В солнечных часах время показывает медленно перемещающаяся тень от стержня, параллельного оси мира (оси вращения Земли).
Циферблат часов может быть горизонтальным, вертикальным, параллельным плоскости небесного экватора и, вообще говоря, может иметь произвольную ориентацию и форму. В солнечных часах нет движущихся (относительно Земли) частей. Эти часы предназначены для определения истинного солнечного времени (см. Гл. VII, §3), которое на практике в настоящее время не применяется. Однако можно так рассчитать циферблат часов, что они окажутся пригодными для приближенного определения московского времени (а также летнего или зимнего времени любого пояса). В этом случае необходимо учитывать географические координаты пункта.
Отсчет времени производится по той границе тени козырька, которая соответствует отрезку ОС (см. рис. А).
Таким образом, отрезок ОС играет роль стержня, параллельного оси мира, о котором говорилось выше.
Расчёт циферблата горизонтальных солнечных часов состоит в нахождении углов x (см. Рис. А), соответствующих разным значениям летнего или зимнего времени Т. Применяются формулы:
где f и l - географические широта и долгота, причём долгота выражена в градусной мере, N - номер часового пояса, u=1h и 2h соответственно для зимнего и летнего времени и - часовой угол Солнца. Здесь x - угол при центре О циферблата между направлением на север и границей тени козырька. Если x>0, то отсчёт угла ведётся от северного направления по часовой стрелке (при x < 0 - против часовой стрелки).
Рассчитав значения , например, для моментов T=6h, 7h, ..., 22h, из точки О циферблата проводят соответствующий пучок лучей до пересечения с некоторой окружностью с центром в точке О. Полученные часовые метки подписывают.
Один из вариантов изготовления горизонтальных солнечных часов для Пскова поясняется на рис. В. Подходящим материалом для изготовлении макета солнечных часов может служить плотная бумага или тонкий картон.
После изготовления солнечных часов их следует должным образом установить. Это делают в солнечный день, используя обычные часы. Выбрав место, часы устанавливают так, чтобы циферблат располагался горизонтально. При этом время, на которое указывает тень козырька, должно соответствовать моменту T-E, где E - уравнение времени на дату установки часов (его можно приближённо определить интерполяцией данных в Приложении 6). Такой способ установки солнечных часов позволяет минимизировать ошибки из-за того, что уравнение времени изменяется от даты к дате. В период с апреля по 20 сентября ошибка при игнорировании уравнения времени не превысит 6m, а в большинстве случаев окажется меньше 4m. Если же требуется время определить более точно, то достаточно к показанию часов прибавить величину E, считая её постоянной в течение 3-4 дат.
Из самого способа установки солнечных часов при помощи обычных часов видно, что их можно использовать в качестве компаса. При тщательно изготовленных часах ошибка определения направления на юг в указанное выше время года не превысит 2° при игнорировании величины E и может составить лишь несколько десятых долей градуса при учёте этой величины.
В вертикальных солнечных часах циферблат вертикален. Если он обращён точно на юг, то расчёт и изготовление таких часов мало отличаются от того, что было изложено выше в случае горизонтальных часов. На Рис. А и В угол f следует заменить на 90°-f, слово “юг” - заменить на “зенит” и соответствующая стрелка при установке часов должна указывать на зенит. Наконец положительные углы отсчитываются от направления к надиру против часовой стрелки, а отрицательные - по часовой стрелке. Все расчёты производятся по формулам (I) , (II) и (III).
Вертикальные солнечные часы удобны тем, что при установке высоко на южной стене здания их показания можно определять с довольно больших расстояний.
Кроме того, на стенах зданий можно устанавливать восточные и западные вертикальные часы, в которых стержень, отбрасывающий тень, параллелен не только оси мира, но и плоскости циферблата, то есть самой стене.
Наконец, иногда вертикальные солнечные часы устанавливают на стене, обращённой к северу. Такие часы показывают время только утром и вечером, причём только при положительном склонении Солнца.
В рабочем положении часов циферблат устанавливается так, чтобы тень показывала московское время. В этот момент стрелка на циферблате покажет направление на юг с ошибкой, не превышающей 1°-2° (с 20 марта по 25 сентября). В другие даты ошибка иногда достигает 3°-4°.
