Проекты

3D-модели всех типов солнечных часов

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Астрономия и космические технологии» среди работ учащихся 7–9 классов

Направление работы: Астрометрия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1575
Предметы: География, Астрономия
Классы: 7 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Человечество знакомо с солнечными часами очень давно. Ими украшали главные площади городов. Даже сейчас солнечные часы совершенствуются и представляют собой точные механизмы, учитывающие не только суточное и годичное движение Земли, но и наклон оси земной орбиты. Поэтому, изучая на уроках астрономии типы солнечных часов, актуально показывать 3D-модели и демонстрировать их действие.

Цель

Создать с помощью 3D-технологий модели солнечных часов, которые можно будет использовать как пособие на уроках астрономии

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • D-принтер
  • Пластик PLA

Описание

Авторы рассмотрели собственные фотографии различных моделей часов из разных стран. Солнечные часы – прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её движению по циферблату.

В астрономии различают звёздное время, местное истинное, местное среднее солнечное, всемирное и ещё несколько других. Простейшие солнечные часы показывают местное истинное время. Пользоваться часами можно в солнечную или малооблачную погоду.

Авторы изучили строение горизонтальных, вертикальных, экваториальных и электронных часов и составили инструкцию.

Солнечные часы состоят из кадрана (плоскости с часовыми делениями) и гномона. В экваториальных часах гномон устанавливается перпендикулярно кадрану. Кадран устанавливается параллельно небесному экватору. В течение дня небесная сфера вращается равномерно, поэтому деления расположены равномерно:  15 ͦ – один час. Гномон направлен на северный полюс мира – Полярную звезду. Высота над горизонтом Полярной звезды равна географической широте местности.

В горизонтальных часах гномон устанавливается под углом, равным широте местности. Кадран устанавливается параллельно горизонту. Направление на север можно определить по тени, отбрасываемой гномоном, расположенным горизонтально. В полдень тень показывает на север и является самой маленькой по размеру.

Вертикальные солнечные часы устанавливаются на стенах зданий и различных строений. От стороны, в которую повёрнут кадран, зависит расположение часовых делений на нём.

В вертикальных часах гномон должен быть перпендикулярен плоскости горизонта. Плоскости самого кадрана и одна из его сторон должны быть параллельны земной оси, то есть она должна составлять с плоскостью кадрана угол, равный 90-φ, где φ – широта.

Авторы создали прототипы солнечных часов в программе Autodesk Fusion360. Сохранили модель в специальном формате описания объёмного тела.

Авторы загрузили модель в программу слайсер PolygonX от компании PICASO и принтер Designer X PRO. Этот принтер поддерживает печать сразу двумя пластиками, поэтому удалось обойтись без клея. Печать производили пластиком PLA, который является биоразлагаемым и изготовлен из переработанных растительных материалов, таких как кукуруза.

Авторы выполнили 3D-модель электронных часов с показом цифр, подобрали вращающуюся подставку и сняли видеоролики демонстрации действия часов.

Результаты работы/выводы

Итогом работы стали 3D-модели всех типов солнечных часов, которые можно использовать как наглядное пособие на уроках астрономии. Также сняты видеоролики, демонстрирующие действие моделей.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга