Fyzikální kabinet FyzKAB

Články Fyzikální pomůcky Sluneční hodiny z odpadu

Sluneční hodiny z odpadu

Tématem letošní Noci vědců byl „ČAS“. Jelikož bývá snahou našeho stánku na této akci vždy přijít s nějakou tvořící aktivitou, začali jsme vymýšlet, co by si zejména dětští účastníci mohli vyrobit. S ohledem na zadané téma bylo skoro jasné, že půjde o hodiny…, ale jaké? Přesýpací, vodní… nebo snad sluneční?

Tak nakonec to vyhrály ty sluneční.

Noc vedcu 2021 - stavba hodin

Námi zvolený typ slunečních hodin působí velmi atraktivně a přitom jejich konstrukce je prostá: číselník je umístěn na části pláště válce, ukazatel (tyčka, špejle, silný drát) tvoří osu válce. Ukazatel svírá s vodorovnou rovinou úhel odpovídající zeměpisné šířce místa, tj. 50°.

V následujícím příspěvku představíme návod, jak si postavit jednoduché sluneční hodiny. Naší snahou bylo vytvořit něco trochu stabilnějšího a trvalejšího než jsou různé návody na výrobu hodin z papíru. Inspirací se nám stal zbytek odpadové kanalizační roury, který se ve škole povaloval po nedávné rekonstrukci. Takže se skutečně jedná o hodiny „z odpadu“.

Co budeme potřebovat?

Pochopitelně záleží na tom, kolik hodin budeme vyrábět. Během Noci vědců si jich děti na našem stánku vyrobily přes stovku, na to se chce říci: TO ALE DOMA NEZKOUŠEJTE! 😉 Výchozím materiálem je odřezek novodurové roury, v našem případě průměru 110 mm, ale je možné použít i větší. Z tohoto kousku je potřeba pilkou s jemným zubem (pilka na železo nebo na tvrdé dřevo) uříznout dva prstýnky o tloušťce 2,5 cm. Jeden využijeme celý, druhý jen z jedné čtvrtiny.

co potrebujeme

Dále budeme potřebovat vrtačku s vrtákem o průměru 3,5 mm (popř. 3,2 mm). My jsme použili vrták do dřeva, protože má vodící špičku, která se dá do měkkého plastu před vrtáním zapíchnout, tedy tolik nehrozí sklouznutí vrtáku. Je však možné použít i vrták do železa

Plastové části budeme spojovat dvěma šroubky M3 se zapuštěnou hlavou a délkou 14 mm (spíše seženete délku 16 mm, ale to nevadí). Šroubky pochopitelně doplníme dvojicí podložek a matiček.

Poslední částí, kterou na výrobu našich hodin budeme potřebovat, je dřevěná špejle, která bude sloužit jako gnómon (nebo chcete-li „rafička“)

Postup stavby

vychozi krouzek

Oba získané plastové prstýnky přeřízneme na poloviny. Jednu takto získanou dvojici využijeme na tělo hodin a ciferník.

prekrojeny krouzek

Druhou dvojici ještě jednou rozdělíme na poloviny, čímž získáme čtyři čtvrtiny původního plastového kroužku. Jedna z těchto čtvrtin bude sloužit jako podstavec hodin, zbylými třemi můžeme podarovat další tři lidi, kteří si chtějí vyrobit stejné hodiny. Toto řešení vychází z toho, že jsme hned prvoplánově vyvíjeli hodiny, které se měly vyrábět „masově“ a proto jsme se snažili vytvořit takové řešení, aby bylo na výrobu co nejefektivnější a přitom s minimem odpadu.

prehled vsech pouzitych casti

Poloviny, které budou sloužit pro ciferník a tělo hodin, provrtáme vrtákem o průměru 3,2 mm (popř. 3,5 mm) v polovině. Tím společné zpracování končí. Jednu polovinu původního plastového prstýnku, tu která bude ciferníkem, odložíme a naopak začneme vrtat do té, která bude tvořit tělo hodin.

Dva otvory pro upevnění špejle (gnómon) vyvrtáme na koncích půlkruhového segmentu, který bude tělem hodin. Asi nejdůležitějším momentem je vyvrtání otvoru pro umístění hodin na podstavec. Právě volbou tohoto otvoru určíme, pro kterou zeměpisnou šířku budou hodiny určeny. Je potřeba, aby naše sluneční hodiny měly gnómon (ručičku) rovnoběžný se směrem zemské osy.

sklopeni slunecnich hodin

Takže otvor musíme vyvrtat tak, aby špejle byla odchýlena o 40° od svislého směru, nebo chcete-li o 50° od směru vodorovného – viz předchozí náčrtek.

Po vyvrtání všech otvorů (zapomeňme na otvor ve vrcholu podstavce) začneme s montáží pomocí šroubků.

spojeni prvnich casti

Nejdříve šroubovým spojem spojíme stupnici s tělem hodin. Pokud jsme již nyní nalepili stupnici, je třeba dát pozor na to, aby dvanáctka na stupnici byla v místě přišroubování k tělu hodin.

smontovani vsech casti

Druhý šroubový spoj připojí podstavec vytvořený z jedné čtvrtiny plastového kroužku. Opět, pokud máme nalepenou stupnici, je třeba si dát pozor, aby nebyla nalepena vzhledem k podstavci vzhůru nohama.

vlozeni spejle

Pokud máme spojené plastové díly, zbývá nám vložit do hodin špejli. Při použití výchozí plastové roury s průměrem 110 mm nám nyní bude stačit jen jedna polovina klasické špejle. Pokud jsme otvory pro uchycení špejle vyvrtali vrtákem 3,2 mm, jde špejle vložit do otvorů velmi těšně, takže ji není třeba ani fixovat lepidlem. Po zasunutí špejle do hodin, je dobré ještě zakrátit přesahující konce.

hotove hodiny

Nalepením stupnice (PDF soubor se stupnicí ke stažení) celá montáž hodin finalizuje. U tohoto typu hodin jsou hodinové rysky od sebe stejně vzdáleny. Je to dáno zdánlivou „rovnoměrností“ pohybu Slunce po obloze.

Použití hodin

Při použití hodin je třeba nasměrovat jejich podstavec ve směru severo-jižním, konkrétně tak, aby spodní část směřovala k jihu a „špejlový“ ukazatel se skláněl směrem k severu.

pouziti hodin

Tyčkový ukazatel svým stínem na válcové stupnici ukazuje aktuální čas. Přesnost těchto slunečních hodin je pochopitelně dána časovou rovnicí – viz následující graf.

casova rovnice

Vodorovná osa označuje den v roce. Křivka nad osou znamená rychlejší pohyb pravého slunce a jeho stínu na slunečních hodinách – o kolik minut se předchází oproti rovnoměrnému času, křivka pod osou pomalejší.

Závěr

Takže pokud máte již dost všech těch návodů na papírové sluneční hodiny, podívejte se někde po zbytku plastové odpadní trubky a postavte si sluneční hodiny dle výše uvedeného postupu. Stavba je poměrně jednoduchá, takže ji lze využít v pracovním vyučování, na nějakém zájmovém kroužku nebo jen při domácím víkendovém tvoření s dětmi. Odměnou vám bude vcelku pevný a trvalý kousek. A kdybychom snad s přesností těchto hodin nebyli spokojeni, mohou nám aspoň posloužit jako zajímavé těžítko na stůl. 😎

Na úplný závěr je třeba jen upozornit, že sluneční hodiny ukazují standardní sluneční čas, zatímco my lidé v letních měsících máme tzv. letní čas. Vzpomeňte si na to, až budete o prázdninách tyto hodiny testovat!

Translation
UPOZORNĚNÍ:
Nesouhlasíme s vyřazením Newtonových zákonů, Ohmova zákona a zákona zachování energie z učiva fyziky základních škol v České republice!