Цилиндрические часы

Цилиндрические интересны тем, что одно время были самой популярной моделью переносных солнечных часов. Их называли просто "цилиндрами", и они считались модным аксессуаром. В англоязычной литературе эту модель часто называют shepherd's sundials, что означает "часы пастуха". Дело в том, что раньше пастухи обычно использовали такие часы, поскольку при их использовании не нужно знать направление на юг. Показания цилиндра основаны на известном склонении Солнца в заданный день года, а время определяется по высоте Солнца в момент измерения. Чтобы узнать время по этим часам, вращающийся гномон поворачивается в положение, соответствующее времени года, а сами часы ориентируются в сторону Солнца так, что тень от гномона падала строго вертикально. В наших широтах точность таких часов в зимний период невысока, но использование двух гномонов и шкал позволяет получить достаточно точный инструмент.

Цилиндрические часы действуют следующим образом. Площадка сверху цилиндра вращается вместе с горизонтальным гномоном и устанавливается в положение текущего месяца. Сам цилиндр подвешивался вертикально на шнурке и гномон направлялся на Солнце. Соответственно, тень от горизонтального гномона падает вертикально вниз, достигая некоторой часовой линии. Поскольку часы показывают время на основании высоты Солнца, которая одинакова в течение дня дважды, то одни и те же часовые линии показывают одновременно утренние и вечерние часы.

Развертка циферблата для таких часов зависит от выбранных размеров цилиндра: радиуса R и длины гномона G. Если R и G определены, то ширина циферблата равна длине окружности 2πR, а высота цилиндра H определяется из формулы:

G = H ctg(113,5° - φ)

В формуле присутствует широта места, где часы используются, а также величина 113,5°, что является суммой 90° и угла наклона земной оси - 23,5°. Часовые линии для любой даты можно посчитать, зная угловую высоту Солнца h над горизонтом в заданное время дня и года. Если обозначить расстояние часовой линии от верха чертежа A, то:

A = G tg(h)

Поскольку циферблат таких часов симметричен относительно истинного полудня, то и время такие часы будут показывать местное солнечное. Для перевода такого времени в "обычное" необходимо учесть коррекцию долготы до поясного времени. На долготе Москвы эта коррекция будет равна 7,5°, то есть получасу: 15° × 3(часовой пояс) − 37,5°(долгота Москвы). Если цилиндрические солнечные часы для Москвы будут показывать 12:00 полдень, то среднее поясное время будет около 12:30. А "около" будет равно значению уравнения времени: ±15 минут в течение года.