Cadran solaire horizontal. Comment fabriquer un simple cadran solaire de vos propres mains. Cadran solaire depuis le toit d'une maison Comment fabriquer un cadran solaire à partir de tuyaux

13.10.2019

Brève excursion historique

Les cadrans solaires ont acquis une popularité particulière aux XVIIe et XVIIIe siècles et étaient principalement utilisés dans les jardins. Style classique- d'abord, et bientôt. Elles ont d'abord gagné en popularité dans le cadre d'ensembles de palais, mais leur diffusion massive est associée à la transformation des montres en un élément indépendant. jardins d'ornement, qui, soit dit en passant, ont été interprétés dans une grande variété de styles.

On dit souvent que l'Europe n'est pas endroit approprié créer un cadran solaire sur le site, disent-ils, n'est qu'une autre tentative de se démarquer des autres résidents d'été, et une tentative infructueuse. Et ils disent cela parce que notre climat ne s'y prête pas, car il y a beaucoup de jours nuageux. Vous serez surpris, mais tout cela n’est qu’une autre idée fausse ! Par exemple, en Angleterre, où les brouillards sont fréquents, de rares jardins classiques se passent de cet élément décoratif.

Vidéo - Fabriquer un cadran solaire

Sur le rôle de l'élément dans le paysage

Habituellement, le cadran solaire est situé au centre du parterre de fleurs et constitue l'élément dominant, car il est situé sur un piédestal ou une autre surface surélevée. Notez également que le socle est élément important de cette composition, qui est parfois réalisée sous forme de colonne.

Cadran solaire sont conçus pour attirer l'attention, c'est pourquoi leurs dimensions sont directement liées à la taille d'une zone particulière. Si la zone est petite, il est conseillé d'installer l'horloge sur un chemin, à côté d'une pelouse ou d'un parterre de fleurs petit mais lumineux. Mais dans un jardin paysager ou forestier, mieux vaut les entourer de fleurs pour qu'elles, invisibles de loin, apparaissent soudain sous vos yeux à l'approche. De plus, dans les petits jardins, des cadrans solaires sont souvent installés sous forme de figurines décoratives.

Grâce à la grande variété de matériaux et de formes utilisés pour créer une horloge, vous pouvez obtenir un design qui prend en compte les caractéristiques du jardin dans lequel elle est créée. Ainsi, si le jardin est de style avant-gardiste, mais lors de la création d'un cadran solaire, les détails les plus insignifiants doivent être pris en compte. Ici, l'horloge peut faire partie d'une zone de loisirs, d'une aire de jeux ou même d'un belvédère. De plus, ils peuvent décorer efficacement un bassin de jardin ou une fontaine.

Il existe un concept d'« horloge en direct ». Ceci est une autre option comment faire un cadran solaire de vos propres mains, mais en utilisant des plantes vivantes fleuries, qui serviront de matériau à la formation du cadran et des aiguilles.

Conception du cadran solaire

Tout cadran solaire repose sur deux éléments :

le cadre est une surface plane sur laquelle les marquages correspondants (cadran) sont appliqués ;
Le gnomon est une tige fixée à cette surface.

Tout matériau résistant aux facteurs atmosphériques peut être utilisé pour fabriquer des montres. Il peut s'agir de pierre, de ciment, de fer, de bois, de plastique ou même de gravier. Il est souhaitable que le cadran soit clair (il peut s'agir de marbre blanc, de calcaire, etc.) : ainsi l'ombre du gnomon sera plus visible. Et le gnomon lui-même, en passant, peut être fabriqué à partir de longs clous, d'épingles en plastique ou d'aiguilles à tricoter.

Note! La longueur du pointeur doit légèrement dépasser la circonférence du cadran.

De telles montres peuvent décorer et animer n'importe quel paysage. Surtout si l'on utilise pour cela des plantes vivantes ne dépassant pas 50 centimètres de hauteur. Par exemple, les fleurs de calendula fleurissent vers six heures du matin et se ferment à quatre heures du soir (même si la journée est nuageuse).

Principaux types de montres

Historiquement, il existe trois types de cadrans solaires. Faisons connaissance avec chacun d'eux.

Les éléments verticaux sont installés principalement sur les murs des bâtiments, les piliers ou les clôtures. Le cadre en eux « regarde » exclusivement vers le sud, sous angle aigu(ou à un angle de 90 degrés) par rapport à la ligne de midi. Il est également important que le gnomon soit situé légèrement au-dessus du noyau du cadran - il doit être dévié vers le sud, à environ 90 degrés de la ligne verticale (la latitude géographique de la région est soustraite).
Une particularité des horloges horizontales est qu'elles sont capables d'afficher l'heure toute l'année, même si leurs indicateurs sont en hiver et temps de l'automne ne sont pas entièrement fiables. DANS modèles similaires Le gnomon forme un angle par rapport à l'horizontale égal à la latitude géographique d'une région particulière. Une horloge horizontale peut être installée au milieu d'une pelouse, d'un parterre de fleurs ou d'un bassin de jardin. De plus, des pierres ou des souches peuvent être utilisées pour les divisions numériques.
Les horloges équatoriales présentent un inconvénient majeur : elles n'affichent l'heure avec précision que pendant certaines périodes de l'année. Par exemple, pour régions du nord La période « exacte » est la période comprise entre le 22 mars et le 22 septembre. Mais si l'on considère que l'été dure de la fin du printemps au début de l'automne, ce sera largement suffisant.

Parlons maintenant des fonctionnalités du processus d'installation lui-même. En principe, il est déjà montré dans l'image ci-dessous, mais le cadran dans ce cas a en fait été conçu pour l'heure solaire, c'est-à-dire pour les régions où midi tombe exactement à midi, en fait, comme il se doit.

Mais malheureusement, dans différents lieux midi arrive à des heures différentes - loin de midi. Par conséquent, si vos projets incluent la visualisation sur le cadran heure locale, alors il (le cadran) devra être légèrement modernisé. Pour ce faire, les chiffres dessus doivent être décalés autour de l'axe de sorte que l'ombre la plus courte (c'est-à-dire qu'elle sera observée à midi) se déplace exactement le long de la ligne de midi (nord/sud).

Mais la procédure de recherche de la ligne de midi est déjà une histoire à part, mais il faut le savoir avant comment faire un cadran solaire de vos propres mains. Il est donc peu probable qu'une boussole soit utile dans ce cas, car les pôles magnétiques et géographiques de la planète ne coïncident pas : pour Saint-Pétersbourg, cela représente, par exemple, environ 8 degrés - c'est-à-dire que « l'écart » est en moyenne de 30 minutes, ce qui n'est pas si peu. La manière la plus primitive est la suivante : prendre feuille de contreplaqué, insérez-y une vis ou un clou à un angle de 90 degrés, puis placez le contreplaqué sur une surface horizontale et notez le mouvement de l'ombre de la goupille toutes les quinze minutes. Après cela, en reliant tous les points avec une ligne en 3 heures, déterminez la plus petite ombre - ce sera la même ligne de midi.

Note! Un autre conseils pratiques, qui vous aidera à fabriquer selon les instructions présentées ci-dessous : avant de commencer à utiliser de la pierre ou du métal, il est conseillé de s'entraîner avec du contreplaqué. Si vous vous trompez, rien de grave ne se produira, mais vous acquerrez une expérience pratique.

Enfin point important. Si nous parlons d'un très bon cadran solaire équatorial avec un cadre plat, alors il devrait avoir deux cadrans à la fois - sur les plans inférieur et supérieur. Le premier fonctionnera de l'automne au printemps, le second du printemps à l'automne. Bien que, comme indiqué ci-dessus, cela ne joue pas un rôle particulier pour une parcelle de datcha, puisque les gens y vivent principalement heure d'été, un seul cadran suffit donc.

Avant de commencer les travaux, vous devez décider de l'emplacement. Il est conseillé de les installer sur parterre de fleurs ou sur la pelouse, où lumière du soleil sera disponible tout au long de la journée. Ce qui est typique, c'est que l'horloge peut être placée aussi bien sur une surface plane que sur une surface inclinée (bien que dans la deuxième option, il convient de rappeler que pour obtenir une ombre de même longueur tout au long de la journée, l'angle d'inclinaison requis doit être correctement déterminé). Pour le calculer, une formule spéciale est utilisée : 90 degrés sont pris et la latitude de la région où se trouve votre chalet d'été y est soustraite. Mais dans le cas d'une surface plane, la longueur de l'ombre tombant du gnomon changera au cours de la journée.

Bien sûr, une ombre de longueur constante semblera plus impressionnante, bien que cela ne soit pas important pour la simple raison que la longueur de l'ombre du gnomon peut être augmentée mentalement.

Vidéo - Cadran solaire dans le paysage

Une fois que vous avez choisi votre emplacement, vous pouvez commencer à créer votre cadran de montre. Sa forme, disons tout de suite, peut être différente, mais dans la plupart des cas, la préférence est donnée aux bons vieux classiques - un cercle ou un carré - puisque ce sont les formes les plus faciles à recréer. Et si tu ne sais pas comment faire un cadran solaire de vos propres mains et de quoi, nous répondons : pour cela le plus différents matériaux. Parmi eux, nous soulignons :

pierre;
bois flotté aux formes inhabituelles;
plantes vivaces conifères;
brillant plantes à fleurs etc.

Tout cela peut être utilisé pour former des divisions horaires sur le cadre. Mais comment diviser la zone en ces divisions ? Prenez une montre (électronique ou mécanique - peu importe) et, sur la base de ses lectures, marquez chaque heure la position de l'ombre projetée par le gnomon pendant la journée.

Il est conseillé de le faire le jour caractérisé par la durée la plus longue. Marquez chaque numéro avec une cheville - de cette façon, vous obtiendrez différentes lectures angulaires entre les marques.

Note! Si nous parlons du gnomon lui-même, alors c'est l'élément principal de la structure, puisque l'ombre qu'il projette est une sorte d'aiguille d'horloge pointant vers heure exacte.

La dernière étape sera la conception de la montre. Tout d’abord, réfléchissez à la manière dont vous disposerez les index afin que les cultures plantées à côté de chaque numéro disposent de tout le nécessaire pour un développement et une croissance normaux. Pour ce faire, vous pouvez par exemple indiquer des nombres pairs sur le cercle extérieur du cadre, et des nombres impairs sur le cercle intérieur. Le diamètre de ces cercles doit être respectivement d’environ 4 mètres et 1,5 mètre. Il est également important que les plantes utilisées pour la composition ne dépassent pas 50 centimètres, sinon l'ombre du gnomon les couvrira.

Maintenant, directement au travail !

Instructions pour fabriquer un cadran solaire

La conception d'horloge la plus simple est horizontale, vous pouvez donc même la fabriquer avec votre enfant.

En fait, ils peuvent même être créés sur terre. Pour ce faire, dessinez un cercle pair et collez un bâton au centre - il vous servira de gnomon. Tracez une ligne droite au nord du centre du cercle - ce sera midi selon l'heure astronomique. Après cela, divisez le cercle en vingt-quatre secteurs égaux. Inclinez le bâton vers le nord selon un angle correspondant à la latitude de votre zone particulière. En conséquence, chaque secteur correspondra à 15 degrés.

Note! Un tel cadran solaire n’affichera pas la même heure qu’une horloge ordinaire. Après tout heure solaire, comme on le sait, n'est pas la même que l'heure des fuseaux horaires terrestres.

Maintenant regardons comment faire un cadran solaire de vos propres mains, mais déjà type portatif. Pour ce faire, vous aurez besoin d'une petite boîte en carton (forcément plate), que vous pourrez recouvrir de papier assorti à la couleur du bois pour plus d'effet.

Si nous parlons de zone suburbaine, vous pouvez alors utiliser une coupe de bois même ronde ou un rocher plat et l'installer à l'intersection allées de jardin. Dessinez un cadran rectangulaire sur la surface (si la surface est ronde, dessinez un cercle). Tracez une ligne au centre et coupez-la pour fixer le gnomon. La partie principale de la structure est prête !

Créez maintenant le gnomon lui-même, pour lequel vous devrez déterminer la latitude de la zone où vous habitez. Pour le réaliser, vous pouvez utiliser soit du plastique, soit du carton épais. Pour régler correctement votre montre, munissez-vous d'une boussole. Pointez la partie pointue du gnomon vers le sud, tandis que la direction nord correspondra à midi. Insérez le gnomon dans la fente, scellez les joints avec de la colle.

Pour créer des divisions, marquez l’emplacement de l’ombre tombante toutes les heures. Si vous divisez la surface en vingt-quatre parties, l'horloge affichera l'heure solaire. C'est tout, bonne chance dans votre travail !

Ces horloges sont bien sûr plus difficiles à calculer que les horloges équatoriales, mais elles peuvent indiquer l'heure. toute l'année. Dans cette horloge, le cadran est strictement horizontal et le gnomon est dirigé vers le nord et est situé par rapport à la surface du cadran selon un angle égal à la latitude géographique de la zone. Toute la difficulté de la construction réside dans le marquage des lignes horaires, qui dans ce cas ne seront pas uniformément réparties sur le cadran. Ce marquage peut se faire de trois manières.

La première méthode est la plus simple, mais pas très précise : la méthode des observations visuelles. Tout d'abord, vous devez créer un cadre plat et y attacher le gnomon. Par exemple, Kharkov est situé à une latitude de 50°, le gnomon sera donc situé à un angle de 50° par rapport à la surface horizontale du cadre. Le dessin du gnomon dans ce cas ressemblera à ceci.

Après cela, nous fixons le gnomon sur le cadre de manière à ce que les côtés du triangle BC et BA soient dirigés strictement vers le nord (comment procéder a été décrit dans l'article sur l'horloge équatoriale). Maintenant, nous observons le mouvement de l'ombre du gnomon et faisons des marques sur le cadran toutes les heures. Ainsi, en une journée, vous pouvez marquer tout le cadran. Pour rendre le marquage plus précis, vous devez sélectionner les jours où la valeur de l'équation du temps s'approche de zéro. Après marquage, notre cadran ressemblera à ceci vu d'en haut.

A partir du point A, tracez une ligne jusqu'à une droite perpendiculaire de manière à ce que l'angle CAB soit égal à la latitude de votre zone (Fig. 2).

A partir du point B, tracez une perpendiculaire au segment AC (Fig. 3) et marquez dessus le point D. À partir du point B, de rayon BD, tracez un cercle et, à son intersection avec la ligne horizontale, marquez le point O (Fig. 4).

Dessinons maintenant un cercle avec un centre au point O et un rayon OB et divisons ce cercle en secteurs égaux de 15°, comme pour marquer une horloge équatoriale. Nous prolongeons chaque rayon jusqu'à ce qu'il croise la ligne verticale BC. Ces points détermineront les graduations horaires de notre horloge horizontale (Fig. 5).

Nous connectons ces points avec le point A (lignes rouges). Il ne reste plus qu'à le numéroter - et la moitié du cadran est prête. Faisons pivoter le dessin obtenu de 90° (Fig. 6) et dessinons symétriquement la moitié droite du cadran.

L'horloge est prête. Le gnomon est réalisé de la même manière que décrit dans la première méthode et est installé sur le cadran le long de la ligne des 12 heures (ligne AB) de manière à ce que l'angle égal à la latitude de la zone coïncide avec le point A.

Il ne reste plus qu'à orienter correctement la montre sur le terrain - et c'est tout.

La troisième méthode est trigonométrique. Tout d'abord, préparons la base du futur cadran - des lignes se croisant à angle droit et appliquons les principaux index des heures.

Tous les angles de marquage des divisions horaires peuvent être calculés à l'aide de la formule :

tg(a)=sin(f) * tg(t),

où a est l'angle souhaité
f - latitude de la zone
t est un intervalle de temps exprimé en degrés (à raison de 1 heure = 15°).

Par exemple, calculons où se trouvera 11 heures sur une horloge située à Kharkov. La valeur est f = 50°, et t = 15° (1 heure à partir du repère 12). Remplacez ces valeurs dans la formule :

tg(a)=sin(50°)*tg(15°)=0,7660*0,2679=0,2052

à partir de là, nous déterminons cet angle a=12°.

Ainsi, sur le cadran l’angle entre 12h et 11h sera de 12° pour Kharkov. L'angle entre 12 et 13 heures peut être réglé symétriquement. En utilisant la même formule, on calcule le reste des marquages en prenant l'angle t égal respectivement à deux, trois, etc. heures (30°, 45°, etc.).

Notre horloge ressemblera à cette photo (vue de dessus). La ligne rouge BC marque l'endroit où est fixé le gnomon, dans ce cas sans tenir compte de la correction de la longitude de la zone. Si l'on tient compte de cet amendement, le gnomon ne sera pas dirigé exactement vers 12 heures, mais vers 12 heures 35 minutes - midi vrai pour Kharkov.

Nous installons maintenant cette horloge au sol, en orientant le gnomon strictement le long de la ligne nord-sud, comme décrit précédemment.

Le cadran d’une horloge horizontale n’a pas besoin d’être rond. Si vous prenez en compte l'ombre réelle du gnomon, vous pouvez créer une horloge qui affichera non seulement l'heure exacte, mais aussi la date, sans vous laisser oublier cette événements importants dans la vie, comme les anniversaires, les anniversaires, les dates mémorables. Par exemple, le cadran solaire à l'entrée du yacht club de la ville de Chatham (Angleterre) indique la date et l'heure du décès de l'amiral Nelson (21 octobre à 17h00). Vous pouvez en savoir plus sur la construction de telles horloges dans notre article spécial consacré aux cadrans solaires horizontaux avec un cadran limité par des lignes de solstice.

Si vous souhaitez construire une telle horloge sur votre propriété ou chez vous, mais que vous n'avez pas le temps de faire des calculs, vous pouvez commander un dessin d'une telle horloge, conçue spécifiquement pour votre région et pour vos dates, dans notre boutique en ligne. au rayon produits exotiques.

Le plus ancien mécanisme permettant de lire l’heure. Cadran solaire- l'appareil le plus simple, mais il contient les connaissances et les observations de nos anciens ancêtres. Actuellement cadran solaire utilisé comme décoration paysagère. Par exemple cadran solaire les parents enseignent à leurs enfants la structure système solaire, et le bâtiment lui-même Cadran solaire bricolage- une activité des plus excitantes pour nos enfants, par exemple être à la plage. Pendant la production cadran solaire vous devez connaître certains points et caractéristiques de leur conception, dont nous parlerons dans cet article.

De quoi est fait un cadran solaire ?

Cadran solaire se composent d’une aiguille pointeuse qui projette une ombre (cette aiguille s’appelle un gnomon) et d’un cadran solaire. Temps par cadran solaire déterminé par l’ombre projetée par le gnomon sur le cadran. Tout est simple, mais il y a quelques particularités. Cadran d'horloge cadran solaire est divisée en 24 heures, au lieu de 12 heures, comme dans les montres mécaniques classiques. Le cadran ou gnomon doit être incliné au-dessus de l'avion. Cadran solaire ne prend pas en compte l'heure d'été. Le cadran solaire ne fonctionne que par temps clair ou partiellement nuageux pendant la journée. C'est toutes les restrictions cadran solaire.

Il existe plusieurs types cadran solaire. Traitons-les dans l'ordre.

Vous pouvez le faire directement sur le sable de la plage. Nous devons d’abord savoir deux choses : à quelle latitude nous nous trouvons et où se trouve le nord. Si la deuxième partie peut être installée par sélection, vous devrez alors être préparé avec la première. Nous avons donc une boussole et nous connaissons notre latitude (Saint-Pétersbourg - 60, Moscou - 55, Nijni Novgorod- 56, Ekaterinbourg - 56, Sotchi - 43, Rostov-sur-le-Don - 47, Novossibirsk - 55, Vladivostok - 43 degrés latitude nord). Si nous faisons un cadran cadran solaire sur une surface portable - dessinez un cercle et divisez-le en 24 parties. Si nous faisons un cadran solaire au sol, dessinons un cercle, insérons un bâton (gnomon) au centre du cercle et inclinons-le vers le nord pour que l'angle entre la surface de la terre et le gnomon soit égal à notre latitude, dessinons un ligne partant de l'extrémité inférieure du gnomon exactement au nord - il sera 12 heures de l'après-midi, heure astronomique. Nous dessinons les lignes restantes, divisant le cercle entier en 24 secteurs égaux. Chaque secteur cadran solaireégal à 15 degrés.

Une embuscade nous attend ici. Après avoir délimité le cadran avec compétence et incliné le gnomon, l'heure est affichée cadran solaire peut différer de l’heure diffusée à la télévision locale. Le problème réside dans l’heure et les fuseaux horaires de la maternité, qui ont été créés artificiellement par commodité. Un cadran portable résoudra facilement ce problème en le tournant simplement jusqu'à ce que l'heure soit correcte. Avec une horloge dessinée sur sable un peu plus compliquée, ce point doit être pris en compte au moment de commencer à peindre le cadran. Par exemple, vous pouvez reporter le marquage du cadran jusqu'à 12 heures, date à laquelle nous déterminerons le nord sans boussole et tracerons avec précision l'axe principal du cadran de notre cadran solaire. Si vous n'avez pas le temps d'attendre et que la créativité éclate en vous, peignez le cadran cadran solaire dans la version brouillon et ajustez votre cadran à l'erreur que vous avez.

Sous nos latitudes cadran solaire Ils travaillent en plein été de 8h à 20h, il est donc presque inutile de diviser les chiffres entre ces valeurs. Pour cette raison, la base du gnomon est souvent déplacée vers le bas sur un cadran rond.

La même horloge horizontale, seul le gnomon est clairement placé verticalement et le cadran lui-même est incliné par rapport à la surface de la terre à l'angle de latitude où une telle horloge est installée.

Cadran solaire vertical.

Cadran solaire vertical généralement monté sur les murs des maisons. Le même gnomon incliné et le même cadran marqué à 15 degrés.

Habituellement fait dans les villes type mixte cadran solaire, c'est à dire. Le cadran est incliné d’un demi-angle et le gnomon est incliné d’un demi-angle. Cette construction cadran solaire ont l’air plus impressionnants, en fait, c’est pour cela qu’ils sont fabriqués.

Construction cadran solaire Le bricolage captivera vraiment votre enfant et, en plus, élargira ses horizons.

Histoire du cadran solaire

L'homme a inventé pour mesurer le temps ligne entière instruments, par exemple les horloges lunaires, à eau, à bougies, qui ont été utilisées jusqu'au XVIIIe siècle, puis Sablier et des horloges à huile du XVIe au XVIIIe siècle. Cependant, en raison de sa dépendance à l'égard conditions extérieures et leurs fluctuations, ainsi qu'en raison d'imperfections techniques, ces moyens de mesurer le temps n'ont pas trouvé d'usage universel.

Selon la chronologie moderne, des horloges plus ou moins complexes existaient déjà partout il y a 4000 ans. Les premiers à tenter de les réaliser furent les Égyptiens, qui inventèrent les diagrammes d'horloges stellaires, et il était possible de déterminer l'heure de la nuit en observant le lever des étoiles. En ce qui concerne le jour, les derniers Égyptiens ont inventé les horloges fantômes. (cadran solaire). L'ombre de la poutre transversale traversait progressivement une série de marques du lever au coucher du soleil. Un ensemble d’instructions pour fabriquer une telle montre a été trouvé dans la tombe d’un pharaon.

Seti Ier, qui régna vers 1300 avant JC. Des horloges fantômes aussi simples étaient les prédécesseurs solaire.

Particulièrement favorable conditions climatiques mesurer le temps en utilisant cadran solaire avait l'Egypte. Actualités sur le plus ancien de l'Égypte ancienne cadran solaire remonte au règne de Thoutmosis III - la première moitié du XVe siècle. AVANT JC. Un type de cadran solaire était une horloge à gradins en forme d'obélisque avec deux surfaces inclinées orientées le long d'un axe est-ouest et divisées en gradins. Au lever du soleil, l'ombre tombait sur le bord de la marche supérieure de l'une de ces surfaces - celle de l'est, puis diminuait progressivement jusqu'à disparaître complètement à midi. Puis, dans l'après-midi, l'ombre est réapparue dans la partie inférieure de la surface ouest, d'où elle a continué à s'élever jusqu'à ce qu'au coucher du soleil, elle touche le bord de la marche supérieure.

Sur le décrit cadran solaire le temps était mesuré par la longueur, et non par la direction, de l'ombre projetée. Cependant, les Égyptiens possédaient un cadran solaire avec une échelle permettant de déterminer la direction de l’ombre projetée. Le célèbre architecte et constructeur romain Marcus Vitruve, qui a travaillé sous les règnes de César et d'Auguste, décrit au moins 13 types de cadrans solaires dans son ouvrage « Architecture ».

Ceux-ci incluent également des creux horizontaux cadran solaire hémisphérique- les soi-disant hémisphères. La surface intérieure de l'hémisphère représentait un hémisphère céleste avec une ligne d'équateur, deux lignes de solstice et une échelle de temps de douze heures. L'invention de telles horloges est attribuée au célèbre astronome antique Aristarque de Samès, qui vécut entre 320 et 250. BC qui a également fait cadran solaire avec des échelles semi-circulaires divisées en cinq parties (heures) de longueur inégale. En améliorant le grec cadran solaire Le célèbre mathématicien, médecin, fondateur de l'astronomie grecque Eudoxe de Cnide, qui vécut entre 408 et 356, y prit également une grande part. AVANT JC. L'extrémité pointue du gnomon, qui servait à l'origine aux Égyptiens pour limiter clairement l'ombre sur la balance, a ensuite été remplacée par les Grecs par un petit trou rond, appelé œil solaire, qui projetait un petit point de lumière sur la balance. . En plus des horloges horizontales ci-dessus, les Grecs disposaient également d'horloges plus avancées. cadran solaire vertical, les soi-disant hémocycles, qu'ils ont placés sur bâtiments publiques. Tous les anciens cadrans solaires étaient basés sur principe simple un gnomon, dans lequel la longueur et la direction de l'ombre portée dépendaient non seulement de la position du Soleil à un moment donné dans le ciel, mais aussi de la période de l'année.

Avec la méthode romaine consistant à diviser le jour et la nuit en 12 heures, les heures de jour étaient allongées au printemps et en été et raccourcies en automne et en hiver. L'ancien cadran solaire, en raison de son imperfection, indiquait l'heure dont la principale caractéristique était que, sous l'influence de l'inclinaison changeante du Soleil, la durée du jour et de la nuit changeait tout au long de l'année. Plus tard antique et beaucoup cadran solaire médiéval avait des échelles curvilignes qui éliminaient cet inconvénient. De telles horloges, avec des échelles de temps plus complexes et plus précises calculées pour des intervalles trimestriels ou mensuels, ont été utilisées jusqu'au XVe siècle environ. Nouvelle ère dans le développement de cadrans solaires ouverts invention importante, datant de 1431. Son principe était d'installer une flèche d'ombre dans la direction l'axe de la terre. Cette innovation simple a permis à l'ombre de la main, appelée demi-axe, de tourner uniformément autour du demi-axe, tournant de 15 degrés toutes les heures. Cela a permis d'introduire une heure uniforme, qui pouvait être utilisée tout au long de l'année, et les segments correspondant aux heures avaient la même longueur, quelle que soit l'altitude changeante du Soleil. La prochaine étape du développement cadran solaire est devenu un cadran solaire avec une boussole. Au premier créateur cadran solaire un astronome et un mathématicien avec un compas correcteur

Régiomontain. avec un cadran parallèle au plan de l'équateur terrestre et un gnomon perpendiculaire à celui-ci, elles étaient, par essence, les horloges les plus simples avec une échelle de temps uniforme. Les créateurs de ces montres pensaient généralement qu’elles seraient utilisées sous différentes latitudes géographiques. Parfois, ces montres avaient une aiguille à engrenages et un petit cadran avec une flèche pour compter les intervalles de minutes avec une précision de 1 à 3 minutes. De telles horloges étaient appelées héliochronomètres.

Il existait également des horloges équatoriales, conçues de telle sorte que leur cadran indiquait directement la moyenne. heure solaire, pas local heure solaire, comme une montre équatoriale ordinaire. Variétés cadran solaireétaient très divers. Des ronds-points intéressants cadran solaire- une des options pour les cadrans solaires de voyage, qui servaient très souvent aussi de pendentif décoratif.

L'essentiel d'un tel cadran solaire il y avait un anneau en laiton de plusieurs centimètres de diamètre avec un autre anneau mobile équipé d'un trou pour un rayon de soleil. Sur la surface extérieure de l'anneau principal, les initiales des noms des mois étaient généralement gravées, et contre elles, sur surface intérieure, il y avait une échelle horaire. Avant de mesurer, il était nécessaire de tourner l'anneau plus petit, généralement en fer, de manière à ce que le trou pour la poutre se trouve au nom du mois correspondant. Lors de la mesure du temps, la montre était maintenue dans une position permettant au rayon du soleil de passer à travers le trou de l'échelle. Les anneaux dits équatoriaux ont été construits sur un principe similaire - des montres similaires, sur l'anneau principal desquelles se trouvaient deux autres cercles se croisant. Plus tard, une nouvelle version est apparue avec une barre transversale au lieu d'un troisième anneau.

D'un côté de cette barre transversale étaient indiqués les mois et de l'autre les signes du zodiaque. Au milieu il y avait un cavalier avec un petit trou pour le passage du rayon du soleil. Position correcte de ces horloges lorsque la mesure du temps était telle lorsque Rayon de soleil, passant par le trou, tomba sur la ligne centrale du cercle équatorial. Pour conclure cette section, je voudrais m'attarder brièvement sur l'un des modèles routiers cadran solaire, utilisé par les voyageurs indiens. Il s'agissait de bâtons octogonaux en bois avec une pointe en métal de 160 cm de long avec des échelles d'heures sculptées. Une tige d'environ 15 cm de long a été insérée dans le trou au-dessus de l'échelle du mois correspondant afin que sa pointe projette une ombre sur l'échelle lorsque la tige était en position verticale. Il aurait dû y avoir 12 écailles sur le bâton. Puisque les mêmes conditions étaient en vigueur pendant les jours éloignés du solstice au même moment, il suffisait d'avoir 8 échelles. Ces montres recevaient le nom d'ashadah selon la saison (juin-juillet) au cours de laquelle le voyage était effectué. Cadran solaire n'ont jamais perdu leur sens et continuent à se construire encore aujourd'hui. Les Romains ont perfectionné le cadran solaire que nous connaissons aujourd'hui et ont même fabriqué montre portable solaire, pratique pour voyager. Ils ont duré des milliers d'années et plus pendant longtemps est resté un moyen de contrôle et de coordination pour des horloges à roues très peu fiables jusqu'à ce qu'elles soient finalement remplacées par l'invention du ressort spiral comme régulateur (1674), mais nous en reparlerons ci-dessous.

Nous avons examiné la conception et le fonctionnement des cadrans solaires, qui ont été améliorés et modifiés au fil des années. Cadran solaire Dotés d'une perche mobile en hauteur, d'une boussole et d'une échelle à divisions infimes, ils constituaient un indicateur simple et fiable de l'heure solaire, mais ils souffraient également de graves défauts. Leur travail était associé à un temps ensoleillé et à une période de travail limitée - entre le lever et le coucher du soleil. Par conséquent, les nouveaux instruments de mesure du temps étaient fondamentalement différents des cadrans solaires. Alors que l'unité de temps selon le cadran solaire était dérivée de la rotation de la Terre et de son mouvement autour du Soleil, il était nécessaire de créer une norme artificielle pour l'unité de temps, par exemple sous la forme de l'intervalle de temps requis pour le flux d'une certaine quantité de matière dans un appareil chronométrique.

Un gnomon typique dans sa forme originale

Il est également d'usage d'appeler gnomon la partie d'un cadran solaire qui projette une ombre sur le cadran.

La gnomonique est la science qui étudie les cadrans solaires. Aujourd'hui, la gnomonique n'est rien de plus qu'un passe-temps scientifique, puisque des instruments plus précis et plus faciles à utiliser ont été créés pour déterminer le véritable méridien et l'heure.

Informations théoriques

Listons quelques faits basés sur la connaissance de l'astronomie qui vous aideront à comprendre le principe de fonctionnement du gnomon.

Fait n°1. Le soleil se déplace toujours d'est en ouest, ce qui signifie que l'ombre du gnomon se déplace dans la direction opposée, c'est-à-dire d'ouest en est.

Fait n°2. Au lever et au coucher du soleil, lorsqu'il est directement au-dessus de l'horizon, l'ombre du gnomon est la plus longue et à midi solaire, elle est la plus courte.

Fait n°3. L'ombre la plus courte d'un gnomon est obtenue lorsque le Soleil est à son zénith, c'est-à-dire le point le plus élevé de sa trajectoire dans le ciel. A ce moment, le Soleil traverse le vrai méridien, c'est-à-dire la ligne reliant le nord au sud.

Fait n°4. Le changement le plus rapide de la longueur de l’ombre est observé pendant les heures du lever et du coucher du soleil sur l’horizon. Au milieu de la journée, le taux de changement de la longueur de l’ombre est minime.

Fait n°5. En raison de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l'orbite terrestre à un angle d'environ 23,5 degrés, ainsi qu'en raison de la rotation de la Terre autour du Soleil, le mouvement observé du Soleil dans le ciel se produit en dessous l'équateur céleste (dans l'hémisphère nord de septembre à mars), puis au-dessus (dans l'hémisphère nord de mars à septembre). Et ce n'est que les jours des équinoxes de printemps et d'automne que le mouvement du Soleil coïncide avec le plan de l'équateur céleste. De plus, la trajectoire du mouvement du Soleil se situe le plus loin de l'équateur céleste les jours des solstices d'hiver et d'été.

À propos, l’équateur céleste est un grand cercle de la sphère céleste situé perpendiculairement à l’axe de rotation de la Terre et dont le plan coïncide avec le plan de l’équateur terrestre.

Fait n°6. Le soleil se déplace dans le ciel à une vitesse angulaire d'environ 15 degrés par heure.

Fait n°7. Le temps « terrestre » moyen ne coïncide pas toujours avec le temps astronomique pour plusieurs raisons.

Fait n°8. Le diamètre du Soleil visible depuis la Terre est d'environ trente minutes d'arc. Cela rend les ombres des objets floues.

Fait n°9. Si vous vous tenez de telle sorte que le nord soit devant votre visage, alors le sud sera derrière vous, l'est sera à votre droite et l'ouest sera à votre gauche.

Comprendre les processus qui sous-tendent le fonctionnement du gnomon et du cadran solaire est nécessaire non seulement pour fabriquer vous-même ces appareils, mais aussi pour les utiliser correctement. Un jour, j'ai observé une image amusante : un homme, ayant acheté un cadran solaire, ne pouvait pas comprendre pourquoi l'heure indiquée sur celui-ci et celle de son téléphone étaient différentes. La vidéo montre cet exemple :

Comment utiliser un gnomon pour déterminer le vrai méridien

Le gnomon dans ce cas est un pilier, une colonne ou tout autre objet vertical droit situé sur une zone horizontale plane ouverte vers le Soleil. On pense qu'augmenter la longueur du gnomon augmentera la précision des mesures, car dans ce cas, les changements dans la longueur de l'ombre deviennent plus visibles. Cependant, n'oubliez pas qu'à mesure que la longueur augmente, la clarté de l'ombre portée diminuera, ce qui peut affecter négativement la précision des mesures. De plus, la précision des résultats est affectée par l'épaisseur de la partie supérieure du gnomon, c'est pourquoi il est souvent pointu.

Par une journée claire et ensoleillée, l'ombre la plus courte du gnomon indique le début de midi astronomique et pointe vers le nord (dans les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord) et le sud (dans les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère sud). Sous les tropiques et à l’équateur, la situation peut changer tout au long de l’année, comme nous l’avons évoqué en détail ici.

Ainsi, par l'ombre la plus courte, il est possible de déterminer à la fois le vrai midi et la direction du vrai méridien. Entre autres choses, connaissant la hauteur du gnomon (B) et la longueur de l'ombre (L), il n'est pas difficile de calculer la hauteur angulaire (H) du Soleil au-dessus de l'horizon. Pour ce faire, utilisez la formule tgH=B/L.

Cependant, en raison du léger changement dans la longueur de l'ombre du gnomon pendant les heures de déjeuner, il n'est pas toujours possible de déterminer avec précision l'ombre la plus courte. Si vous avez besoin d'obtenir des résultats plus précis, vous pouvez utiliser une autre méthode. Pour ce faire, déterminez la bissectrice entre deux ombres identiques du gnomon, mesurées le matin et le soir, lorsque le taux de variation de la longueur de l'ombre est plus important. C'est cette méthode qui sous-tend l'une des méthodes d'orientation par l'ombre du Soleil.

Connaissant le véritable méridien, vous pouvez facilement naviguer dans la zone en déterminant la direction nord ou sud, puis toutes les autres directions cardinales.

Comment utiliser un gnomon pour déterminer la latitude d'une zone

En plus de déterminer le vrai méridien, à l'aide d'un gnomon, vous pouvez calculer approximativement la latitude de la zone dans laquelle les mesures sont prises. Ensuite, nous examinerons plusieurs méthodes issues de la connaissance de l'astronomie.

Méthode numéro 1. Le jour de l'équinoxe d'automne ou de printemps à midi vrai, l'altitude angulaire du Soleil est déterminée à l'aide de la formule évoquée précédemment. La valeur résultante est soustraite de 90 degrés. Le résultat des calculs sera la latitude de la zone.

Méthode n°2. Le jour du solstice d'hiver à midi vrai, l'altitude angulaire du Soleil est déterminée. Puisqu'à ce moment le Soleil est en dessous de l'équateur céleste d'un angle, égal à l'angle inclinaison de l'axe terrestre, soit de 23,5 degrés, puis en ajoutant cet angle à la hauteur angulaire du Soleil obtenue à partir de la formule, on peut obtenir la hauteur angulaire de l'équateur céleste. En soustrayant la hauteur de l'équateur céleste de 90 degrés, on obtient une valeur correspondant à la latitude de la zone.

Le mouvement du Soleil dans le ciel en été aux hautes latitudes.

Cette méthode peut également être utilisée au solstice d’été. Pour ce faire, il faut soustraire 23,5 degrés à l'altitude angulaire du Soleil pour obtenir l'angle d'inclinaison de l'équateur céleste, et connaissant l'angle d'inclinaison, la latitude de la zone.

Mouvement du Soleil aux hautes latitudes en été, lorsqu'il ne se couche pas au-delà de l'horizon.

Méthode n°3. À midi vrai, les mesures de la longueur de l'ombre sont prises quotidiennement. À la suite de ces mesures, vous devez obtenir l'ombre la plus longue ou la plus courte, qui correspondra respectivement au solstice d'hiver ou d'été, puis procéder selon la deuxième méthode. Ou, après avoir déterminé l'ombre la plus longue et la plus courte, trouvez la valeur de longueur moyenne, calculez la hauteur angulaire du Soleil à l'aide de la formule, en vous concentrant sur la valeur moyenne obtenue, et agissez conformément à l'algorithme de la première méthode.

Lors de l'obtention de résultats en utilisant l'une des méthodes ci-dessus, il ne faut pas oublier que la hauteur apparente du Soleil au-dessus de l'horizon est dans une certaine mesure influencée par l'effet de réfraction de la lumière - la réfraction, dont nous avons parlé ici. En raison de cet effet, tous les corps célestes peuvent apparaître plus hauts que là où ils se trouvent réellement. Et plus cet effet sera prononcé, plus l'objet observé sera proche de l'horizon.

Il s'ensuit que près des pôles les jours des équinoxes de printemps et d'automne, lorsque le Soleil passe bas au-dessus de l'horizon, les résultats de mesure peuvent différer légèrement des résultats réels vers les latitudes inférieures.

Voyons maintenant comment déterminer l'heure et la date à l'aide d'un gnomon.

Gnomon et cadran solaire

Cadran solaire - instrument ancien, vous permettant de déterminer l'heure par l'ombre du Soleil pendant la journée.

L'un des tout premiers cadrans solaires est apparu en Égypte. Il s'agissait d'un bloc de pierre d'environ 30 cm de long. Ce bloc était situé dans la direction est-ouest. D'un côté de cette horloge se trouvait un bloc en forme de « T », dont l'ombre, diminuant, « se glissait » le long du bloc du matin à midi, après quoi le cadran solaire était tourné de 180 degrés et l'ombre « se glissait » dans le direction opposée. L'heure était déterminée par les encoches pratiquées sur le bloc.

Esquisse d'un cadran solaire "égyptien".

Les toutes premières notes sur les cadrans solaires se trouvent dans des manuscrits égyptiens et remontent à 1306-1290 avant JC. Le cadran solaire égyptien découvert, selon les scientifiques, a été fabriqué bien avant les manuscrits trouvés qui les décrivent - en 1479-1425 avant JC.

L'un des premiers cadrans solaires.

D'autres modèles de cadrans solaires anciens ont également été découverts en Egypte, différents du modèle décrit, mais leur âge, selon le témoignage des scientifiques, est plus jeune, il n'est donc pas nécessaire de les considérer comme les cadrans solaires les plus anciens.

Reconstitution d'un ancien cadran solaire en Egypte, exposition du Musée du Caire.

Indépendamment de l'Égypte, des cadrans solaires sont apparus dans d'autres parties du monde, par exemple, la Chine ancienne et en La Grèce ancienne, d'où leur idée a migré vers la Rome antique.

En Russie, les tours des cathédrales qui projetaient des ombres ont commencé à être utilisées comme cadrans solaires. Mais tout cela était déjà pratiqué au XIe siècle après JC.

Cependant, ces montres ne pouvaient pas indiquer l'heure exacte, car les encoches étaient réalisées en divisant uniformément l'échelle en un nombre fixe de parties.

Et seulement plusieurs siècles plus tard, l’humanité a mis au point un cadran solaire qui indiquait une heure plus précise. Elles ressemblaient davantage aux montres analogiques modernes, à la seule exception que leur échelle était conçue uniquement pour une période allant du matin au soir et semblait plus comprimée.

De tels cadrans solaires peuvent encore être trouvés aujourd'hui : il est devenu à la mode d'en décorer les places. Parfois, des cadrans solaires peuvent être trouvés dans le jardin et chalets d'été, où ils peuvent bien paraître à l'intersection des chemins.

Cadran solaire comme élément décoratif.

Le gnomon fait partie intégrante du cadran solaire. C'est lui qui projette une ombre sur le cadran, formant la « flèche ».

Il faut comprendre qu'un cadran solaire peut indiquer aussi bien l'heure astronomique que moyenne « terrestre » : tout dépend des marquages lors de leur construction. Par conséquent, lors de la création montre faite maison nous devons décider à l'avance quelle heure nous voulons voir sur une telle montre.

En plus de l'heure, le cadran solaire peut également afficher la date et le mois. Pour ce faire, des marquages supplémentaires leur sont appliqués.

Il est important de comprendre que de telles montres ne peuvent indiquer correctement la date et le mois que si elles sont « calibrées » strictement pour un lieu d'installation spécifique.

Mais il n'est pas nécessaire de placer de grands espoirs sur un cadran solaire fait maison : en raison d'un certain nombre d'inexactitudes liées à la conception de l'horloge, à l'irrégularité de la surface d'installation, à l'orientation de l'horloge dans l'espace, au diamètre angulaire du Soleil , l'équation du temps et d'autres facteurs, on ne peut pas s'attendre à des lectures particulièrement précises de ces horloges.

Considérons plusieurs modèles de base de cadrans solaires que vous pouvez construire de vos propres mains en bois, en plastique ou en carton.

Cadran solaire équatorial

Ce cadran solaire tire son nom du fait que le plan de son cadran est parallèle au plan de l'équateur céleste.

L'inclinaison de l'échelle de ces montres est nécessaire pour que même le Soleil au zénith projette une ombre.

Il est conseillé de réaliser une telle montre en forme de cercle plat, au centre duquel est collé un gnomon, et de telle sorte qu'une partie de celui-ci s'élève d'un côté du cadran, et l'autre dépasse de l'autre. L'autre. Si cela n'est pas fait, de septembre à mars (aux latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord), vous ne pourrez pas utiliser une telle montre, car le Soleil descendra en dessous de l'équateur céleste, c'est-à-dire la partie supérieure de la montre ne sera plus éclairée par ses rayons.

L'horloge équatoriale est réglée de telle sorte que le gnomon par rapport à l'horizon soit élevé selon un angle correspondant à la latitude de la zone, et pointe vers le nord géographique. Dans ce cas, le plan du cadran sera parallèle au planéquateur céleste.

Il est souvent recommandé de régler un cadran solaire à l'aide d'une boussole. Cependant, cela crée souvent une erreur supplémentaire, car le nord géographique ne coïncide pas toujours avec le nord magnétique, qui est indiqué par l'aiguille de la boussole magnétique, décrite en détail dans. De plus, une erreur supplémentaire dans ce cas peut survenir en raison de diverses déviations magnétiques.

Du point de fixation du gnomon au cadran en direction nord (pour les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord), une ligne droite est tracée le long du cadran. L'ombre du gnomon franchira cette ligne à midi vrai (astronomique).

Utiliser un rapporteur ou tout autre d'une manière accessible D'autres divisions sont également appliquées au cadran sous forme de rayons dont le centre est à l'endroit où est fixé le gnomon. L'angle entre les « rayons » adjacents doit correspondre à 15 degrés - c'est cette distance angulaire, on s'en souvient, que le Soleil, et par conséquent l'ombre, parcourent en une heure.

Le chiffre « 12 » est placé au-dessus du marquage central correspondant à midi. Les rayons situés à l'ouest sont numérotés dans l'ordre inverse, c'est-à-dire « 11 », « 10 », « 9 » et ainsi de suite, et les rayons situés à l'est sont numérotés par ordre croissant, c'est-à-dire « 13 », "14", "15" et ainsi de suite. Le résultat est un cadran.

Une échelle similaire est réalisée au bas de l’horloge.

Une telle horloge peut être rapidement réalisée à partir d'un rapporteur, mais dans ce cas, au lieu des chiffres correspondant aux heures, vous devrez utiliser des repères de coin. Ainsi, une marque de 90 degrés correspondra à 12 heures de l'après-midi, et pour chaque heure, l'ombre du gnomon se déplacera soit dans un sens, soit dans l'autre de 15 degrés, à partir desquels on pourra conclure combien de temps il a fallu a réussi ou devrait réussir pour que la «flèche» soit à 90 degrés, c'est-à-dire qu'elle indiquait clairement qu'il était midi. Ce n'est pas très pratique, mais il faudra un minimum de temps pour construire un tel cadran solaire.

À propos, dans la région de l’équateur, une telle montre se tiendra verticalement, comme une roue. Et aux pôles - horizontalement, comme une toupie lors de sa rotation.

La vidéo montre comment ces montres sont fabriquées à la main :

Malgré la simplicité de conception, de telles montres présentent un inconvénient : elles sont difficiles à utiliser les jours proches des équinoxes de printemps et d'automne, car le plan de déplacement du Soleil dans le ciel est dans ce cas parallèle au plan du cadran de le cadran solaire équatorial.

En me tournant vers de nombreuses sources Internet, je suis tombé sur des informations selon lesquelles les cadrans solaires équatoriaux ne peuvent pas fonctionner les jours spécifiés, et je n'ai jamais trouvé d'informations sur la façon de déterminer l'heure dans ces cas. Par conséquent, je partagerai mes réflexions. En fait, tout est simple : il faut faire un petit côté dépassant de la surface du côté du cadran opposé à la direction du Soleil. De ce côté l’ombre du gnomon sera visible même les jours d’équinoxe.

Les cadrans solaires équatoriaux sont pratiques pour leur polyvalence, car ils fonctionneront n'importe où sur Terre par une journée claire et ensoleillée. Cependant, il sera difficile de déterminer la date et le mois avec leur aide en raison de l'ombre trop longue et des dimensions limitées du cadran. Mais la fonction calendrier est facilement gérée par un cadran solaire horizontal, dont nous parlerons plus tard.

Cadran solaire horizontal

Dans un cadran solaire horizontal, le cadran est positionné horizontalement. Le gnomon dans ce cas, par analogie avec l'horloge équatoriale, est situé dans la direction nord (pour les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord) à un angle par rapport à l'horizon égal à la latitude de la zone.

Cadran solaire en cuivre antique sur un mur de forteresse à St Michael's Mount, Cornwall, Royaume-Uni.

Ces cadrans solaires sont également situés strictement selon les directions géographiques cardinales.

Le repère sur le cadran correspondant à 12 heures de l'après-midi est fait par analogie avec la version précédente cadran solaire. Au moment de franchir l'ombre du gnomon de cette marque, l'heure est enregistrée sur une horloge ordinaire. Après cela, exactement une heure plus tard, la note suivante est prise. Et ainsi de suite jusqu'à ce que le Soleil disparaisse sous l'horizon. Toutes les marques sont reliées par des lignes droites à l'endroit où le gnomon est installé - une sorte de rayon est obtenu.

Les rayons correspondant aux heures du matin sont dessinés sur le cadran comme le reflet de ceux du soir. Ensuite, chaque rayon est numéroté par analogie avec la version précédente du cadran solaire.

Vous pouvez également faire des repères sur ce cadran pour déterminer la date. Pour ça:

Le jour du solstice d'été, pendant la journée, toutes les heures, des marques sont appliquées sur le cadran, correspondant à la fin de l'ombre du gnomon.
Les marques sont reliées par une courbe douce.
La date et le mois auxquels les notes ont été faites sont signés à côté de la courbe obtenue.
Des actions similaires se répètent exactement un mois plus tard et ainsi de suite jusqu’au jour du solstice d’hiver.
Du côté opposé des courbes sont tracés les dates et les mois correspondant à la période de décembre à juin. Ainsi, juillet correspondra à mai, août à avril, septembre à mars, octobre à février et novembre à janvier.

Afin de déterminer approximativement la date à partir d'une telle horloge, vous devez regarder sur quelle courbe se trouve l'extrémité de l'ombre du gnomon ou entre quelles courbes, puis utiliser la méthode d'interpolation pour déterminer la date et le mois approximatifs. Pour ce faire, bien sûr, vous devez savoir au moins à quelle période la mesure est effectuée, car, par exemple, le 21 novembre, l'ombre aura à peu près la même longueur que le 21 janvier.

Cadran solaire vertical

Un cadran solaire vertical, comme son nom l’indique, possède un cadran vertical. Un tel cadran est souvent fixé sur un pilier ou un mur d'un bâtiment. Cependant, il convient de noter que pour plus de commodité, un tel cadran doit être positionné strictement au sud (pour les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère nord) ou strictement au nord (pour les latitudes moyennes et élevées de l'hémisphère sud).

Région de Moscou, façade du temple des Séraphins de Sarov, cadran solaire vertical en calcaire d'Inkerman. La taille de l'assiette est de 100x50 cm.

Le gnomon dans ce cas, comme dans le précédent, doit être incliné d'un angle par rapport à l'horizon égal à la latitude de la zone où est installé le cadran solaire.

Les marquages du cadran et du calendrier de cette montre sont réalisés de la même manière qu'un cadran solaire horizontal.

Le principal inconvénient des cadrans solaires verticaux est l'impossibilité de les utiliser dans les zones tropicales et équatoriales, lorsque la position du Soleil à midi se déplace du nord au sud ou vice versa. Dans ce cas, vous pouvez procéder par analogie avec le cadran solaire équatorial, en rendant son cadran double face. Cependant, vous ne pourrez pas utiliser de calendrier avec cette montre car l’ombre du gnomon est trop longue.

En fait, à l'équateur, un cadran solaire vertical est un cas particulier de cadran solaire équatorial, puisqu'ici le plan de son cadran est parallèle à l'équateur céleste, et le gnomon est perpendiculaire à ce plan.

Conversion de l'heure astronomique en heure locale

Pour connaître l'heure « terrestre », connaissant l'heure astronomique déterminée par un cadran solaire, il faut prendre en compte deux points principaux : la longitude de la zone où le temps est mesuré et l'équation du temps. Nous avons expliqué ici pourquoi cela est important et comment cela affecte la différence entre les lectures de l'heure sur les cadrans ordinaires et solaires.

Afin de corriger le premier moment associé à la longitude, vous devez vous rappeler que la Terre tourne autour de son axe à une vitesse angulaire d'environ 15 degrés par heure. Ainsi, il est possible de déterminer la différence entre l'heure astronomique dans cette zone et l'heure astronomique dans le méridien d'origine, c'est-à-dire Greenwich.

Pour prendre en compte la correction associée à l'équation du temps, il faut disposer d'un tableau ou d'un graphique de l'équation du temps. Il est pratique de l’appliquer directement sur le cadran solaire dans un endroit où il n’interférera pas avec les autres mesures.

Ce graphique montre combien de temps avant ou après 12 heures « terrestres » un jour donné le Soleil sera à son zénith, c'est-à-dire qu'il montre la différence entre l'heure astronomique et « terrestre » un jour donné à la longitude « moyenne » par lequel le fuseau horaire est déterminé.

En corrigeant la longitude et l’équation du temps, vous pouvez obtenir l’heure « terrestre » de Greenwich. Et connaissant l’heure de Greenwich et votre fuseau horaire, il est facile de calculer l’heure « terrestre » locale.

Bien sûr, vous pouvez procéder dans l'autre sens, sans chercher à calculer l'heure de Greenwich, mais vous devrez alors vous concentrer sur les fuseaux horaires, qui ne correspondent pas toujours clairement aux lectures astronomiques en raison de la composante politique, et donc l'explication sera plus déroutant.

À cet égard, regardons l’algorithme mentionné précédemment à l’aide d’un exemple.

Les mesures sont effectuées sur une zone ayant une longitude de 32 degrés 30 minutes de longitude est. La date sur le calendrier est le 20 février. L'indication sur le cadran solaire est 16 heures. Il faut déterminer le temps moyen « terrestre ».

La solution ressemble à ceci :

L'écart avec l'heure de Greenwich est calculé : 32°30′ / 15 = 2 heures 9 minutes. Puisque la longitude est orientale, cela signifie que l'horloge du méridien d'origine, par rapport à l'horloge de la zone donnée, sera en retard de 2 heures 9 minutes.
Une correction est apportée à l'équation du temps. D'après le tableau de l'équation du temps du 20 février, l'indicateur est trouvé - il correspond à +13,9. C'est-à-dire que l'heure astronomique de ce jour est en retard de 13,9 minutes sur « terrestre », ce qui correspond à 13 minutes 54 secondes. Cela signifie que le temps « terrestre » (mais non moyenné sur le fuseau horaire) correspondra actuellement à 16 heures + 13 minutes 54 secondes = 16 heures 13 minutes 54 secondes. Arrondissez à la minute la plus proche - cela s'avère être 16 heures 14 minutes.
Connaissant l'heure « terrestre » (et non moyenne) dans une zone donnée et la différence d'heures avec le méridien d'origine, l'heure de Greenwich est déterminée : 16 heures 14 minutes – 2 heures 9 minutes = 14 heures 5 minutes.
Connaissant le fuseau horaire de la zone (+2) dans laquelle les mesures sont effectuées, le temps « terrestre » moyen dans cette zone est déterminé : 14 heures 5 minutes + 2 heures = 16 heures 5 minutes.

S'il n'est pas prévu de déplacer le cadran solaire vers une zone de longitude différente, la correction de longitude peut être inscrite sur l'horloge elle-même afin de ne pas la recalculer à chaque fois.

Il est également important, lors de la conversion de l’heure astronomique en heure « terrestre », de ne pas oublier que dans certaines régions, les horloges sont réglées sur l’heure d’été. Si cela n'est pas fait, l'erreur peut durer 1 heure.

Est-il possible d'acheter un cadran solaire ?

Aujourd’hui, vous pouvez voir de nombreux modèles différents de cadrans solaires en vente. Malheureusement, beaucoup d’entre eux remplissent une fonction purement décorative et ne conviennent pas à une mesure précise du temps. Personnellement, j'ai eu la chance de voir un tel modèle une seule fois, à l'aide duquel on peut réellement déterminer l'heure.

Lorsque vous achetez un cadran solaire « fonctionnel », vous devez tout d’abord faire attention à son type. Le type de cadran solaire équatorial, comme mentionné précédemment, est universel, ce qui signifie qu'il est probable qu'ils puissent être installés normalement dans n'importe quelle zone et assurer un fonctionnement correct.

Ces montres doivent être équipées d'un mécanisme permettant de régler l'inclinaison du cadran et, si possible, d'une échelle rotative, vous permettant de l'utiliser dans n'importe quel endroit.

Il existe également des entreprises qui fabriquent des cadrans solaires sur mesure, mais leurs services, à ma connaissance, sont très coûteux.

Sur cette base, il me semble qu'il est plus facile de fabriquer soi-même un cadran solaire en carton ou en contreplaqué. Dans ce cas, une personne acquerra non seulement un outil réellement fonctionnel, mais comprendra également mieux les principes sur lesquels fonctionnent ces montres. Et ces principes sont la base de toutes les méthodes d'orientation par le Soleil, les étoiles et la Lune, si nécessaires aux voyageurs considérant les risques. situations d'urgence et étudier les moyens de s'en sortir.

Pour résumer tout ce qui précède, plusieurs points peuvent être notés.

Pour une personne qui se trouve dans faune, cadran solaire et gnomon notamment vous permettront de naviguer dans la région. Les cadrans solaires portables à cet égard sont plus outil universel, puisqu'ils permettent de retrouver l'emplacement approximatif des points cardinaux à tout moment de la journée, si l'heure, les coordonnées de la zone sont connues, et que le Soleil n'est pas caché par les nuages. Avec un cadran solaire fixe, tout est encore plus simple : ils permettent de naviguer par temps nuageux et même de nuit, puisqu'ils sont en règle générale orientés strictement vers les points cardinaux.

Les fonctions du cadran solaire telles que l'heure et la date ne sont pas si nécessaires dans les situations de tourisme et de survie d'urgence. Au moins, je n'ai jamais entendu parler de quelqu'un gravement blessé sans connaître le jour civil ou l'heure locale. Si toutefois vous avez encore besoin de naviguer dans le temps par le Soleil, comme pour moi, il est plus facile de le faire si vous connaissez les directions cardinales et la direction vers le Soleil pour le moment. Oui, le résultat ne sera pas très précis, et sous les basses latitudes, cette méthode ne sera pas d'une grande utilité, cependant, vous n'aurez pas non plus à transporter un cadran solaire encombrant avec vous ni à perdre du temps à en construire un au sol à partir de matériaux de rebut.

Si néanmoins vous avez un besoin urgent d'un cadran solaire, vous ne devez pas l'orienter avec une boussole, mais avec étoile polaire ou selon les directions cardinales déterminées à l'aide d'un gnomon. Comme mentionné précédemment, les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques et la zone où est installé le cadran solaire peut être située dans la zone d'anomalie magnétique. Tout cela ne permettra pas de régler correctement le cadran solaire à l'aide d'un compas magnétique.

Bonjour, chers lecteurs de KARTONKINO.ru ! Printemps... Quelque part, il bat déjà son plein, quelque part on attend juste son arrivée, dans un mois ou deux, mais partout le soleil brille plus fort et plus longtemps. Et nous avons une excellente occasion de mettre la lumière du soleil à profit en faisant en sorte que Cadran solaire bricolage. Bien sûr, elles ne remplaceront pas les montres traditionnelles - mécaniques et électroniques -, mais ce produit artisanal est très divertissant, et pour les représentants de la jeune génération - également pédagogique, car le modèle de cadran solaire que nous réaliserons est le plus efficace, et sa fabrication nécessitera certaines connaissances dans le domaine de l'astronomie et de la trigonométrie.

Il existe de nombreuses variétés de cet ancien instrument de mesure du temps. Mais parmi toute la variété de cadrans solaires jamais utilisés, types suivants:

— équatorial(dans un tel cadran solaire, le plan du cadre (cadran) est parallèle à l’équateur, et le gnomon (la partie qui projette l’ombre), généralement une tige métallique, est parallèle à l’axe de la terre) ;

Cadran solaire équatorial sur les rives de la Tamise (Londres, Angleterre)

— horizontal(le plan du cadre est parallèle au plan de l'horizon, et le gnomon a la forme d'un triangle dont l'un des côtés est incliné par rapport au plan du cadre d'un angle égal à la latitude de l'endroit où l'horloge est installé);

Cadran solaire horizontal (Limassol, Chypre)

— verticale(comme son nom l'indique, le cadran d'une telle montre est placé dans plan vertical, généralement sur les murs des bâtiments).

Cadran solaire mural (Cathédrale d'Ely, Angleterre)

Nous allons réaliser un cadran solaire de type équatorial, car c'est le plus simple à réaliser. Étant donné que le cadran est installé parallèlement à l'équateur et que le soleil se déplace presque uniformément sur la sphère céleste, l'ombre du gnomon se déplacera d'un angle de 15° toutes les heures. Par conséquent, les divisions d'heures sur le cadran sont appliquées de la même manière que dans une montre ordinaire, seules les marques n'ont pas besoin de 12, mais de 24. Il est clair qu'il est peu probable que la partie supérieure du cadran soit utile, sauf pour les résidents de l'Arctique, lorsque le jour polaire arrivera et que le soleil brillera 24 heures sur 24.

Il n'est pas nécessaire de dessiner le cadran vous-même ; vous pouvez utiliser des modèles prêts à l'emploi - ronds ou carrés (selon votre préférence) :

Notre tâche se résume à orienter correctement le cadran solaire dans l'espace. L'angle d'inclinaison du cadran par rapport au plan horizontal est déterminé comme suit :

α=90°-φ ,

où φ est géographique latitude. Vous pouvez connaître la latitude de votre lieu de résidence sur une carte ou sur Wikipédia.

Et connaissant les angles nécessaires, il est très simple de réaliser un support incliné pour notre cadran solaire en carton ou en papier puis d'y coller un cadran imprimé ou de préparer un scan du boîtier de la montre avec une image imprimée du cadran dans un éditeur graphique.

Nous connaissons les dimensions du gabarit de cadran. Le côté du corps est triangle rectangle. Ainsi, on connaît la longueur de l'hypoténuse C et les angles du triangle, et les longueurs des pattes A et B sont calculées par formules trigonométriques:

A=C×sinα

B=C×cosα

Il ne reste plus qu'à dessiner l'aménagement selon les dimensions obtenues, c'est possible même sans les parois latérales.

J'ai réalisé un étui avec une coque arrière ouvrante (je vous explique pourquoi ci-dessous) :

Quoi que vous fassiez, vous vous retrouvez toujours avec une boîte.

Eh bien, vous devez maintenant installer un gnomon au centre du cadran. Pour ce faire, vous pouvez utiliser n'importe quelle tige de taille appropriée (par exemple, paille en plastique d'un sachet de jus). Vous pouvez également le réaliser en carton ou en papier :

— découpez une bande rectangulaire de 60 mm de large (nous déterminons la longueur empiriquement, à l'œil nu, de sorte qu'une fois enroulée, vous obteniez un tube dense d'un diamètre d'environ 5-6 mm avec un petit trou) ;

— collez du ruban adhésif double face sur un bord et enroulez le tube ;

— découpez une autre bande rectangulaire de 15 à 20 mm de large et roulez-la également en un tube dont le diamètre correspond au diamètre du trou du premier tube ;

- coupez une partie du premier tube à une distance de 10 mm du bord (ce sera quelque chose comme un écrou)

et connectez les pièces ;

- fixer le gnomon sur le cadran en le fixant avec verso«écrou» (c'est là que le couvercle qui s'ouvre est utile).

Le cadran solaire est prêt. Désormais, pour qu'ils fonctionnent correctement, il faut les placer dans un endroit ensoleillé (sur un rebord de fenêtre, sur un balcon, etc.) pour que le gnomon « regarde » vers le nord (on détermine la direction à l'aide d'une boussole).

Bien entendu, il ne faut pas s'attendre à une coïncidence exacte des lectures d'un tel cadran solaire avec celles des montres ordinaires. Premièrement, les cadrans solaires qui affichent l’heure solaire réelle ne prennent pas en compte l’heure standard d’une zone particulière. Deuxièmement, il ne faut pas oublier que les pôles magnétiques et géographiques de la Terre diffèrent, et que nous avons orienté l'horloge en fonction de pôle magnétique, introduira également une erreur.

Et enfin, le point principal dont vous devez également tenir compte est que l’horloge équatoriale ne fonctionne que pendant la période comprise entre les jours de l’équinoxe de printemps et ceux de l’automne. Le reste du temps, la surface supérieure du cadre sera dans l’ombre. Mais le jour de l’équinoxe de printemps dans l’hémisphère nord approche, l’attente ne sera donc pas longue. Il reste juste assez de temps pour fabriquer un cadran solaire de vos propres mains et le mettre en marche.

Expériences réussies à vous !

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À propos, une nouvelle master class sur la fabrication d'un cadran solaire est déjà prête. Cette fois, nous parlons d’un modèle de montre de poche de type horizontal.

On se revoit à KARTONKINO !