איך עובד שעון שמש?

נסו לדמיין עולם ללא אינטרנט. זה לפחות א קטן לא נוח, נכון? כעת הוצא מהמשוואה מכשירים ניידים מכל סוג שהוא, יחד עם מצלמות דיגיטליות וטכנולוגיית GPS.

כשאתה מרחיק לכת עוד יותר ומוציא את שעוני היד ושעוני הקיר מהתערובת, הדברים מתחילים להרגיש כמעט מבוהלים במהירות. קשה להאמין היום שעד תחילת המאה ה -19, שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ הייתה הדרך העיקרית של האנושות לשמור על זמן במשך אלפי שנים!

החומר הזה הוא כל הכנה לשאלה האמיתית, אם כי: מה אם לא היית יכול להגיד זמן? בכלל? כמו, מה אם לחיים חסר כל הקשר להצבת כל הרעיון של "מתי" במשהו הדומה למובן המיידי? (איש כדור הארץ המודרני אינו מצויד אפילו להתמודד עם שאלה זו; סביר להניח שלא יתאפשר לך לטהר את דעתך מכל מושג השניות, הדקות והשעות ומן החיזוי שמציעה כל תוכנית הזמן המובנה).

בשלב כלשהו באבולוציה הקוגניטיבית האנושית, אבותיך פיתחו את היכולת לשייך תופעות אסטרונומיות שגרתיות, או לפחות קבועות, עם מעבר קבוע כמויות של "זמן", יהיה אשר יהיה ולכל אופן שהם גילו את הכמות הזו (שגם היום מתחמקת מתיאור נכון גם אם יש דרך להסביר זאת במתמטיקה ו פיזיקה).

דוגמאות לכך הן עליית ושקיעת השמש, הכוכבים והירח בכל יום, שלבי הירח ואופן השמיים במחזור מדויק וטרנספורמציה צפויה בכל פעם שכדור הארץ משלים סיבוב נוסף סביב ציר הסיבוב שלו ("יום") או טיול סביב השמש (א "שָׁנָה").

בשלב נתון באבולוציה אנושית או טרום אנושית, יצירת כלים משוכללים אפשרה לאבותיך להאיץ את הפרדתם האפקטיבית מקופים אחרים. מוח הומינידי הפך להיות מתוחכם מספיק בכדי להעריך את הקשר הזמני בין בלתי נמנעים פיזיים בסביבתם לבין המציאות הביולוגית להם הם זקוקים להיות מודעים לכך, כמו העובדה שקל יותר לישון "בלילה" (כלומר בחושך), אלא גם העובדה שטורפים מסוכנים מסוימים ממשיכים לשרוד כשזה אפל.

מהו שעון שמש? רשמית, זה כן כרונומטר (כלומר שעון שעון) המשתמש בצל שמייצר אור שמש הנופל על מוט אנכי כדי להראות זמן מקומי. מסיבות שתראו בקרוב, המוט, שנקרא a גנומון, חייבים להיות ממוקמים במקביל לציר הסיבוב של כדור הארץ ולהצביע לעבר מיקום בשמיים שמתאים לצפון, או ל הקוטב הצפוני השמימי (CNP).

לכן, בכל קו רוחב גיאוגרפי נתון, המוט חייב להיות מוטה בזווית לאופק (כלומר האופקי) זהה לגודל קו הרוחב הזה.

לדוגמא, מישהו שבונה שעון שמש בקו רוחב 40 בבולדר, קולורדו, בארצות הברית, יכוון ל גנומון 40 מעלות מעל אמצע האופק הצפוני, קצת באמצע הדרך לנקודה מעל הראש ( זֵנִית). כפי שאתה אולי יודע, מאחר שיש 360 מעלות במעגל, חצי מעגל כמו השמים מכסה 180 מעלות; פירוש הדבר שהמרחק הזוויתי מכל אופק לשיא הוא חצי מזה, או 90 מעלות.

• הערה: ההוראות במאמר זה מכוונות לקוראים בחצי הכדור הצפוני. אחרים צריכים להפוך את כיווני צפון-דרום מכיוון שמתרחשים מצבים הקוראים לכך.

טיפול נכון בעובדות בסיסיות של שעון שמש מחייב שינון שמות של כמה חלקים שאינם נעים, אך יש לקוות שתגשו לחשיבה זו כמו אסטרונום ותזכו מעריכה לא רק את המלאכה המדהימה של שעון השמש באיכות גבוהה, אלא גם את המדע שאיפשר לסוג זה של מכשירים לבצע את עבודתם היחידה והבלתי נגמרת במשך אלפי שנים של ההיסטוריה האנושית.

כשתקרא מאמר זה תיחשף לכל מיני מונחים חדשים ומעניינים, ואפילו תהיה מוכן לבנות שעון שמש משלך - שיהיה צנוע או משוכלל - עד שתעבור. אך הדבר החשוב ביותר עבורך לנסות למקד את חשיבתך כאן הוא היחסים בין ליקוי, ה קו המשווה השמימי, וה עמודי שמיים.

אתה מבין שכשאתה לומד על שעוני שמש אתה לא באמת לומד כיצד ליצור כלי מוזר, אם מרתק, שכבר אין צורך בזכות קפיצות ענקיות ומתמשכות בטכנולוגיה האנושית. אתה נוטה הרבה על עצם המסגרת של האסטרונומיה - כיצד אובייקטים ממוקמים ומתויגים וכיצד המחזורים השמימיים שאתה רואה ולוקח כמובנים מאליהם שולבו אפילו בשעוני השמש המוקדמים ביותר משנת 1500 לפני הספירה כך.

היוצרים המקוריים של שעון השמש זיהו את הקשר בין גאומטריה פשוטה להתנהגות, או ספציפית נִרְאֶה התנהגות, של חפצים בשמיים. ההבחנה חשובה, מכיוון שלצורך שעון שמש מתייחסים לכדור הארץ כאל קבועים, כאשר דברים אחרים "עולים" ו"מסדרים "ו "חציית השמים" - תיאורים הגיוניים רק מנקודת הייחוס של צופה בכדור הארץ, ואשר מסבירים מדוע הקדמונים עשה באופן מובן לחשוב שכל מה שבקוסמוס פשוטו כמשמעו סובב את כדור הארץ.

הדרך הקלה ביותר לדמיין את המערכת המשמשת למיפוי עצמים בשמיים היא לקחת את זו המשמשת כאן על כדור הארץ (קו רוחב ואורך) ו דמיין את הקווים הדמיוניים המוקרנים על גבי כדור דמיוני (למעשה חצי כדור, מכיוון שאתה יכול לראות רק חצי ממנו) בתוך שָׁמַיִם. מישור הנמשך באמצע כדור הארץ דרך קו המשווה שלו חוצה זאת כדור שמימי במעגל, המוצג כשורה הנקראת קו המשווה השמימי.

בינתיים קו עגול נוסף בשמיים נוצר על ידי הארכת מישור המהפכה של כדור הארץ סביב השמש. קו דמיוני זה נקרא ליקוי, ומייצג את מסלול השמש לכאורה של 360 מעלות בכל שנה ביחס לכוכבי הרקע הרחוקים. הכוכבים האלה לְהוֹפִיעַ ללא תנועה בהשוואה לשמש וכוכבי הלכת, מכיוון שאחת הדרכים בה אנו מודדים את תנועתם של האחרונים היא להתייחס לראשונים כמסגרת ייחוס "קבועה".

• במהלך נסיעה ברכב, דברים רחוקים כמו עננים והרים רחוקים נראים איתך, גם אתה שים במהירות מרחק אופקי בינך לבין העצים, הפרות וחפצים אחרים שקרובים הרבה יותר כביש. זה נכון למרות שההרים האלה, כמו כוכבים רחוקים, עוברים למעשה ביחס למצב שלך; הם פשוט עושים כל כך הרבה, הרבה יותר לאט.

מכיוון שציר הסיבוב של כדור הארץ מוטה ב 23.4 מעלות ממישור המהפכה שלו סביב השמש, האקליפטיקה וקו המשווה השמימי מקוזזים (מוטים) בכמות זו. אבל הם נפגשים בשתי נקודות, כמו חישוקי הולה מצטלבים באותו גודל. השמש עוקבת אחר קו המשווה השמימי ביומיים אלה בכל מקום על כדור הארץ, על יום השוויון הארצי (מעבר מחורף לאביב בחצי הכדור הצפוני) ומעבר מקיץ לסתיו (שוויון סתווי).

• הסיבוב היומיומי של כדור הארץ והעובדה שאף כוכב אינו נראה לעין כאשר השמש עצמה מקשה על הדמיה של האקליפטיקה עבור חדש. הקפד להתייעץ בתרשימים לעתים קרובות כשאתה קורא על שעוני שמש!

על כדור הארץ, קווי רוחב מקבילים זה לזה כל הדרך מקו המשווה לשני הקטבים. הקווים בשמיים המתאימים לקווי רוחב נקראים קווים של דחייה, ולקבוע מיקום ממדי צפון-דרום.

לעומת זאת, קווי אורך נקראים גם מרידיאנים על פני כדור הארץ. ניתן לדמיין את אלה כמקרינים החוצה משתי הנקודות שנוצרו על ידי הקטבים השמימיים ונפגשים שוב בקוטב הנגדי, אם כי אף צופה בכדור הארץ אינו יכול לראות את שני הקטבים בו זמנית. הקו העובר מצפון ישירות באופק דרך הזנית וכיוון דרום באופק הנגדי מכונה "המרידיאן בלשון השמימית.

• מכיוון שהמרידיאן מפריד את הכדור השמימי לחצאים המזרחיים והמערביים, הוא ממלא תפקיד קריטי בעיצוב ובמיקום שעון השמש.

כאשר אנו מזהים את המיקום המזרחי-מערבי בשמי אובייקט שמימי, ידוע חלק זה של הקואורדינטה עליית ימין.

לבטח שמת לב שכאשר השמש קרובה לאופק (בוקר מוקדם או אחר הצהריים המאוחרים), הצללים ארוכים יותר מאשר כשהשמש נמצאת מעלייך ישירות יותר. עם זאת השמש חוצה את השמים באותה מהירות כל הזמן, גם אם הצללים משתנים בגודל ובצורה במהירות שונה.

גחמה זו של הגיאומטריה עוררה השראה לשעוני השמש הראשונים, מכיוון שהממציאים שלהם הבינו שניתן לחלק את "הזמן" באופן מהימן לא רק לימים אלא לחלקים ביום. הקלות המשופרת בתזמון פעילויות החיים במערכת כזו ניכרת לעין.

מאמינים כי שעוני השמש המוקדמים ביותר מתוארכים למצרים, בסביבות 1500 לפני הספירה. חלקם היו למעשה בגודל כיס וניתן היה לשאת אותם בגלל שה- גנומון (ביוונית "מוט") יכול למעשה להיות חריר במקום מוט. הם הפכו שימושיים לתזמון זמן עד לרגע שעונים מכניים הפכו לנפוצים ואמינים, ושימשו גם בשנות ה -1800 כדי לבדוק את הדיוק של השעונים "האמיתיים".

ה גנומון כבר הוזכר. עליו להיות בעל שני מאפיינים: עליו להצביע לעבר הקוטב השמימי והוא חייב להיות מוטה בזווית לאופק השווה בדיוק לקו הרוחב של המתבונן. זה עשוי לעתים קרובות בצורת סנפיר.

ה לוחית חיוג הוא המשטח שעליו מוקרן צל השמש. הוא יכול להיות גלילי או שטוח, ולסמן את כל החלוקות שבחר היצרן שלו כל עוד אלה מתיישרות עם הזמן המדויק.

קווי שעות נמצאים מסיבות ברורות מאליהם כמעט בכל שעוני השמש, ומסמנים נקודות זמן מדויקות (אם כי נבחרו באופן שרירותי, במובן מסוים).

ה נודוס הוא חריץ בגנומון המאפשר קביעת מיקום מדויק וחד לאורך קו הצל, שאחרת עשוי להיות מטושטש.

ניתן לחלק את שעוני השמש לשני סוגים בסיסיים, חייגי גובה ו חיוג כיווני.

An חיוג לגובה מאפשר קביעת זמן באמצעות מרחק השמש מעל האופק. בכל המקרים, אלה חייבים להיות מכוונים לכיוון מצפן, בעוד שבאחרים השמש עצמה היא נקודת התייחסות. סוגים נבחרים כוללים חוגות מישוריות, חוגות גליל, חוגות ספה וחוגות טבעות.

א חיוג כיוון מסתמך על אזימוט (כיוון מצפן) ועל זווית השמש כשהוא מתקרב למרידיאן בצהריים. תתי הסוגים כוללים חיוג אופקי, אנכי קוטבי, אזימוטל ושוויון.

בכל המקרים, אתה יכול לדמיין את השמש זורחת ומטיל צל רחב מצד אחד המצטמצם בהדרגה ל קו כשקרב הצהריים ואז חוזר על "הסרט" לאחור בצד השני של לוח החוגה עד השקיעה מתרחשת.

קל למצוא הצעות להכנת שעון שמש משלך ואחת שתוכל להתחיל בעבודה כלולה במשאבים. זכרו, לא החומרים המדויקים או אופן היצירה המקושטים הם החשובים ביותר; זה שאתה מבין את הפיזיקה ויכול להסביר אותם לכל אחד עם השכל הטוב לשאול אותך על העבודה הקשה שלך.

אה, וטיפ אחרון: אל תבחרו יום גשום להפגנה שלכם - זה יהפוך את התרגיל להרבה יותר "מאיר" לכל הנוכחים!