Ako funguje Sundial?

Obsah

• Zadajte Slnečné hodiny: Základy
• Dozvedieť sa o slnečných hodinách
• Nebeský rovník
• Ekliptika
• Ďalšie štandardné astronomické podmienky
• História hodín
• Časti a prevádzka slnečných hodín
• Druhy slnečných hodín
• Do-it-Yourself Sundial

Pokúste sa predstaviť svet bez internetu. To je prinajmenšom a málo nepríjemné, však? Teraz z rovnice odstráňte mobilné zariadenia akéhokoľvek druhu spolu s digitálnymi fotoaparátmi a technológiou GPS.

Keď idete ešte ďalej a vysuniete náramkové hodinky a nástenné hodiny zo zmesi, veci sa začnú v zhone zdať takmer panické. Dnes je ťažké uveriť, že až do začiatku 18 slnečné hodiny bol ľudstvo hlavným spôsobom, ako si udržiavať čas tisíce rokov!

To všetko je však prípravou na skutočnú otázku: Čo keby ste nemohli povedať čas? Vôbec? Ako v tom, čo keby život postrádal akúkoľvek záležitosť, ktorá by obmedzovala celú predstavu „kedy“ v čomkoľvek, čo by sa podobalo okamžitému zmyslu? (Moderný pozemšťan nie je schopný vôbec čeliť tejto otázke. Pravdepodobne nie je možné, aby ste si prečistili celú predstavu sekúnd, minút a hodín a predvídateľnosti celej schémy štruktúrovaných časových ponúk.)

V určitom okamihu v ľudskej kognitívnej evolúcii si vaši predkovia vyvinuli schopnosť spájať rutinné, alebo aspoň pravidelné, astronomické javy s priebehom pevných množstiev „času“, čokoľvek a napriek tomu si predstavili toto množstvo (čo aj dnes uniká riadnemu popisu). aj keď existuje spôsob, ako to vysvetliť v matematike a fyzike).

Príkladom je každý deň stúpanie a zapadanie slnka, hviezd a mesiaca, fázy mesiaca a spôsob, akým obloha prechádza presnou a predvídateľnou transformáciou zakaždým, keď Zem dokončí ďalšie otáčanie okolo svojej osi rotácie („deň“). ) alebo výlet okolo Slnka („rok“).

Zadajte Slnečné hodiny: Základy

V určitom štádiu ľudského alebo predľudského vývoja umožnilo vytvorenie komplikovaných nástrojov pre vašich predkov urýchliť ich efektívne oddelenie od ostatných opíc. Hominidné mozgy sa stali dostatočne sofistikovanými na to, aby ocenili časový vzťah medzi fyzickými nevyhnutnosťami v ich prostredí a biologickými realitami, ktoré si mali byť vedomé, napríklad skutočnosť, že ľahšie spať „v noci“ (tj v tme), ale aj skutočnosť, že niektoré nebezpečné dravce pokračujú v lovi, keď je v tme.

Čo je to slnečné hodiny? Formálne je to tak chronometer (t. j. hodinky), ktorý používa odtieň vytváraný slnečným žiarením dopadajúcim na vertikálnu tyč na zobrazenie miestneho času. Z dôvodov čoskoro uvidíte, prút, tzv Gnómon, musí byť umiestnená rovnobežne s osou rotácie Zeme a musí smerovať k polohe na oblohe, ktorá zodpovedá severnému východu alebo nebeský severný pól (CNP).

Z tohto dôvodu musí byť v ktorejkoľvek danej zemepisnej šírke sklon naklonený v uhle k horizontu (tj horizontálnej), ktorý je totožný s veľkosťou tejto zemepisnej šírky.

Napríklad niekto, kto stavia slnečné hodiny na 40 ° zemepisnej šírky v Boulder, Colorado, v Spojených štátoch, by namieril škriatok 40 stupňov nad stred severného obzoru, tesne pod polovicu bodu priamo nad hlavou ( zenit). Ako možno viete, keďže v kruhu je 360 ​​stupňov, polkruh ako obloha pokrýva 180 stupňov; to znamená, že uhlová vzdialenosť od akéhokoľvek horizontu k zenitu je jeho polovica alebo 90 stupňov.

Dozvedieť sa o slnečných hodinách

Správne zvládnuť základné fakty o slnečných hodinách si vyžaduje zapamätať si mená niekoľkých nepohyblivých častí, ale dúfame, že sa k tomuto mysleniu priblížite ako astronóm a získate ocenenie nielen za vysoko kvalitné slnečné hodiny, ale aj za skvelú zručnosť. veda, ktorá umožnila tejto triede zariadení vykonávať svoju jedinú, nekonečnú prácu po tisíce rokov ľudskej histórie.

Keď budete čítať tento článok, budete vystavení všetkým zaujímavým novým pojmom a budete dokonca pripravení vybudovať si vlastné slnečné hodiny - či už pokorné alebo prepracované - do času, kým prechádzate. Najdôležitejšou vecou pre vás však je, aby ste sa tu sústredili na svoje vzťahy ekliptický, nebeský rovníka nebeské stožiare.

Vidíte, keď sa učíte o slnečných lúčoch, naozaj sa nenaučíte, ako vytvoriť kuriózny, ak fascinujúci nástroj, ktorý už nie je potrebný vďaka kolosálnym a pokračujúcim skokom v ľudskej technológii. Veľa sa opierate o samotný rámec astronómie - ako sú objekty umiestnené a označené a ako sú nebeské cykly, ktoré vidíte a beriete ako samozrejmé, integrované do najskorších slnečných hodín od 1500 BCE alebo tak.

Nebeský rovník

Pôvodní tvorcovia slnečných hodín poznali vzťah medzi jednoduchou geometriou a správaním, resp zdanlivý správanie objektov na oblohe. Rozdiel je dôležitý, pretože pre účely slnečných hodín sa so Zemou zaobchádza ako s pevne stanovenými cieľmi, iné veci „stúpajú“ a „zapadajú“ a „prechádzajú oblohu“ - opisy, ktoré majú zmysel iba od referenčného bodu pozorovateľa Zeme, a ktoré vysvetľujú, prečo boli starci urobil pochopiteľne si myslíme, že všetko vo vesmíre sa doslova točí okolo Zeme.

Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť systém, ktorý sa používa na mapovanie objektov na oblohe, je vziať ten, ktorý sa tu používa na Zemi (zemepisná šírka a dĺžka), a vyobraziť imaginárne čiary premietané do imaginárnej sféry (v skutočnosti na pologuľu), pretože môžete vidieť iba polovicu z toho) na oblohe. Toto pretína rovina nakreslená stredom Zeme cez jej rovník nebeská sféra v kruhu, ktorý sa predstavuje ako čiara s názvom nebeský rovník.

Ekliptika

Medzitým ďalšia kruhová čiara na oblohe je vytvorená predĺžením roviny rotácie Zeme okolo Slnka. Táto imaginárna línia sa nazýva ekliptickýa predstavuje zjavnú 360-stupňovú dráhu slnka cez každý rok vzhľadom na vzdialené hviezdy v pozadí. Tieto hviezdy javí nehybný v porovnaní so slnkom a planétami, pretože jedným spôsobom, ktorým merame jeho pohyb, sa k nemu pristupuje ako k „pevnému“ referenčnému rámcu.

Pretože os rotácie Zeme je naklonená o 23,4 ° od svojej rotačnej roviny okolo Slnka, sú ekliptické a nebeské rovníky o túto hodnotu odsadené (naklonené). Stretávajú sa však na dvoch miestach, ako pretínacie hulaové obruče rovnakej veľkosti. Slnko sleduje nebeský rovník v týchto dvoch dňoch všade na Zemi, na jarná rovnodennosť (prechod zo zimy na jar na severnej pologuli) a prechod z leta na jeseň (jesenná rovnodennosť).

Ďalšie štandardné astronomické podmienky

Na Zemi sú rovnobežné čiary zemepisnej šírky od rovníka po oba póly. Čiary na oblohe, ktoré zodpovedajú zemepisným šírkam, sa nazývajú čiary deklináciea určiť severojužnú rozmerovú polohu.

Čiary zemepisnej dĺžky sa na druhej strane nazývajú tiež poludníky na Zemi. Možno si predstaviť, že vyžarujú smerom von z dvoch bodov tvorených nebeskými pólmi a stretávajú sa opäť na opačnom póle, hoci žiadny pozorovateľ Zeme nevidí oba póly naraz. Čiara prechádzajúca priamo zo severu na obzore cez zenit a smerom na juh na opačnom obzore je známa ako „poludník“ v nebeskom žargóne.

Pri identifikácii východo-západnej polohy nebies nebeského objektu je táto časť súradnice známa ako správny vzostup.

História hodín

Určite ste si všimli, že keď sa slnko blíži k obzoru (skoro ráno alebo neskoro popoludní), tiene sú dlhšie, ako keď sú slnko priamo nad vami. Napriek tomu slnko nepretržite prechádza oblohou rovnakou rýchlosťou, aj keď tiene menia veľkosť a tvar rôznymi rýchlosťami.

Tento rozmach geometrie inšpiroval prvé slnečné hodiny, pretože ich vynálezcovia si uvedomili, že „čas“ sa dá spoľahlivo rozdeliť nielen na dni, ale na časti dňa. Je zrejmé, že v takomto systéme je ľahšie naplánované životné aktivity.

Najskoršie slnečné hodiny sú považované za datované do Egypta, okolo 1500 BCE. Niektoré z nich boli skutočne vreckové a bolo ich možné prenášať, pretože Gnómon (Gréčtina pre „tyč“) by mohla byť dierkou namiesto tyče. V čase, keď sa mechanické hodiny stali bežnými a spoľahlivými, sa stali užitočnými pre časomieru, až do chvíle, keď sa mechanické hodiny stali bežnými a spoľahlivými, a na kontrolu presnosti „skutočných“ hodín sa používali dobre do 18. storočia.

Časti a prevádzka slnečných hodín

Gnómon už bolo spomenuté. Musí mať dve charakteristiky: Musí ukazovať k nebeskému pólu a musí byť naklonený v uhle k obzoru presne rovnajúcemu sa zemepisnej šírke pozorovateľov. Často sa vyrába v tvare plutvy.

číselník je povrch, na ktorý sa premieta slnečný tieň. Môže byť valcový alebo plochý a môže byť označený do ľubovoľných oblastí, ktoré si jeho výrobca vyberie, pokiaľ sa tieto zarovnajú s presným časom.

Hodinové linky sa nachádzajú z evidentných dôvodov prakticky na všetkých slnečných hodinách a vyznačujú sa presnými (hoci svojvoľne vybranými) bodmi v čase.

Nodus je zárez v škrupine, ktorý umožňuje určiť presnú, ostrú polohu pozdĺž línie tieňa, ktorá by mohla byť inak nejasná.

Druhy slnečných hodín

Slnečné hodiny možno rozdeliť na dva základné typy, výškové číselníky a smerové číselníky.

výškový číselník umožňuje určiť čas pomocou slnečnej vzdialenosti nad obzorom. Vo všetkých prípadoch musia byť orientované na smer kompasu, zatiaľ čo v iných je referenčným bodom samotné Slnko. Vybrané druhy zahŕňajú letiskové vytáčanie, valcové vytáčanie, vytočenie Scaphe a vyzváňanie.

smerový číselník spolieha sa na azimut (smer kompasu) a na uhol slnka, keď sa v poludnie blíži poludníku. Podtypy zahŕňajú horizontálne, polárne vertikálne, azimutálne a ekvinoctálne číselníky.

Vo všetkých prípadoch si viete predstaviť, že slnko vychádza a vrhá široký tieň z jednej strany, ktorá sa postupne približuje k čiare, keď sa blížilo poludnie, a potom opakuje „film“ opačným smerom na druhej strane číselníka, kým nedôjde k západu slnka.

Do-it-Yourself Sundial

Návrhy na výrobu vlastných slnečných hodín sa dajú ľahko nájsť a jeden z nich, ako začať, je uvedený v časti Zdroje. Pamätajte, že to nie sú presné materiály alebo ako ozdobený výzor vyzerá to najdôležitejšie; Je to tak, že rozumiete fyzike a môžete ich vysvetliť komukoľvek s dobrým rozumom a opýtať sa vás na vašu tvrdú prácu.

Jo, a jeden posledný tip: Nevyberajte si pre svoju demonštráciu daždivý deň - vďaka tomu bude cvičenie pre všetkých prítomných oveľa viac „osvetľujúce“!