферблата содержит шкалу отсчета зимнего времени, в центре окружности которой перпендикулярно циферблату установлен гномон зимнего времени, и диаграмму смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном зимнего времени, при этом центр окружности шкалы отсчета зимнего времени смещен вверх относительно центра окружности шкалы отсчета летнего времени на величину, равную (0,5-1,0) R, где R - радиус окружности шкалы отсчета зимнего времени.

2. Экваториальные солнечные часы по п. 1, отличающиеся тем, что диаметр гномона зимнего времени равен диаметру гномона летнего времени, а диаметр окружности шкалы отсчета летнего времени в два раза больше диаметра окружности шкалы отсчета зимнего времени.

3. Экваториальные солнечные часы по п. 1 или 2, отличающиеся тем, что диаметр гномона летнего времени относится к диаметру окружности шкалы отсчета летнего времени как 1: 38 с погрешностью не более 5%.

4. Экваториальные солнечные часы по п. 2, отличающиеся тем, что диаграмма смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном летнего времени, выполнена в виде графика уравнения времени, нанесенного на временную ось, изображающую в масштабе один к одному тень от гномона летнего времени, при этом при отношении диаметра гномона летнего времени к диаметру окружности шкалы отсчета летнего времени, равном 1: 38, точка отсчета местного времени совпадает с центром тени 16-го апреля, 14-го июня и 1-го сентября, с передним краем тени 27-го марта и 23-го июля, и с задним краем тени 17-го сентября.

5. Экваториальные солнечные часы по п. 2, отличающиеся тем, что диаграмма смещения точки отсчета местного времени относительно центра тени, отбрасываемой гномоном зимнего времени, нанесенного на временную ось, изображающую в масштабе один к одному тень от гномона зимнего времени, при этом при отношении диаметра гномона зимнего времени к диаметру окружности шкалы отсчета зимнего времени, равном 1: 19, точка отсчета местного времени совпадает с центром тени 25-го декабря, с передним краем тени 24-го января и 5-го марта, и с задним краем тени 5-го октября и 28-го ноября.

6. Экваториальные солнечные часы по одному из пп. 1-5, отличающиеся тем, что плоскость, параллельная плоскости небесного экватора, выполнена на промежуточном постаменте, жестко закрепленном на основании.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5