¿Cómo funciona un reloj de sol?

Intente imaginar un mundo sin Internet. Eso es al menos un pequeño incómodo, ¿verdad? Ahora, elimine los dispositivos móviles de cualquier tipo de la ecuación, junto con las cámaras digitales y la tecnología GPS.

Cuando va aún más lejos y expulsa los relojes de pulsera y los relojes de pared de la mezcla, las cosas comienzan a sentirse casi aterrorizadas a toda prisa. Hoy en día es difícil creer que hasta principios del siglo XIX, el reloj de sol había sido la principal forma de la humanidad para mantener el tiempo durante miles de años.

Sin embargo, todo eso está preparado para la pregunta real: ¿Y si no pudieras decir la hora? ¿En absoluto? Como en, ¿qué pasaría si la vida careciera de contexto para precisar toda la noción de "cuándo" en algo que se parezca al sentido inmediato? (Un terrícola moderno está mal equipado incluso para enfrentar esta pregunta; Probablemente no sea posible para usted purgar su mente de todo el concepto de segundos, minutos y horas, y de la previsibilidad que ofrece todo el esquema de tiempo estructurado).

En algún momento de la evolución cognitiva humana, sus antepasados ​​desarrollaron la capacidad de asociar fenómenos astronómicos rutinarios, o al menos regulares, con el paso de fenómenos fijos. cantidades de "tiempo", lo que sea y como sea que concibieron esta cantidad (que incluso hoy elude la descripción adecuada, incluso si hay una manera de explicarlo en matemáticas y física).

Algunos ejemplos son la salida y puesta del sol, las estrellas y la luna cada día, las fases de la luna y la forma en que el cielo recorre un ciclo preciso. y una transformación predecible cada vez que la Tierra completa otro giro alrededor de su eje de rotación (un "día") o viaje alrededor del sol (un "año").

En una etapa determinada de la evolución humana o prehumana, la creación de herramientas elaboradas permitió a sus antepasados ​​acelerar su separación efectiva de otros simios. Los cerebros de los homínidos se volvieron lo suficientemente sofisticados como para apreciar la relación temporal entre las inevitabilidades físicas en su entorno y las realidades biológicas que necesitaban. tener en cuenta, como el hecho de que es más fácil dormir "de noche" (es decir, en la oscuridad), pero también el hecho de que ciertos depredadores peligrosos merodean cuando es oscuro.

¿Qué es un reloj de sol? Formalmente, es un cronómetro (es decir, un reloj) que utiliza la sombra producida por la luz solar que cae sobre una barra vertical para mostrar la hora local. Por razones que verá en breve, la varilla, llamada estilo, debe colocarse en paralelo al eje de rotación de la Tierra y apuntar hacia una posición en el cielo que corresponda al norte o al polo norte celeste (CNP).

Por lo tanto, en cualquier latitud geográfica dada, la varilla debe inclinarse en un ángulo con el horizonte (es decir, la horizontal) que sea idéntico a la magnitud de esa latitud.

Por ejemplo, alguien que construye un reloj de sol a una latitud de 40 ° en Boulder, Colorado, en los Estados Unidos, apuntaría al gnomon 40 grados por encima de la mitad del horizonte norte, un poco menos de la mitad del camino hacia el punto directamente arriba (el cenit). Como sabrá, dado que hay 360 grados en un círculo, un semicírculo como el cielo cubre 180 grados; esto significa que la distancia angular desde cualquier horizonte hasta el cenit es la mitad de esto, o 90 grados.

• Nota: Las instrucciones de este artículo están dirigidas a lectores del hemisferio norte. Otros deberían invertir la dirección norte-sur a medida que surjan situaciones que lo requieran.

Tener un manejo adecuado de los datos básicos del reloj de sol requiere memorizar los nombres de algunas partes inmóviles, pero se espera que se acerque a este pensamiento como un astrónomo y obtenga una ventaja. apreciamos no solo la asombrosa artesanía de un reloj de sol de alta calidad, sino también la ciencia que ha permitido a esta clase de dispositivos realizar su único e interminable trabajo durante miles de años de historia humana.

Estará expuesto a todo tipo de términos nuevos e interesantes a medida que lea este artículo, e incluso estará listo para construir su propio reloj de sol, ya sea humilde o elaborado, para cuando termine. Pero lo más importante para que intente enfocar su pensamiento aquí es en las relaciones entre los eclíptica, la Ecuador celestial, y el polos celestes.

Verá, cuando aprende acerca de los relojes de sol, realmente no está aprendiendo cómo hacer una herramienta pintoresca, aunque fascinante, que ya no es necesaria gracias a los saltos colosales y continuos en la tecnología humana. Te estás aprendiendo mucho sobre el marco mismo de la astronomía: cómo se ubican y etiquetan los objetos, y cómo Los ciclos celestiales que ves y das por sentados se integraron incluso en los primeros relojes de sol del 1500 a. C. o entonces.

Los creadores originales del reloj de sol reconocieron la relación entre la geometría simple y el comportamiento, o específicamente el aparente comportamiento, de objetos en el cielo. La distinción es importante, porque a los efectos de un reloj de sol, la Tierra se trata como fija, con otras cosas "ascendiendo" y "poniéndose" y "cruzando el cielo": descripciones que solo tienen sentido desde el punto de referencia de un observador de la Tierra y que explican por qué los antiguos hizo Es comprensible pensar que todo en el cosmos gira literalmente alrededor de la Tierra.

La forma más fácil de imaginar el sistema utilizado para mapear objetos en el cielo es tomar el que se utiliza aquí en la Tierra (latitud y longitud) y imagina las líneas imaginarias que se proyectan sobre una esfera imaginaria (en realidad un hemisferio, ya que solo puedes ver la mitad) en la cielo. Un plano dibujado a través del centro de la Tierra a través de su ecuador se cruza con este esfera celestial en un crculo, que se presenta como una lnea llamada Ecuador celestial.

Mientras tanto, otra línea circular en el cielo se forma por la extensión del plano de la revolución de la Tierra alrededor del sol. Esta línea imaginaria se llama eclíptica, y representa la trayectoria aparente de 360 ​​grados del sol a través de cada año con respecto a las estrellas distantes del fondo. Estas estrellas aparecer inmóvil en comparación con el sol y los planetas, porque una forma en que medimos el movimiento de estos últimos es tratando al primero como un marco de referencia "fijo".

• Durante un viaje en automóvil, cosas lejanas como nubes y montañas distantes parecen moverse con usted, incluso cuando coloque rápidamente una distancia horizontal entre usted y los árboles, vacas y otros objetos que estén mucho más cerca del calzada. Esto es cierto a pesar de que esas montañas, como estrellas distantes, de hecho se están moviendo con respecto a su propia posición; simplemente están haciendo mucho, mucho más lentamente.

Debido a que el eje de rotación de la Tierra está inclinado 23,4 ° desde su plano de revolución alrededor del sol, la eclíptica y el ecuador celeste están desplazados (inclinados) en esta cantidad. Pero se encuentran en dos puntos, como si se cruzaran con aros de hula del mismo tamaño. El sol sigue el ecuador celeste en estos dos días en todas partes de la Tierra, en el equinoccio de primavera (transición de invierno a primavera en el hemisferio norte) y transición de verano a otoño (equinoccio de otoño).

• La rotación diaria de la Tierra y el hecho de que no hay estrellas visibles cuando el sol sí lo está dificulta la visualización de la eclíptica para un recién llegado. ¡Asegúrese de consultar los diagramas con frecuencia mientras lee sobre relojes de sol!

En la Tierra, las líneas de latitud son paralelas entre sí desde el ecuador hasta ambos polos. Las líneas en el cielo correspondientes a las líneas de latitud se denominan líneas de declinacióny establecer la ubicación dimensional norte-sur.

Las líneas de longitud, por otro lado, también se llaman meridianos en la Tierra. Se puede imaginar que estos se irradian hacia afuera desde los dos puntos formados por los polos celestes y se encuentran nuevamente en el polo opuesto, aunque ningún observador de la Tierra puede ver ambos polos a la vez. La línea que pasa directamente desde el norte en el horizonte a través del cenit y hacia el sur en el horizonte opuesto se conoce como "el" meridiano en la jerga celeste.

• Debido a que el meridiano separa la esfera celeste en mitades este y oeste, juega un papel fundamental en el diseño y posicionamiento del reloj de sol.

Al identificar la posición este-oeste en el cielo de un objeto celeste, esta parte de la coordenada se conoce como ascensión recta.

Seguramente ha notado que cuando el sol está cerca del horizonte (temprano en la mañana o al final de la tarde), las sombras son más largas que cuando el sol está más directamente sobre usted. Sin embargo, el sol cruza el cielo a la misma velocidad todo el tiempo, incluso si las sombras cambian de tamaño y forma a diferentes velocidades.

Este capricho de la geometría inspiró los primeros relojes de sol, ya que sus inventores se dieron cuenta de que el "tiempo" se podía dividir de manera confiable no solo en días sino en porciones de un día. La facilidad mejorada de programar actividades de la vida bajo tal sistema es obvia.

Se cree que los primeros relojes de sol se remontan a Egipto, alrededor del 1500 a. C. Algunos de estos eran en realidad de bolsillo y se podían llevar consigo, porque el estilo (En griego, "poste") podría ser un agujero de alfiler en lugar de una varilla. Se habían vuelto útiles para el cronometraje incluso hasta el minuto en el momento en que los relojes mecánicos se habían vuelto comunes y confiables, y se usaron hasta bien entrado el siglo XIX para verificar la precisión de los relojes "reales".

La estilo ya se ha mencionado. Debe tener dos características: debe apuntar hacia el polo celeste y debe estar inclinado en un ángulo con el horizonte exactamente igual a la latitud del observador. A menudo tiene la forma de una aleta.

La placa de marcación es la superficie sobre la que se proyecta la sombra del sol. Puede ser cilíndrico o plano, y marcado en las divisiones que elija su creador, siempre que se alineen con la hora exacta.

Líneas de hora se encuentran por razones evidentes en prácticamente todos los relojes de sol, y marcan puntos exactos (aunque seleccionados arbitrariamente, en cierto sentido) en el tiempo.

La nodus es una muesca en el gnomon que permite la determinación de una posición precisa y nítida a lo largo de la línea de la sombra, que de otro modo podría ser borrosa.

Los relojes de sol se pueden dividir en dos tipos básicos, diales de altitud y diales direccionales.

Un dial de altitud permite determinar el tiempo utilizando la distancia del sol sobre el horizonte. En todos los casos, estos deben estar orientados en la dirección de una brújula, mientras que en otros el propio sol es un punto de referencia. Los tipos seleccionados incluyen diales planos, diales cilíndricos, diales scaphe y diales de anillo.

A dial direccional se basa en el acimut (dirección de la brújula) y en el ángulo del sol cuando se acerca al meridiano al mediodía. Los subtipos incluyen diales horizontal, polar vertical, azimutal y equinoctal.

En todos los casos, puede imaginarse el sol saliendo y proyectando una amplia sombra de un lado que se estrecha gradualmente a un línea cuando se acerca el mediodía y luego repite la "película" en reversa en el otro lado de la placa del dial hasta la puesta del sol ocurre.

Las sugerencias para hacer su propio reloj de sol son fáciles de encontrar, y en los Recursos se incluye una para comenzar. Recuerde, no son los materiales exactos o cuán ornamentada se ve la creación lo que es más importante; es que entiendes la física y puedes explicárselas a cualquiera que tenga el buen sentido de preguntarte sobre tu arduo trabajo.

Ah, y un último consejo: no elija un día lluvioso para su demostración, ¡esto hará que el ejercicio sea mucho más "esclarecedor" para todos los presentes!