JAK DZIAŁAJĄ ZEGARY SŁONECZNE?

Cz. 2

Horyzontalne zegary słoneczne na różnych szerokościach geograficznych

Podczas gdy tarcza zegara słonecznego leży płasko na Ziemi (zegar horyzontalny), gnomon pozostaje równoległy do osi Ziemi.

Kąt pomiędzy gnomonem a tarczą zegara równy jest szerokości geograficznej danego miejsca. W tym przykładzie jest to mniej więcej 40° N (szerokości geograficznej północnej).

Tak widzą to lokalni mieszkańcy.

Wielokrotny zegar słoneczny Model na zdjęciu obok pokazuje zależność

trzech najpopularniejszych typów zegarów słonecznych od zegara równikowego (wzorcowego).

Wszystkie cztery słoneczniki pokazują tę samą godzinę (9.00 rano) za pomocą cienia wspólnego gnomonu.

Ten rodzaj gnomonu jest często nazywany BIEGUNOWYM.

Czerwono-białe paski na wskaźniku mają charakter wyłącznie poglądowy.

Gnomony płaskie i luka południowa

Zegar horyzontalny dla 55°N (szerokości geograficznej północnej).

Poranne cienie od 4.00 do 6.00 rzucane są przez wschodnią (tutaj czerwoną) krawędź wskaźnika.

Przedpołudniowe cienie od 6.00 do południa rzucane są przez zachodnią (tutaj zieloną) krawędź wskaźnika.

Gnomony płaskie i luka południowa

Zegar horyzontalny dla 55°N (szerokości geograficznej północnej).

Popołudniowe cienie od godz 12.00 do 18.00 rzucane są przez wschodnią (tutaj czerwoną) krawędź wskaźnika.

Wieczorne cienie od 18.00 do 20.00 rzucane są przez zachodnią (tutaj zieloną) krawędź wskaźnika.

Gnomony płaskie i luka południowa

Słoneczne południe wskazywane jest przez obie krawędzie wskaźnika jednocześnie, co tworzy LUKĘ POŁUDNIOWĄ.

Zakres godzin na różnych szerokościach geograficznych

Horyzontalne zegary słoneczne na różnych szerokościach północnych Zwróć uwagę, jak ściśnięte są linie godzinowe w okolicach południa na zegarze

dla szerokości 20°N, zaś bardziej równomiernie rozłożone na zegarze dla szerokości 68°N.

Na Równiku zegar horyzontalny staje się polarnym. Zauważ jak rośnie ilość wskazywanych godzin wraz z postępem ku północy.

Czas słoneczny, uwzględnienie długości geograficznej i czas uniwersalny (GMT)

Czas słoneczny, uwzględnienie długości geograficznej i czas uniwersalny (GMT)

W swojej drodze ze wschodu na zachód, Słońce potrzebuje 4 minut by pokonać 1° długości geograficznej. Wszystkie zegary słoneczne ustawione na tej samej długości geograficznej (czyli na tym samym południku) pokazują ten sam czas, co dla jasności pokazano poniżej za pomocą zegarów wskazówkowych. Zegary słoneczne na południku 4° spóźniają się w stosunku do południka Greenwich (0°) o 16 minut, a te na 8° o 32 minuty.

Przykład: Miasto Plymouth leży o 4° 08' na wschód od Greenwich. Zatem zegary słoneczne w Plymouth pokazują czas o 16 minut i 32 sekundy późniejszy niż słoneczniki w Greenwich o tej samej porze.

Aby uniknąć chaosu wywołanego pierwszymi szybkimi połączeniami kolejowymi wschodu z zachodem Anglii, w 1880 roku wprowadzono czas uniwersalny (GMT), dzięki czemu wszystkie zegary w tym kraju wskazywały ten sam czas, co zegar Big Ben w Londynie.

Odkrycie analemy

W 1656 roku holenderski uczony Christian Huygens jako pierwszy zbudował precyzyjny zegar mechaniczny oparty na wahadle. Jego późniejsze czasomierze działały z dokładnością do 1 sekundy na dobę. Jeśli by codziennie regulować taki zegar względem zegara słonecznego, można by pomyśleć, że mechaniczny działa niedokładnie i o różnych porach roku ta wielkość się zmienia. Tymczasem prawda była taka, że to zegar mechaniczny działał punktualnie, podczas gdy wskazania słoneczników były różne na przestrzeni roku.

Dzisiaj wiemy, że wszystkie zegary mechaniczne pokazują inny czas niż słoneczne, co wywołane jest zmienną długością dnia wyznaczaną przez Słońce. Przez mniej więcej trzy pierwsze miesiące roku każdy kolejny dzień jest dłuższy od poprzedniego o kilka sekund, po czym przez kolejne trzy miesiące skraca się do punktu, w którym proces zaczyna się powtarzać. W ten sposób odkryto analemę.

Odkrycie analemy

Mechanizm wahadłowy wynaleziony przez Christiana Huygensa i zastosowany w bardzo precyzyjnych zegarkach jego produkcji.

Czym jest analema?

Gdyby ktoś spróbował wykonać serię zdjęć Słońca na tej samej klatce filmu otwierając migawkę co dziesięć dni dokładnie w południe (12.00) według swojego zegarka, to zapewne spodziewałby się efekty pokazanego na rysunku obok.

Czym jest analema?

Po wywołaniu zdjęcia zobaczymy na nim nie linię prostą, lecz figurę przypominającą spłaszczoną „ósemkę”. Tę właśnie figurę nazywamy ANALEMĄ.

Różnicę we wskazaniach czasu słonecznego i czasu uniwersalnego określamy RÓWNANIEM CZASU.

Do uwzględnienia codziennych poprawek we wskazaniach czasu przez zegary słoneczne, posługujemy się tabelą z dokładnymi wartościami w minutach i sekundach, bądź wykresem graficznym.

Gdy Słońce się późni, do wskazań słonecznika należy dodać odpowiednią wartość odczytaną z równania czasu. Gdy Słońce się spieszy, od wskazań słonecznika należy odjąć odpowiednią wartość odczytaną z równania czasu.

Źródła

Twórcą i pomysłodawcą niniejszej prezentacji jest Tony Moss z BSS (British Sundial Society). Tekst i ilustracje stanowią intelektualną własność Autora, który udostępnił je dla potrzeb edukacyjnych BSS. Dzięki uprzejmej zgodzie Autora (bezpośrednio) oraz BSS (licencja ogólna) mamy przyjemność udostępnić ten materiał użytkownikom serwisu GNOMONIKA.pl. Autorem polskiego tłumaczenia jest Dariusz Oczki.

http://www.gnomonika.pl/news.php?id=23