Прості досліди з фізики в домашніх умовах 

А. Ейнштейн сказав: «Істина — це те, що витримує перевірку дослідом».

  Досліди з фізики допоможуть ввійти до чудесного світу знань. Для учнів 5 -11 класів вони будуть нескладними. Зрозумівши основні фізичні принципи і закони, учні відчувають себе більш впевнено. 

   Щоб вивчення законів фізики в домашніх умовах було безпечним, необхідно дотримуватися запобіжних заходів:

1.  Абсолютно всі експерименти необхідно проводити за участю дорослих. 

2.  Необхідно бути особливо уважними, якщо використовуються гострі, колючо-ріжучі предмети, відкритий вогонь. При цих дослідах присутність дорослих обов'язкова.

3.  Використання отруйних речовин заборонено. 

    Виготовлення сонячного годинника

Для виготовлення сонячного годинника знадобляться:

•              пластиковий диск, діаметром 360 мм (можливо взяти іншого діаметра – 

         35…1000 мм);

•              велосипедна шпиця;

•              втулка з різьбою;

•              набір цифр 4…22, необхідної величини;

•              клей «момент»;

•              дві металеві смужки для підставки  довжиною 54…60 мм, шириною    

         15…20 мм і з товщиною 2…3 мм ; 

•              гвинти М3 (4 шт.), гайки з різьбою М3 (4шт.); 

•              транспортир; 

•              компас; 

•              дриль ручна; 

•              свердло діаметром 3,2 мм; 

•              лист прозорого пластика. 

   Найпростіше виготовити екваторіальний сонячний годинник.  Така конструкція не є нова. Але вона настільки проста, що  варто виготовити сонячний годинник і користуватись ним на дачі.

  В Україні у багатьох містах є сонячні годинники — як стародавні, так і сучасні декоративні.

   У місті Києві є декілька сонячних годинників. Однак визначною пам'яткою і найстарішим сонячним годинником міста є пам'ятка науки кінця XVIII століття сонячний годинник Києвоhttps://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%94%D0%B2%D0%BE-%D0%9C%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BB%D1%8F%D0%BD%D1%81%D1%8C%D0%BA%D0%B0_%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%BC%D1%96%D1%8FМогилянської академії авторства француза П'єра Брульйона. Старий сонячний годинник того ж майстра є деталлю фонтану «Самсон» на Подолі. 

   Сонячний годинник вертикального типу встановлений у Чернівцях на стіні костелу Воздвиження Святого Хреста показано на фото 1.

   Костел почали будувати в 1787 році, але завершили будівництво лише через 27 років. Сонячний годинник виконаний на 6-ти аркушах заліза, що склепані між собою, виглядає як усічений сектор кола і має розмітку: годинні і півгодинні поділи та позначення годин арабськими цифрами від 8 години ранку до 5 години вечора. Розмітка і цифри нанесені чорною фарбою. Орієнтація стіни, на якій розміщений сонячний годинник – південнозахідна.

Гномон – полярний, на дугоподібній підставці, виготовлений із металу. Довжина стріли – близько 80 см. Стріла зміщена від лінії вертикалі при-близно на 20 градусів. Ось «підстава гномона – значення 12 годин» вертикальна. Годинник  показує час другого часового поясу

(зимовий київський час) з поправкою на місцевий час.

Місце розташування: м. Чернівці, площа Воздвиження Святого Хреста, в. Головна.

Час побудови: 1787-1814 рр. (костел)

Координати: 48°17,6’N, 25°56,2’E.

                                          Фото 1 (фото взято з Інтернету)

нанесеними на неї часовими розподілами (циферблатом) та гномона — прямого стрижня, закріпленого на кадрані. Гномон відкидає тінь від Сонця на циферблат. Тінь працює за аналогією зі стрілкою як в звичайних годинах. За тим же принципом імпровізований гномон використовується для визначення географічної широти і довготи, де потрібно визначення сонячного часу та місцевого полудня. Сонячний годинник показує не місцевий середній час, а справжній сонячний. Якщо ж ви хочете бачити місцевий час, то необхідно коригувати і зрушувати значення циферблата. Оскільки істинний полудень може на годину - дві відрізнятися від місцевого. Застава правильного визначення часу - це правильно зорієнтований у просторі годинник.

Сонячний годинник підрозділяють на три основних види:

•       вертикальні;

•       похилі (екваторіальні);

•       горизонтальні.

Гномон — прикріплений до рівної поверхні стрижень. Він виконує функцію стрілки, а відкидається їм тінь допомагає точно визначити час.

Кадран — пласка поверхня, на яку нанесена спеціальна розмітка. Ця деталь конструкції використовується в якості циферблата.  

 Найпростіше виготовити екваторіальний  сонячний годинник 

•       Підготовимо циферблат для годинника – на пластику (на папері) креслимо коло і ділимо його на 24 дуги – отримаємо сегменти по 15^о, як це показано на  рис. 1. Наносити цифри для темної пори суток не має необхідності.

•       У центр циферблата перпендикулярно вставляємо сирижень будь-якої довжини. Доцільніше в центрі встановити металеву втулку і в ню вставляти стрижень.

Тепер потрібно правильно встановити годинник.

•       Готовому циферблату надаємо кут нахилу, за допомогою підставки. Висота підставки (кут нахилу) визначається для кожної місцевості окремо. Наприклад, для Кельменців кут дорівнює 90 градусів мінус 48 градусів (північна широта) = 42 градуса. Широту кожного міста можна подивитися в Інтернеті. Наприклад, для Києва кут дорівнює 90 градусів мінус 50 градусів (північна широта) = 40 градусів.

•       Знайшовши кут нахилу циферблата, орієнтуємо його на місцевості, спрямовуючи, тепер вже похилу стрілку на північ.

Недолік екваторіальних сонячних годинників  т, в тому, що показувати час вони будуть тільки пів року, взимку ж вони будуть знаходиться в тіні, але і використовуються вони в основному на дачах і в весняно – літній - осінній період. 

   Підготовлений циферблат для сонячного годинника показано на рис. 1

                                               Рис. 1

   Сонячний годинник з таким циферблатом буде показувати «сонячні» години, тобто дійсний час; а в зв’язку з введенням літнього часу в 2022 році доцільно в 2022 році використати циферблат з зсувом на одну годину, як це показано на рис. 2 – при цьому не потрібно додавати 1 год. до показників при спостереженнях часу.

                                                        Рис. 2

   Металеві смужки вигинаємо і надаємо форму, приведену на рис. 3 з необхідним гострим кутом ˠ.  Таких підставок необхідно виготовити дві. Розміри підставок залежать від розмірів площини самого годинника.

  На підготовлені підставки встановлюємо пластиковий диск, просвердлюємо отвори в пластику і підставках і прикріпляємо пластиковий диск до підставок гвинтами і гайками. Таким чином демонстраційний  екваторіальний сонячний годинник готовий до використання. Якщо годинник буде використовуватись на дачі, то поверх паперового циферблата слід встановити прозорий пластик з органічного скла, або цифри на основному пластику намалювати фарбою. Зовнішній вигляд екваторіального сонячного годинника показано на фото 2. Конструкцію необхідно встановити на місцевості спрямовуючи похилу стрілку на північ. В принципі можливо обійтись і без компаса, орієнтуючи тінь від стрілки на завідомо відомий час, звіряючи з додатковим годинником – при цьому і в іншій час доби сонячний годинник буде показувати правильно.

                              Фото 2

   Переносні мініатюрні екваторіальні сонячні годинники можливо виготовити за декілька хвилин, використавши пінопласт в якості підставки і закріпивши циферблат скотчем. В якості стрілки можливо використати швейну голку, або тонкий стрижень. Такі «годинники» показані на фото 3 не «бояться» води, так що і на дачі їх також можливо використовувати. Маса такого «годинника» від 3-х до 7-ми гр., і щоб його не знесло вітром, то необхідно притискати камінцем.

                       Фото 3

  Можливо також за 10…15 хвилин виготовити «кишеньковий екваторіальний сонячний годинник», який показано на фото 4. Конструкція досить проста – циферблат встановлюється між двома прямокутниками з прозорого пластика і «прошивається» по периметру. Пластинки оргскла можливо також склеїти. В центрі циферблата просвердлюється отвір для вставлення тонкого стрижня. При користуванні «годинником» людина стає так, щоб північ була за спиною, витягує руку і на долоню встановлює пристрій зорієнтувавши його на північ – долонь повертаємо так, щоб утворився необхідний гострий кут для даної місцевості. Зрозуміло, що при виставленні кута буде деяка похибка, проте це допустимо. Якщо знайома місцевість і людина орієнтується – де північ, то можливо обійтись і без компаса і «кишеньковий екваторіальний сонячний годинник» досить точно показує час. Маса такого «годинника» всього 10 гр.

Для носінні в кишені стрижень виймається з пластинок. Стрижень і пластинки необхідно вставити в шкіряний футляр щоб не пошкодити кишеню.

           Фото 4

Література:

1. Бабин Дмитро Святославович, Саморобний сонячний годинник, Інтернет

https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/прості-досліди-з-фізики-вhttps://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/прості-досліди-з-фізики-в-домашніх-умовах/саморобний-сонячний-годинник/домашніх-умовах/саморобний-сонячний-годинник/      

 Автор: Бабин Дмитро Святославович