Kaip veikia saulės laikrodis?

Pabandykite įsivaizduoti pasaulį be interneto. Tai bent jau a mažai nejauku, tiesa? Dabar pašalinkite bet kokius mobiliuosius įrenginius iš lygties, taip pat skaitmeninius fotoaparatus ir GPS technologijas.

Kai einate dar toliau ir išstumiate rankinius laikrodžius ir sieninius laikrodžius, viskas pradeda skubėti beveik paniškai. Šiandien sunku patikėti, kad iki 1800-ųjų pradžios saulės laikrodis tūkstančius metų buvo pagrindinis žmonijos laiko praleidimo būdas!

Vis dėlto ši medžiaga yra pasirengimas tikram klausimui: O jei negalėtum pasakyti laiko? Iš viso? Kaip, kaip būtų, kas būtų, jei gyvenime trūktų jokio konteksto, leidžiančio įtvirtinti visą „kada“ sąvoką, panašią į betarpišką prasmę? (Šiuolaikinis žemietis yra netinkamai pasirengęs net susidurti su šiuo klausimu; tikriausiai neįmanoma apsivalyti nuo visos sekundžių, minučių ir valandų sampratos ir nuspėjamumo, kurį siūlo visa struktūruoto laiko schema.)

Tam tikru žmogaus pažinimo evoliucijos momentu jūsų protėviai išsiugdė gebėjimą susieti įprastinius ar bent jau reguliarius astronominius reiškinius su fiksuotų dalykų praeina kiek laiko, kad ir kaip jie suvoktų šį kiekį (kuris net ir šiandien išvengia tinkamo aprašymo, net jei yra būdas jį apskaityti matematikos ir fizika).

Pavyzdžiai yra saulės, žvaigždžių ir mėnulio kylanti ir besileidžianti diena, mėnulio fazės ir tai, kaip dangus tiksliai persikelia ir nuspėjama transformacija kiekvieną kartą, kai Žemė užbaigia dar vieną apsisukimą aplink savo sukimosi ašį („dieną“) arba pasislenka aplink saulę ( „metai“).

Tam tikru žmogaus ar priešžmogiškosios evoliucijos etapu sukūrus sudėtingus įrankius, jūsų protėviai galėjo pagreitinti jų veiksmingą atsiskyrimą nuo kitų beždžionių. Hominidinės smegenys tapo pakankamai sudėtingos, kad įvertintų fizinių neišvengiamybių jų aplinkoje ir jiems reikalingos biologinės realijos laikinį santykį. pavyzdžiui, tai, kad lengviau miegoti „naktį“ (ty tamsoje), bet ir tai, kad tam tikri pavojingi plėšrūnai eina į akį, kai tamsu.

Kas yra saulės laikrodis? Formaliai taip yra chronometras (t. y. laikrodis), kuris vietiniam laikui parodyti naudoja šešėlį, kurį sukelia saulės spinduliai, krentantys ant vertikalaus strypo. Dėl priežasčių, kurias netrukus pamatysite, strypas, vadinamas a gnomonas, turi būti išdėstyti lygiagrečiai Žemės sukimosi ašiai ir nukreipti dangaus padėties link, kuri atitinka tiesiai į šiaurę arba dangaus šiaurės ašigalis (CNP).

Todėl bet kurioje nurodytoje geografinėje platumoje strypas turi būti pakreiptas horizonto (tai yra horizontalaus) kampu, kuris yra identiškas tos platumos dydžiui.

Pavyzdžiui, kažkas, statantis saulės laikrodį 40 ° platumos Boulderyje, Kolorado valstijoje, JAV, siektų, kad gnomonas 40 laipsnių aukštyje virš šiaurinio horizonto vidurio, šiek tiek pusiaukelėje iki tiesiai virš galvos esančio taško ( zenitas). Kaip žinote, kadangi apskritime yra 360 laipsnių, puslankis, kaip dangus, apima 180 laipsnių; tai reiškia, kad kampinis atstumas nuo bet kurio horizonto iki zenito yra pusė šio arba 90 laipsnių.

• Pastaba: Šiame straipsnyje pateiktos nuorodos yra skirtos Šiaurės pusrutulio skaitytojams. Kiti turėtų pakreipti šiaurės – pietų kryptis, kai susiklosto tam reikalingos situacijos.

Norint tinkamai elgtis su pagrindiniais saulės laikrodžio faktais, reikia įsiminti kelių nejudančių dalių pavadinimus, tačiau tikimasi, kad prie šio mąstymo priartėsite kaip astronomas ir įgysite vertinkite ne tik už nuostabų aukštos kokybės saulės laikrodžio meistriškumą, bet ir už mokslą, leidusį šios klasės prietaisams tūkstančius metų atlikti savo vienintelį nesibaigiantį darbą žmonijos istorija.

Skaitydami šį straipsnį būsite susidūrę su visais įdomiais naujais terminais ir net būsite pasirengę sukurti savo saulės laikrodį - nesvarbu, ar jis kuklus, ar išsamus. Tačiau svarbiausia, kad pabandytumėte sutelkti savo mąstymą, yra santykiai tarp ekliptika, dangaus pusiaujas, ir dangaus poliai.

Matote, sužinoję apie saulės laikrodžius, jūs iš tikrųjų nemokote, kaip padaryti nuostabų, nors ir patrauklų įrankį, kuris nebereikalingas dėl kolosalių ir nuolatinių žmogaus technologijų šuolių. Jūs labai daug atsižvelgiate į patį astronomijos pagrindą - kaip objektai yra išdėstyti ir paženklinti bei kaip dangiškieji ciklai, kuriuos matote ir suprantate kaip savaime suprantamus, buvo integruoti net į ankstyviausius saulės laikrodžius nuo 1500 m taip.

Originalūs saulės laikrodžio kūrėjai pripažino paprastos geometrijos ir elgesio, arba konkrečiai, santykį akivaizdus dangaus daiktų elgesys. Skirtumas yra svarbus, nes saulės laikrodžio tikslais Žemė traktuojama kaip fiksuota, o kiti dalykai yra „kylantys“ ir „nusistovėję“ bei „dangaus kirtimas“ - apibūdinimai, kurie turi prasmę tik nuo Žemės stebėtojo atskaitos taško ir paaiškina, kodėl senovės žmonės padarė suprantama, galvok, kad viskas kosmose tiesiogine prasme sukasi aplink Žemę.

Lengviausias būdas įsivaizduoti sistemą, naudojamą dangaus objektams atvaizduoti, yra paimti tą, kuri naudojama čia, Žemėje (platuma ir ilguma) ir vaizduokite įsivaizduojamas linijas, projektuojamas ant įsivaizduojamos sferos (iš tikrųjų pusrutulio, nes matote tik pusę jo) dangus. Tai kerta plokštuma, nupiešta per Žemės vidurį per pusiaują dangaus sfera ratu, kuris pateikiamas kaip linija, vadinama dangaus pusiaujas.

Tuo tarpu danguje dar viena žiedinė linija suformuota tęsiantis Žemės revoliucijos plokštumai aplink saulę. Ši įsivaizduojama linija vadinama ekliptika, ir vaizduoja akivaizdų 360 laipsnių saulės kelią per metus tolimų foninių žvaigždžių atžvilgiu. Šios žvaigždės pasirodys nejudantis, palyginti su saule ir planetomis, nes vienu būdu mes matuojame pastarųjų judėjimą, tai pirmasis yra „fiksuotas“ atskaitos rėmas.

• Kelionės automobiliu metu, atrodo, tokie debesys ir tolimi kalnai, kaip jūs, juda kartu su jumis greitai padėkite horizontalų atstumą tarp savęs ir medžių, karvių ir kitų objektų, kurie yra arčiau važiuojamoji dalis. Tai tiesa, nors tie kalnai, kaip ir tolimos žvaigždės, iš tikrųjų keičiasi jūsų pačių atžvilgiu; jie tiesiog daro tiek daug, daug lėčiau.

Kadangi Žemės sukimosi ašis nuo jos apsisukimo plokštumos aplink saulę yra pasvirusi 23,4 °, ekliptika ir dangaus pusiaujas atsveria (pakreipia) šią sumą. Bet jie susitinka dviejuose taškuose, pavyzdžiui, susikertantys tokio paties dydžio hula žiedai. Šiomis dviem dienomis saulė seka dangaus pusiaują visoje Žemėje pavasario lygiadienis (perėjimas iš žiemos į pavasarį Šiaurės pusrutulyje) ir perėjimas iš vasaros į rudenį (rudens lygiadienis).

• Kasdienis Žemės sukimasis ir tai, kad saulei būnant nesimato žvaigždžių, atvykėliui apsunkina ekliptikos vizualizaciją. Skaitydami apie saulės laikrodžius būtinai dažnai peržiūrėkite diagramas!

Žemėje platumos linijos yra lygiagrečios viena kitai nuo pusiaujo iki abiejų ašigalių. Dangaus linijos, atitinkančios platumos linijas, vadinamos linijomis deklinacijair nustatykite šiaurės – pietų matmenų vietą.

Kita vertus, ilgumos linijos Žemėje dar vadinamos dienovidiniais. Galima įsivaizduoti, kad jie spinduliuoja į išorę iš dviejų dangaus polių suformuotų taškų ir vėl susitinka priešingame poliuje, nors nė vienas Žemės žiūrovas nemato abiejų polių vienu metu. Linija, einanti iš tiesiai į šiaurę horizonte per zenitą ir link tiesiai į pietus priešingame horizonte, yra vadinama „dienovidiniu dangaus prasme.

• Kadangi dienovidinis atskiria dangaus sferą į rytinę ir vakarinę puses, jis vaidina svarbų vaidmenį projektuojant saulės laikrodį ir jo padėtį.

Nustatant dangaus objekto dangaus rytų-vakarų padėtį, ši koordinatės dalis yra žinoma kaip teisingas pakilimas.

Jūs tikrai pastebėjote, kad kai saulė yra arti horizonto (ankstyvas rytas ar vėlyva popietė), šešėliai yra ilgesni nei tada, kai saulė yra tiesiau virš jūsų. Vis dėlto saulė visą laiką kerta dangų tuo pačiu greičiu, net jei šešėliai keičiasi dydžiu ir forma skirtingu greičiu.

Ši geometrijos užgaida įkvėpė pirmuosius saulės laikrodžius, nes jų išradėjai suprato, kad „laiką“ galima patikimai padalyti ne tik į dienas, bet ir į dienos dalis. Geriau suplanuoti gyvenimo veiklą pagal tokią sistemą yra akivaizdu.

Manoma, kad ankstyviausi saulės laikrodžiai datuojami Egipte, apie 1500 m. Kai kurie iš jų buvo kišenės dydžio ir galėjo būti nešiojami, nes gnomonas (Graikiškai „pole“) vietoj meškerės iš tikrųjų gali būti skylė. Jie tapo naudingi laiko matavimui net iki minutės, kol mechaniniai laikrodžiai tapo įprasti ir patikimi, ir buvo naudojami dar 1800-aisiais tikrinant „tikrų“ laikrodžių tikslumą.

The gnomonas jau buvo minėta. Jis turi turėti dvi savybes: jis turi būti nukreiptas į dangaus polių ir turi būti pasviręs horizonto kampu, lygiai lygiu stebėtojo platumai. Jis dažnai gaminamas peleko formos.

The rinkimo plokštė yra paviršius, ant kurio projektuojamas saulės šešėlis. Jis gali būti cilindro formos arba plokščias ir pažymėtas bet kokiomis dalimis, kurias pasirenka gamintojas, jei jie sutampa su tiksliu laiku.

Valandos eilutės yra randami dėl savaime suprantamų priežasčių praktiškai visuose saulės laikrodžiuose ir pažymi tikslius (nors savavališkai pasirinktus, tam tikra prasme) laiko taškus.

The nodus yra išpjova gnomone, leidžianti nustatyti tikslią, aštrią padėtį palei šešėlio liniją, kuri kitu atveju gali būti neryški.

Saulės laikrodžius galima suskirstyti į du pagrindinius tipus: aukščio ciferblatai ir kryptiniai ciferblatai.

An aukščio ciferblatas leidžia nustatyti laiką naudojant saulės atstumą virš horizonto. Visais atvejais jie turi būti orientuoti į kompaso kryptį, o kitais atvejais pati saulė yra atskaitos taškas. Pasirinktos rūšys yra plokštuminiai, cilindriniai, grandininiai ir žiediniai.

A kryptinis rinkimas remiasi azimutu (kompaso kryptimi) ir saulės kampu, kai jis vidurdienį artėja prie dienovidinio. Pogrupiai apima horizontalius, polinius vertikalius, azimutinius ir pusiau vidurio ciferblatus.

Visais atvejais galite įsivaizduoti, kaip saulė kyla ir meta platų šešėlį iš vienos pusės, kuris palaipsniui siaurėja iki a linija artėjant vidurdieniui ir po to pakartoja „filmą“ atvirkščiai kitoje rinkimo plokštės pusėje iki saulėlydžio atsiranda.

Pasiūlymus, kaip pasidaryti savo saulės laikrodį, lengva rasti, o pasiūlymas, kurį naudodami pradėsite, yra įtrauktas į šaltinius. Atminkite, kad svarbiausia ne tiksli medžiaga ar tai, kaip puošniai atrodo kūrinys; tai, kad jūs suprantate fiziką ir galite ją paaiškinti kiekvienam, kuris turi protą paklausti apie jūsų sunkų darbą.

O ir paskutinis patarimas: Nesirinkite lietingos dienos savo demonstracijai - tai leis mankštą „labiau apšviesti“ visiems susirinkusiems!