Солнечные и песочные часы

Определения и обозначения

Солнечные часы — прибор, в котором время определяют по положению тени, отбрасываемой Солнцем. Они позволяют узнать время по отметкам на площадке, а не по движущимся стрелкам. Для такого способа измерения нужно, чтобы Солнце освещало прибор и тень была заметна. Поэтому солнечные часы пригодны не при любой погоде и не в любое время суток.

Песочные часы — прибор, в котором время измеряют по тому, как песок пересыпается из одной части сосуда в другую. Узкое отверстие соединяет эти части, а песок проходит через него постепенно. Такой прибор удобен, когда нужно отсчитать определённую длительность, например несколько минут. Чтобы узнать, сколько времени прошло, считают полные пересыпания и учитывают продолжительность каждого.

Гномон — неподвижный стержень или указатель солнечных часов, отбрасывающий тень. Его положение выбирают так, чтобы тень попадала на размеченную площадку. Гномон служит указателем: по тому, где находится его тень, считывают время. Без него на площадке не было бы чёткой тени, положение которой можно сравнить с отметками.

Деления часов — отметки, соответствующие определённым моментам времени или промежуткам. На солнечных часах они помогают соотнести положение тени с временем. В песочных часах отметки могут обозначать доли пересыпания, если прибор ими снабжён. Деления нужны, чтобы не просто наблюдать за движением тени или песка, а определять по ним время.

Как это устроено

Солнечные часы показывают время благодаря движению тени: по мере перемещения Солнца меняются её направление и положение. Причина в том, что положение Солнца на небе относительно наблюдателя в течение дня меняется. Гномон остаётся неподвижным, поэтому его тень постепенно перемещается по площадке. Если сопоставить её положение с отметками, можно определить соответствующий момент времени.

Чтобы солнечными часами можно было пользоваться, на площадке наносят деления и устанавливают гномон; показания зависят от места и условий освещения. Деления связывают определённые положения тени с временем, а гномон создаёт эту тень. Однако направление солнечных лучей меняется в зависимости от места установки и времени года, поэтому разметка, сделанная для одного места, может не подойти другому. Кроме того, в тени, ночью или при плотной облачности нужного освещения нет, и показания нельзя надёжно считать.

Песочные часы отсчитывают время за счёт равномерного пересыпания заранее отмеренного количества песка через узкое отверстие. Песок движется под действием силы тяжести, а узкое отверстие не даёт ему высыпаться сразу. Если количество и свойства песка, а также отверстие подобраны правильно, пересыпание занимает примерно одинаковое время при каждом запуске. Так возникает повторяемый промежуток, который можно использовать для измерения длительности события.

Продолжительность, которую отсчитывают песочные часы, задают при их изготовлении и проверяют с помощью других часов; после пересыпания их переворачивают для нового отсчёта. Время пересыпания зависит от устройства прибора, поэтому его нельзя определить только по внешнему виду. Проверка позволяет узнать, например, длится ли один полный запуск три или пять минут. Когда весь песок оказывается внизу, переворачивание возвращает его наверх и позволяет начать отсчёт заново.

Оба прибора помогают измерять время, но солнечные часы показывают его по тени, а песочные — отсчитывают заранее заданный промежуток. Разница связана с тем, на что указывает каждый прибор: на положение Солнца или на движение песка. По солнечным часам можно соотнести наблюдение с отметкой времени, а песочные дают длительность одного полного пересыпания. Поэтому, выбирая способ измерения, сначала решают, нужно узнать момент времени или засечь промежуток.

Солнечные и песочные часы

Сначала определите, что служит указателем: тень или песок. Затем сравните, требуется ли прибору солнечный свет и показывает ли он момент времени либо длительность. Таблица помогает быстро выбрать подходящий способ измерения для конкретной задачи.

Разбор задач

Задача 1. Утром тень от гномона указывает на отметку 9 часов, а позже — на отметку 11 часов. Сколько времени прошло? Нужно сравнить два показания одного прибора: искомый промежуток равен более позднему времени минус более раннее. Предполагаем, что отметки показывают часы одного и того же дня.

1. Записываем первое показание: 9 часов.
2. Записываем более позднее показание: 11 часов.
3. Находим разность: 11 − 9 = 2 часа.

Ответ: прошло 2 часа. Проверка проста: если от 9 часов отсчитать ещё два часа, получим 11 часов. Мы нашли длительность между показаниями, а не новое показание часов.

Задача 2. Песочные часы рассчитаны на 3 минуты. Их перевернули два раза подряд, каждый раз дожидаясь полного пересыпания песка. Сколько минут прошло? Каждый полный запуск измеряет одинаковый промежуток — 3 минуты. Значит, нужно сложить длительность двух пересыпаний, а не считать только один запуск.

1. Находим длительность первого пересыпания: 3 минуты.
2. Находим длительность второго пересыпания: ещё 3 минуты.
3. Складываем промежутки: 3 + 3 = 6 минут.

Ответ: прошло 6 минут. Если песок пересыпался полностью оба раза, оба запуска можно учитывать целиком. Для трёх запусков тем же способом получили бы 3 + 3 + 3 минуты.

Задача 3. Занятие началось в 10 часов 25 минут и длилось 35 минут. Какое время покажут обычные часы после занятия и сколько полных пятиминутных интервалов отсчитают песочные часы, рассчитанные на 5 минут? Здесь нужно найти время окончания и разделить длительность занятия на длительность одного запуска песочных часов. Начало дано в часах и минутах, поэтому удобно сначала прибавить минуты.

1. Прибавляем 35 минут к 10 часам 25 минутам: 25 + 35 = 60 минут.
2. 60 минут составляют 1 час, поэтому время окончания — 11 часов 00 минут.
3. Делим длительность занятия на один интервал: 35 ÷ 5 = 7.

Ответ: занятие закончится в 11 часов 00 минут, а песочные часы отсчитают 7 полных пятиминутных интервалов. Проверяем результат умножением: 7 × 5 = 35 минут. Значит, все семь запусков вместе покрывают ровно длительность занятия.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что солнечные часы работают ночью или в пасмурную погоду. Так думают, потому что воспринимают отметки как обычный циферблат и забывают, что показание создаёт тень. Без достаточно яркого солнечного света тень незаметна или отсутствует. Проверь себя: можно ли сейчас увидеть чёткую тень от гномона?

Ошибка: полагать, что солнечные часы в любом месте показывают одинаковое время. Разметка связана с тем, как именно падает солнечный свет на установленный гномон, а условия зависят от места. Поэтому перенос прибора может сделать показания неточными. Проверь себя: предназначены ли эти деления для места, где стоят часы?

Ошибка: путать продолжительность одного пересыпания с показанием текущего времени. Песочные часы отсчитывают заданную длительность, но не сообщают, который сейчас час. Путаница возникает, когда любую шкалу для измерения времени считают способом узнать текущее время. Проверь себя: известно ли тебе время начала отсчёта и требуется ли именно момент, а не промежуток?

Ошибка: при повторном отсчёте забывать перевернуть часы или неверно складывать интервалы. Новый отсчёт возможен, когда песок пересыпался и прибор перевёрнут; каждый полный запуск учитывают один раз. Ошибку легко допустить, если считать переворачивание отдельным промежутком. Проверь себя: завершилось ли пересыпание и сколько полных запусков действительно было?

Связь с другими темами

Для работы с часами нужно знать единицы измерения времени: секунды, минуты и часы. При сравнении двух показаний полезно уметь находить разность моментов времени, а при повторных запусках — складывать длительности. Эти навыки применяются в задачах на расписание: например, чтобы вычислить время окончания занятия. Если единицы разные, промежуток можно перевести из минут в часы и минуты или обратно.

Измерение промежутков времени помогает решать задачи о длительности событий и переводе единиц времени. Несколько одинаковых запусков песочных часов удобно рассматривать как сумму равных промежутков. А знание времени начала и длительности позволяет находить время окончания. Так связь между моментом и промежутком времени помогает проверять расписание и планировать дела.

Что запомнить

• Солнечные часы определяют время по тени.
• Тень от гномона меняет положение при перемещении Солнца.
• Для работы солнечных часов нужен солнечный свет.
• Песочные часы отсчитывают заранее заданный промежуток времени.
• После полного пересыпания песочные часы переворачивают, чтобы начать новый отсчёт.
• Оба прибора измеряют время разными способами.