Bagaimana Cara Kerja Jam Matahari?

Coba bayangkan dunia tanpa internet. Itu setidaknya sedikit tidak nyaman, kan? Sekarang, hapus perangkat seluler apa pun dari persamaan, bersama dengan kamera digital dan teknologi GPS.

Ketika Anda melangkah lebih jauh dan mengeluarkan jam tangan dan jam dinding dari campuran, segalanya mulai terasa hampir panik dengan tergesa-gesa. Sulit dipercaya hari ini bahwa sampai awal 1800-an, jam bayangan matahari telah menjadi cara utama umat manusia untuk menjaga waktu selama ribuan tahun!

Hal-hal itu adalah persiapan untuk pertanyaan sebenarnya, meskipun: Bagaimana jika Anda tidak tahu waktu? Sama sekali? Seperti dalam, bagaimana jika hidup tidak memiliki konteks apa pun untuk menjabarkan seluruh gagasan "kapan" dalam sesuatu yang menyerupai pengertian langsung? (Seorang penduduk bumi modern tidak memiliki perlengkapan yang memadai untuk menghadapi pertanyaan ini; mungkin tidak mungkin bagi Anda untuk membersihkan pikiran Anda dari seluruh konsep detik, menit dan jam, dan dari prediktabilitas yang ditawarkan seluruh skema waktu terstruktur.)

Pada titik tertentu dalam evolusi kognitif manusia, nenek moyang Anda mengembangkan kemampuan untuk mengasosiasikan fenomena astronomis rutin, atau setidaknya reguler, dengan berlalunya jumlah "waktu", apa pun dan bagaimanapun mereka memahami kuantitas ini (yang bahkan hari ini tidak dapat dijelaskan dengan tepat bahkan jika ada cara untuk menjelaskannya dalam matematika dan fisika).

Contohnya adalah terbit dan terbenamnya matahari, bintang dan bulan setiap hari, fase-fase bulan dan cara langit berputar melalui waktu yang tepat. dan transformasi yang dapat diprediksi setiap kali Bumi menyelesaikan putaran lain di sekitar sumbu rotasinya ("hari") atau perjalanan mengelilingi matahari (a "tahun").

Pada tahap tertentu dalam evolusi manusia atau pra-manusia, penciptaan alat yang rumit memungkinkan nenek moyang Anda untuk mempercepat pemisahan efektif mereka dari kera lain. Otak hominid menjadi cukup canggih untuk menghargai hubungan temporal antara keniscayaan fisik di lingkungan mereka dan realitas biologis yang mereka butuhkan. untuk diketahui, seperti fakta bahwa lebih mudah untuk tidur "di malam hari" (yaitu, dalam kegelapan) tetapi juga fakta bahwa predator berbahaya tertentu pergi berkeliaran ketika itu gelap.

Apa itu jam matahari? Secara formal, itu adalah kronometer (yaitu, penunjuk waktu) yang menggunakan bayangan yang dihasilkan oleh sinar matahari yang jatuh pada batang vertikal untuk menunjukkan waktu setempat. Untuk alasan yang akan Anda lihat sebentar lagi, tongkat, yang disebut a gnomon, harus diposisikan sejajar dengan sumbu rotasi bumi dan menunjuk ke arah posisi di langit yang sesuai dengan arah utara, atau kutub utara langit (CNP).

Oleh karena itu, pada setiap garis lintang geografis tertentu, batang harus dimiringkan pada sudut ke cakrawala (yaitu, horizontal) yang identik dengan besarnya garis lintang itu.

Misalnya, seseorang yang membangun jam matahari pada garis lintang 40° di Boulder, Colorado, di Amerika Serikat, akan mengarahkan gnomon 40 derajat di atas tengah ufuk utara, tepat di bawah setengah jalan ke titik tepat di atas kepala ( ( puncak). Seperti yang Anda ketahui, karena ada 360 derajat dalam sebuah lingkaran, setengah lingkaran seperti langit menutupi 180 derajat; ini berarti jarak sudut dari setiap cakrawala ke puncak adalah setengah dari ini, atau 90 derajat.

• catatan: Petunjuk dalam artikel ini ditujukan untuk pembaca di Belahan Bumi Utara. Orang lain harus membalikkan arah utara-selatan saat situasi yang menuntut hal ini muncul.

Memiliki pegangan yang tepat pada fakta jam matahari dasar membutuhkan menghafal nama-nama beberapa bagian yang tidak bergerak, tetapi diharapkan Anda akan mendekati pemikiran ini seperti seorang astronom dan mendapatkan menghargai tidak hanya keahlian luar biasa dari jam matahari berkualitas tinggi, tetapi juga ilmu pengetahuan yang memungkinkan perangkat kelas ini melakukan pekerjaan tunggal mereka yang tak ada habisnya selama ribuan tahun sejarah manusia.

Anda akan dihadapkan pada segala macam istilah baru yang menarik saat Anda membaca artikel ini, dan Anda bahkan akan siap untuk membuat jam matahari Anda sendiri – baik itu sederhana atau rumit – pada saat Anda selesai. Tetapi hal terpenting bagi Anda untuk mencoba memfokuskan pemikiran Anda di sini adalah hubungan antara between ekliptika, itu ekuator langit, dan kutub langit.

Anda tahu, ketika belajar tentang jam matahari, Anda tidak benar-benar belajar bagaimana membuat alat kuno, jika menarik, yang tidak lagi diperlukan berkat lompatan kolosal dan berkelanjutan dalam teknologi manusia. Anda banyak bersandar pada kerangka astronomi – bagaimana objek ditempatkan dan diberi label, dan bagaimana siklus surgawi yang Anda lihat dan terima telah diintegrasikan ke dalam jam matahari paling awal dari 1500 SM atau begitu.

Pencipta asli jam matahari mengakui hubungan antara geometri sederhana dan perilaku, atau secara khusus specifically semu perilaku, objek di langit. Perbedaan ini penting, karena untuk tujuan jam matahari, Bumi diperlakukan sebagai tetap, dengan hal-hal lain "terbit" dan "terbenam" dan "melintasi langit" – deskripsi yang hanya masuk akal dari titik referensi pengamat Bumi, dan yang menjelaskan mengapa orang dahulu melakukan dimengerti berpikir bahwa segala sesuatu di kosmos secara harfiah berputar di sekitar Bumi.

Cara termudah untuk membayangkan sistem yang digunakan untuk memetakan objek di langit adalah dengan mengambil yang digunakan di Bumi (lintang dan bujur) dan gambarkan garis imajiner yang diproyeksikan ke bola imajiner (sebenarnya belahan bumi, karena Anda hanya dapat melihat setengahnya) di langit. Sebuah pesawat yang ditarik melalui tengah Bumi melalui ekuatornya memotong ini bola surgawi dalam lingkaran, yang menyajikan sebagai garis yang disebut ekuator langit.

Sementara itu, garis melingkar lain di langit dibentuk oleh perpanjangan bidang revolusi Bumi mengelilingi matahari. Garis khayal ini disebut ekliptika, dan mewakili jalur 360 derajat yang tampak dari matahari setiap tahun sehubungan dengan bintang-bintang latar belakang yang jauh. Bintang-bintang ini muncul tidak bergerak dibandingkan dengan matahari dan planet-planet, karena salah satu cara kita mengukur pergerakan planet-planet adalah memperlakukan yang pertama sebagai kerangka acuan "tetap".

• Selama perjalanan dengan mobil, hal-hal yang jauh seperti awan dan gunung yang jauh tampak bergerak bersama Anda, bahkan saat Anda cepat menempatkan jarak horizontal antara Anda dan pohon-pohon, sapi dan benda-benda lain yang jauh lebih dekat dengan jalan raya. Ini benar meskipun gunung-gunung itu, seperti bintang-bintang yang jauh, sebenarnya sedang bergeser sehubungan dengan posisi Anda sendiri; mereka hanya melakukan begitu banyak, jauh lebih lambat.

Karena sumbu rotasi bumi dimiringkan sebesar 23,4° dari bidang revolusinya mengelilingi matahari, ekliptika dan ekuator langit diimbangi (miring) sebesar ini. Tapi mereka bertemu di dua titik, seperti berpotongan hula hoop dengan ukuran yang sama. Matahari mengikuti ekuator langit pada dua hari ini di mana pun di Bumi, di titik balik musim semi (transisi dari musim dingin ke musim semi di belahan bumi utara) dan transisi dari musim panas ke musim gugur (ekuinoks musim gugur).

• Rotasi harian Bumi dan fakta bahwa tidak ada bintang yang terlihat saat matahari itu sendiri membuat visualisasi ekliptika sulit bagi pendatang baru. Pastikan untuk sering berkonsultasi dengan diagram saat Anda membaca tentang jam matahari!

Di Bumi, garis lintang sejajar satu sama lain sepanjang jalan dari khatulistiwa ke kedua kutub. Garis-garis di langit yang bersesuaian dengan garis lintang disebut garis deklinasi, dan menetapkan lokasi dimensi utara-selatan.

Garis bujur, di sisi lain, juga disebut meridian di Bumi. Ini dapat dibayangkan sebagai memancar keluar dari dua titik yang dibentuk oleh kutub langit dan bertemu lagi di kutub yang berlawanan, meskipun tidak ada pengamat Bumi yang dapat melihat kedua kutub sekaligus. Garis yang melewati langsung dari utara di cakrawala melalui zenith dan menuju selatan di cakrawala yang berlawanan dikenal sebagai "the" meridian dalam istilah langit.

• Karena meridian memisahkan bola langit menjadi bagian timur dan barat, meridian memainkan peran penting dalam desain dan penentuan posisi jam matahari.

Saat mengidentifikasi posisi timur-barat di langit benda langit, bagian koordinat ini dikenal sebagai kenaikan kanan.

Anda pasti telah memperhatikan bahwa ketika matahari dekat dengan cakrawala (pagi atau sore hari), bayangan lebih panjang daripada ketika matahari lebih tepat di atas Anda. Namun matahari melintasi langit dengan kecepatan yang sama sepanjang waktu, bahkan jika bayangan berubah ukuran dan bentuk pada kecepatan yang berbeda.

Gaya geometri ini mengilhami jam matahari pertama, karena penemunya menyadari bahwa "waktu" dapat dibagi dengan andal tidak hanya menjadi hari tetapi bagian dari hari. Peningkatan kemudahan penjadwalan aktivitas kehidupan di bawah sistem seperti itu jelas.

Jam matahari paling awal diyakini berasal dari Mesir, sekitar tahun 1500 SM. Beberapa di antaranya sebenarnya berukuran saku dan bisa dibawa-bawa, karena gnomon (Yunani untuk "tiang") sebenarnya bisa menjadi lubang jarum, bukan batang. Mereka telah menjadi berguna untuk penunjuk waktu bahkan sampai menit pada saat jam mekanik telah menjadi biasa dan dapat diandalkan, dan digunakan dengan baik ke tahun 1800-an untuk memeriksa keakuratan jam "nyata".

Itu gnomon telah disebutkan. Itu harus memiliki dua karakteristik: Itu harus mengarah ke kutub langit dan harus miring pada sudut ke cakrawala persis sama dengan garis lintang pengamat. Hal ini sering dibuat dalam bentuk sirip.

Itu pelat nomor adalah permukaan tempat bayangan matahari diproyeksikan. Itu bisa berbentuk silinder atau datar, dan ditandai ke divisi apa pun yang dipilih pembuatnya selama ini selaras dengan waktu yang akurat.

Garis jam ditemukan untuk alasan yang jelas pada hampir semua jam matahari, dan menandai titik waktu yang tepat (meskipun dipilih secara sewenang-wenang, dalam beberapa hal).

Itu keadaan sulit adalah takik di gnomon yang memungkinkan penentuan posisi yang tepat dan tajam di sepanjang garis bayangan, yang mungkin tidak jelas.

Jam matahari dapat dibagi menjadi dua tipe dasar, panggilan ketinggian dan tombol penunjuk arah.

Sebuah panggilan ketinggian memungkinkan penentuan waktu menggunakan jarak matahari di atas cakrawala. Dalam semua kasus, ini harus diorientasikan ke arah kompas, sementara di tempat lain matahari itu sendiri adalah titik referensi. Jenis yang dipilih termasuk dial bidang, dial silinder, dial scaphe dan dial ring.

SEBUAH tombol penunjuk arah bergantung pada azimuth (arah kompas) dan pada sudut matahari saat mendekati meridian pada siang hari. Subtipe termasuk dial horizontal, polar vertikal, azimut dan equinoctal.

Dalam semua kasus, Anda dapat membayangkan matahari terbit dan menebarkan bayangan lebar dari satu sisi yang secara bertahap menyempit menjadi garis saat tengah hari mendekat dan kemudian mengulangi "film" secara terbalik di sisi lain pelat panggil sampai matahari terbenam terjadi.

Saran untuk membuat jam matahari Anda sendiri mudah ditemukan, dan satu untuk Anda mulai disertakan dalam Sumberdaya. Ingat, bukan bahan yang tepat atau bagaimana hiasan terlihat yang paling penting; itu karena Anda memahami fisika dan dapat menjelaskannya kepada siapa pun yang memiliki akal sehat untuk bertanya tentang kerja keras Anda.

Oh, dan satu tip terakhir: Jangan memilih hari hujan untuk demonstrasi Anda – ini akan membuat latihan lebih "mencerahkan" untuk semua yang hadir!