Внешне это выглядит как цельный металлический куб со странно расположенными отверстиями. На самом деле это прототип высокоточных солнечных часов, созданный канадцем Дэниелом Вошартом (Daniel Voshart). Внутри куба прорезаны сотни каналов, позволяющие проецировать часы в цифровом виде в зависимости от высоты солнца над горизонтом.
Но есть одна проблема. Солнечный Куб «работает» корректно только в радиусе 160 км от дома изобретателя… в течение одного месяца в году… некорректно «работает» при переходе на зимнее время… и совсем перестанет корректно «работать» через 40 лет из-за медленного изменения угла наклона земной оси. Сам Вошарт считает это забавным: «Мой друг хотел собрать деньги на производство этих часов на Кикстартере. Я ему не позволил, я сказал „Нет, это не интересно. Это странная игрушка, которая работает лишь в одной точке Земли. И это часы. Это хуже всего того, что уже есть в продаже. Даже у хлебницы больше функционала“.
Да, это так, но это всё равно интересный проект. А если создать большую скульптурную версию для конкретного места? Вошарт объясняет некоторые аспекты создания своего Солнечного Куба.
Первый прототип:
Схема углов падения света для каждого часа:
Схема расположения каналов в объёме Куба:
На самом деле Куб состоит из нескольких десятков пластин, в которых лазером прорезаны отверстия:
Однажды, собираясь на свадьбу брата, американец Дэниэл Шарштайн (Daniel Scharstein) чуть не сломал голову, гадая, что же подарить новобрачным. Вместе с отцом Хансом Дэниэл предпринял мозговой штурм, длившийся 6 месяцев. Наконец, Шарштайн-старший вспомнил, о чём читал в журнале «Scientific American». В итоге неслабый получился свадебный подарок.
Вот ведь, оказывается, как полезно бывает перед чужой свадьбой почитывать «Scientific American». Думается, и наш журнал тоже. А написано в этом американском научном издании было вот что: в 1991 году некто Иэн Стюарт (Ian Stewart) задался вопросом-статьёй «What in heaven is a digital sundial?» («Да, что же это такое, чёрт побери? Что это за цифровые солнечные часы?»). Похоже, что вот она , статья эта.
Шарштайн ответил Стюарту на свадьбе собственного брата.
Кстати, женившийся брат, между прочим, инженер и художник по имени Феликс, впоследствии (в 1995 году) присоединился к команде своих «креативных» родственников и так же занялся производством «свадебных подарков».
В Мюнхене полдень. Digital Sundial в «Deutsches Museum».
Несмотря на то, что в 1997 году цифровые солнечные часы (Digital Sundials) вышли в полуфинал серьёзного изобретательского соревнования (Hammacher Schlemmer’s 1997 Search for Invention contest), семейке Шарштайнов не удалось договориться ни с одним из производителей, так что выпускать часы им пришлось самостоятельно.
И делают их теперь, и продают за доллары и евро: по 89 и 91 соответственно. Однако давайте обо всём по порядку.
Солнца нет, а часы работают. Почему? Луна светит.
Во-вторых, как это всё работает. «Цифровые солнечные часы объединяют в себе древнюю науку и прогресс современных технологий с изящной простотой». Ещё непонятно? Конечно, ещё нет. Продолжаем.
«Подобно привычным электронным часам Digital Sundials показывают текущее время, используя цифры.
В соответствии с традицией всех солнечных часов мира устройство пассивно — оно работает без электричества и не имеет никаких движущихся частей.
Вместо этого солнечный свет пропускается через два хитро придуманных фильтра в форме чисел». Всё рано не очень ясно, да? Можно посмотреть кино .
«Солнечные часы бывают двух видов для использования в любом полушарии. Digital Sundials показывают время каждые 10 минут и ведут очень точный отсчёт в течение светового дня.
Чтобы гарантировать максимальное качество и высокоточный показ времени, все цифровые солнечные часы изготавливаются вручную».
Попытку объяснить как работают такие часы предприняли и наши коллеги из ZZZ Online — .
Трудно сказать, насколько правдива история с подарком к свадьбе – может быть, это спецшутка для журналистов – но сами изобретатели, а это Ханс с Дэниэлом Шарштайны (Hans Scharstein, Daniel Scharstein) и Вернер Кротц-Фогель (Werner Krotz-Vogel – это ещё кто такой?), пишут так:
«Первый в мире опытный образец часов был создан летом 1994 года в Германии, после чего изобретение было запатентовано как в Германии, так и в США.
Можно подумать, что часы в воздухе висят. Но нет – это ведь солнечные, а не летающие часы. Прилепили, небось, к стеклу.
Изящные проекты обоих больших и маленьких солнечных часов были разработаны художником и инженером Феликсом Шарштайном, который присоединился к команде в 1995 году.
Французский инженер создал уникальные солнечные часы, главной особенностью которых стала возможность отображать время в цифровом формате. Часы объединили в себе современные технологии и старинные знания.
Чего только не создают инженеры-умельцы в XXI столетии. Появление и начало активного использования 3D печати, похоже, и вовсе открыло границы, ранее не доступные для изобретателей всех сортов. Именно так случилось с первыми цифровыми солнечными часами. В данный момент гаджет является прототипом, а потому не имеет коммерческого названия. Примечательно, что это устройство объединило в себе современные технологии и «мудрость» веков.
По сути, это действительно «классические» солнечные часы, принцип действия которых основан на тени, с возможностью отображать время в цифровом формате, как это делают, например, электронные часы.
Вот только никакой электроники в этих часах нет и в этом, пожалуй, кроется главная особенность. Принцип действия цифровых солнечных часов, в сущности, ничем не отличается от любых других солнечных часов. Единственное, что стоит отметить, так это то, что время в цифрах отображается благодаря специальным отверстиям в самих часах. Что касается часов, они их конструкция точно такая же, как в древности.
Созданы часы были при помощи 3D печати. Есть, впрочем, две особенности. На данный момент инженеру удалось добиться отображения времени в цифровом формате с двумя оговорками. Во-первых, отображение времени в цифрах имеет «шаг» в 20 минут. Во-вторых, в цифровом формате время показывается только в 10.00 до 16.00.
Эти часы вполне могли бы дополнить коллекцию из
Человек — такое странное существо, вечно его что-то не устраивает. Все он норовит улучшить. Колесо — казалось бы, что еще? Но и тут появляются бесконечные модификации, включая даже некруглые. Как ни странно, эта настырность приносит пользу. Механизмы и устройства, отточенные веками, вдруг начинают работать проще и быстрее. Возможно, в этом и есть человек: двуногое без перьев, с ногтями — и с непреодолимым желанием вертеть все в руках с одной мыслью: «Что бы тут можно улучшить»?..
С тех пор как один сказал другому: «Встретимся, когда тень от дерева дойдет до того камня» — конструкция солнечных часов изменилась мало. До сих пор это всего две детали: кадран (плоскость с часовыми делениями) и отбрасывающий тень стержень-гномон. Сразу видно, что тут попросту нечего совершенствовать. Но человеческая страсть ко всему новому, любопытство и экспериментаторство, прекрасно поддержанные всей нашей эволюцией и даже физиологией мозга, сработала и в этот раз. Французские разработчики из группы Mojoptix придумали совершенно новую схему: их солнечные часы Sundial показывают время цифрами.
Тысячелетиями вся разница между разными видами солнечных часов заключалась в ориентации плоскости кадрана — горизонтальной (на столе), вертикальной (на стене) или «экваториальной», под углом, так что тень в течение дня сохраняет постоянную длину и позволяет использовать круглый циферблат. Единственным остроумным новшеством можно назвать использование инвертированной конструкции, время в которой указывается не тенью, а светом, проходящим сквозь прорезь в экране. Материал — пластик REC PLA, изготовляемый из сахарного тростника и кукурузы. Биологически инертный, долговечный и не требующий сложных температурных условий для печати, он годится для последующей окраски и скрепления эпоксидными клеями.
По большому счету, никто не знает, как это устройство работает, однако рассуждения изобретателей совсем бесхитростны. Достаточно разбить числа на точки, как в почтовом индексе. Каждая точка может образоваться солнечным лучом, прошедшим сквозь свое отверстие в гномоне. Каждому определенному моменту времени соответствует определенное положение Солнца на небе — и такой же заранее просчитанный набор отверстий. Чтобы не усложнять задачу, временной шаг наших часов возьмем, скажем, в 20 минут. Кроме того, можно исключить ночные, слишком ранние и поздние часы, ограничившись временем от 10:00 до 16:00.
Остается сформулировать эту задачу математически и «скормить» ее подходящей компьютерной системе 3D-моделирования, что и сделали в Mojoptix, получив готовую модель гномона (в форме полуцилиндра) с набором прорезей. Понятно, что на разных широтах Солнце в одно и то же время поднимается на разную высоту, поэтому нашим цифровым солнечным часам понадобится система для настройки угла наклона. Чтобы не возиться с моделированием самостоятельно, в открытой базе Thingverse можно найти готовые файлы: Sundial выложены для бесплатного пользования. Так поступили и в редакции «ПМ»: после того как наши друзья из Top3DShop распечатали цифровые солнечные часы на 3D-принтере, мы испытали их в деле. Они действительно работают — пусть никто и не знает, как именно в точности.
Конструкция Sundial эффективна и точна — а впрочем, и здесь найдется что усовершенствовать. Кажется, стоило бы добавить компас для упрощения точной ориентации на север. Оснастить автоматической настройкой под местность по сигналам GPS. Или рассчитать более сложную систему отверстий для работы с инкрементом не в 20 минут, а всего в минуту… В самом деле, что бы еще улучшить?
Благодарим экспертов компании Top3DShop.Ru за помощь в испытаниях и качественную распечатку модели Sundial
Скачать файл с 3D-моделью «цифровых» солнечных часов Sundial можно .
Позднее под влиянием греков египтяне стали строить солнечные часы с особыми шкалами для разных месяцев. В Средние века солнечные часы могли выглядеть неожиданно. На площади, опираясь на косу стояла скульптура старухи-смерти, а древко ее косы являлось гномоном горизонтальных часов.
Разновидности солнечных часов были весьма многообразны. Кроме горизонтальных часов, греки имели еще и более совершенные вертикальные солнечные часы, так называемые гемо циклы, которые они располагали на общественных зданиях. Были и зеркальные солнечные часы, которые отражали солнечный луч зеркалом на циферблат, расположенный на стене дома.
Солнечные часы встречались не только в виде часов, расположенных на открытом воздухе - на земле, колоннах и т.п., но и в виде небольших настольных часов. Приблизительно в начале XVI в. появились оконные солнечные часы. Они были вертикальными, и их циферблатом была поверхность окна храма или ратуши.
Циферблат этих часов , встречающихся довольно часто в Германии и в Англии, обычно состоит из мозаичной филенки, залитой свинцом. Прозрачная шкала позволяла наблюдать время, не выходя из здания.
Существовали и переносные солнечные часы , но они показывали правильное время, если были верно, установлены, т.е. сориентированы. К первым создателям солнечных часов с корректирующим компасом относится астроном Региомонтан, работавший в середине XV в. в Нюрнберге.
Сочетание солнечных часов с компасом привело к тому, что солнечные часы стало возможным использовать повсеместно и появились их портативные, карманные или дорожные модели. В 15-16 вв. пользовались карманными солнечными часами.
Когда крышку коробочки поднимали , между ней и донцем натягивался шнурок - гномон. На донце - горизонтальный циферблат, а на крышке - вертикальный. Встроенный компас позволял развернуть гномон к северу, а миниатюрный отвес - держать коробочку горизонтально.
Тень гномона показывала время сразу на оба циферблата. Специальная бусинка, закрепленная на гномоне, своей тенью отмечала дату года. Самые большие солнечные часы «Самрат Янгра» имеют длину гномона 27 м и высоту 36 моно построены в 1724 г. в Джайпуре, Индия. В США запатентованы цифровые солнечные часы, не имеющие подвижных деталей.
В зависимости от положения солнца солнечный свет, проходя через фильтры (в виде цифр), высвечивает на табло время с точностью до 10 минут. На дороге, ведущей из Петербурга в Москву, до сих пор стоят кое-где каменные верстовые столбы, поставленные еще при Екатерине II.
На столбе с одной стороны надпись: «от Санкт-Петербурха 22 версты», а с другой - плита с железной треугольной пластинкой посередине и римскими цифрами вокруг. Римские цифры обозначают часы. А стрелки заменяет тень от пластинки. Тень движется, как стрелка часов, и показывает время. Солнечные часы живы до сих пор, хотя и имеют большой недостаток: ночью в пасмурную погоду они бесполезны. С уважением Николай специалист по ремонту часов.