Определение долготы и широты места в экспедиционных условиях с помощью гномона и часов

Автор: Пименова Алена, 9 класс,
ДНТТМ, Астрономия

Научный руководитель: Саввичева Вера Петровна

г. Москва

Что такое гномон?

Древнейшими солнечными часами был гномон – вертикальный стержень на ровной площадке, служивший циферблатом. На циферблате имелось только одна отметка – прямая линия к северу от столба, куда тень падает в полдень. Экран гномона можно разбить на часы, но все часы дня будут иметь разную продолжительность, и, кроме того, день ото дня длительность такого «часа» тоже будет меняться.

Чтобы гномон показывал всегда время правильно, его надо наклонить в направлении земной оси, т. е. на Полярную звезду. Такое усовершенствование гномона предпринял грек Анаксимен Милетский, около 530 г. до н. э. построивший в спартанской столицы Лакедемоне солнечные часы.

С той поры более 2 тысячелетий этот прибор оставался главным измерителям времен.

Солнечные часы, сооруженные на площадях древних и средневековых городов, размеряли жизнь горожан, а в парках и садах служили забавным и поучительным украшением.

Чаще всего их устанавливали либо на тумбе с горизонтальным циферблатом, либо на стене здания – это были вертикальные солнечные часы.

Обычно на циферблате отмечали только часы. В средние века лишь астрономы для своих нужд делили часы на минуты. В повседневной жизни минуты значения не имели.

2)

Что им можно определить?
Полуденную линию и стороны света; Высоту Солнца над горизонтом и широту места, момент наступления истинного полдня, а по нему и долготу места.

В полдень тень от всех предметом направлены вдоль линии, точно указывающей с юга на север. Она называется полуденной.

Зная ее направление можно установить солнечные часы.

Определить направление полуденной линии в любой точке Земли поможет древнейший астрономический прибор – гномон. Для того чтобы его изготовить, понадобиться прямой шест, который необходимо вертикально вбить в землю, пользуясь отвесом. За 1-2 часа до полудня отметим конец тени от шеста колышком.

Возьмем шнур. Один конец его привяжем к основанию гномона. Используя свободную часть шнура как циркуль начертим на земле окружность, проходящую через вбитый колышек.

Тень от шеста будет сначала сокращаться, а потом расти и при этом медленно поворачиваться. Когда она вновь коснется начерченной нами окружности, отметим конец тени другим колышком. Прямая, проходящая через середину линии, соединяющий первый и второй колышки, и основание гномона – полуденная линия. Теперь мы в любой точке сможем определить момент истинного полдня.
Описание эксперимента.

Была взята гладкая доска с наклеенным на ней белым листом бумаги и карандаш. С помощью отвеса карандаш был установлен перпендикулярно дощечке. И доска была установлена горизонтально. Отмечали положение вершины и длину тени l и момент времени Т_п по проверенным часам. Часы проверялись по сигналам точного времени в течение нескольких дней до и после наблюдений.

3) Определение момента истинного солнечного полдня.

Отмечая точками положение конца тени от гномона и моменты времени по часам до и после полудня, находим момент времени t_п=Т_п , когда длина тени минимальна l_min.

Истинное солнечное время Т_o полдня равно 12 часам ,а наши часы показывают время t_п=Т_п

И так мы находим полуденное Т_п время по графику.

T_o = 12^h

Т_п = 13^h 47^m50^s

-2^m12^s

--------------------

Т_п = 13^h45^m38^s - исправленное за ошибку часов время наступления полудня.

Здесь -2^m12^s - поправка часов, выявленная при их проверке

4)

Определение долготы места

Из уравнения времени:

Т_l = Т_о + h, Т_l= 12^h+05^m21^s=12^h5^m21^s; T_п= Т₀+ n + 2, n = 7 , T₀ = t – n – 2 , T₀= 12^h00^m= t

T₀ = 4^h47^m50^s

l = Т_l - Т₀ = Т_о + h- Т₀

l= 7^h17^m31^s

С учетом точности измерений ( 1^о=4^m , 1^m®15^¢)

l=7^h17^m,5 ±15^¢

5)

Определим широту

H_o=arctg H/l_min , H=13.5мм, В момент истинного полдня определяем l_min =

H_o=49^o, 96

H_o = 90^o - j + d

Из этой формулы находим широту j.

j = 55^o03¢

d_o = - берется из календаря на день измерений

6)

о точности:

Диаметр солнца примерно 30ў

d_o ~ 30¢^ў

Высота Солнца определяем с точностью h_o ± d_o/2 = ±15ў

Так как 1^o соответствует примерно 111 км. , то положение места наблюдения определяем с точностью: на местности ± 25 км

и широта места j определяется с точностью ±15^¢. Так , что с учетом точности измерений j=55^о03ў±15^ў

Наблюдения проводились на оз. Байкал , Бухта Песчаная .