Kā darbojas saules pulkstenis?

Mēģiniet iedomāties pasauli bez interneta. Tas ir vismaz a maz neērti, vai ne? Tagad no vienādojuma noņemiet jebkura veida mobilās ierīces, kā arī digitālās kameras un GPS tehnoloģiju.

Kad dodaties vēl tālāk un izstumjat rokas pulksteņus un sienas pulksteņus, viss steidzoties sāk justies gandrīz panisks. Šodien ir grūti noticēt, ka līdz 1800. gadu sākumam saules pulkstenis gadu tūkstoši bija bijis galvenais cilvēces laika pavadīšanas veids!

Šī informācija tomēr ir sagatavošanās reālajam jautājumam: Ko darīt, ja jūs nevarētu pateikt laiku? Pavisam? Kā tad, ja dzīvei trūkst jebkāda konteksta, lai nostiprinātu visu jēdzienu "kad" kaut kas līdzīgs tiešajai jēgai? (Mūsdienu zemietis nav pietiekami sagatavots, lai pat stātos pretī šim jautājumam; iespējams, ka jūs nevarat iztīrīt visu sekundes, minūtes un stundas, kā arī paredzamo, ko piedāvā visa strukturētā laika shēma.)

Kādā cilvēka kognitīvās evolūcijas brīdī jūsu senči attīstīja spēju saistīt rutīnas vai vismaz regulāras astronomiskas parādības ar fiksētu daudz laika, neatkarīgi no tā, cik daudz viņi ir iecerējuši par šo daudzumu (kas pat šodien izslēdz pareizu aprakstu, pat ja ir veids, kā to ņemt vērā matemātikā un fizika).

Piemēri ir saules, zvaigžņu un mēness pieaugums un rietums katru dienu, mēness fāzes un veids, kā debesis rit precīzi un paredzama transformācija katru reizi, kad Zeme pabeidz vēl vienu griešanos ap savu rotācijas asi ("dienu") vai apceļo sauli (a "gads").

Cilvēka vai pirmscilvēces evolūcijas noteiktā posmā izstrādātu rīku izveide ļāva jūsu senčiem paātrināt viņu efektīvu atdalīšanu no citiem pērtiķiem. Hominīdu smadzenes kļuva pietiekami izsmalcinātas, lai novērtētu laika attiecības starp fiziskām nenovēršamībām viņu vidē un tām nepieciešamo bioloģisko realitāti piemēram, fakts, ka ir vieglāk gulēt "naktī" (tas ir, tumsā), bet arī tas, ka daži bīstami plēsēji dodas uz priekšu, kad tas ir tumšs.

Kas ir saules pulkstenis? Formāli tā ir hronometrs (t.i., pulkstenis), kas izmanto ēnu, ko rada saules gaisma, nokrītot uz vertikāla stieņa, lai parādītu vietējo laiku. Drīzumā redzamu iemeslu dēļ stienis, ko sauc par a gnomon, jānovieto paralēli Zemes rotācijas asij un jānorāda uz pozīciju debesīs, kas atbilst tieši uz ziemeļiem vai debesu ziemeļu pols (CNP).

Tāpēc jebkurā noteiktā ģeogrāfiskajā platumā stienim jābūt noliektam leņķī pret horizontu (tas ir, horizontāli), kas ir identisks šīs platuma lielumam.

Piemēram, kāds, kurš būvē saules pulksteni 40 ° platumā Boulderā, Kolorādo štatā, Amerikas Savienotajās Valstīs, gnomons 40 grādus virs ziemeļu horizonta vidus, tieši pusceļā līdz punktam, kas atrodas tieši virs galvas ( zenīts). Kā jūs zināt, tā kā aplī ir 360 grādi, tāds pusloks kā debesis aptver 180 grādus; tas nozīmē, ka leņķiskais attālums no jebkura horizonta līdz zenītam ir puse no tā jeb 90 grādi.

• Piezīme: Šajā rakstā sniegtie norādījumi ir paredzēti lasītājiem ziemeļu puslodē. Citiem vajadzētu mainīt virzienus uz ziemeļiem uz dienvidiem, kad rodas situācijas, kas to prasa.

Lai pareizi pārvaldītu pamata saules faktus, ir jāiegaumē dažu nekustīgu daļu nosaukumi, taču ir cerība, ka jūs šai domāšanai pievērsīsities kā astronoms un iegūsiet novērtējiet ne tikai par augstas kvalitātes saules pulksteņa apbrīnojamo meistarību, bet arī par zinātni, kas ļāva šai ierīču klasei veikt savu vienīgo, bezgalīgo darbu tūkstošiem gadu cilvēces vēsture.

Lasot šo rakstu, jūs saskarsies ar visdažādākajiem interesantajiem jaunajiem terminiem, un jūs pat būsiet gatavs izveidot savu saules pulksteni - vai tas būtu pazemīgs, vai sarežģīts - līdz brīdim, kad esat pārcietis. Bet vissvarīgākais, lai jūs šeit mēģinātu koncentrēt savu domāšanu, ir attiecības starp ekliptika, debess ekvatorsun debess stabi.

Redzat, ka, uzzinot par saules pulksteņiem, jūs īsti nemācāties izveidot savdabīgu, ja pat aizraujošu instrumentu, kas vairs nav vajadzīgs, pateicoties kolosāliem un notiekošiem cilvēku tehnoloģiju lēcieniem. Jūs ļoti daudz balstāties uz pašu astronomijas ietvaru - kā objekti atrodas un kā tos uzlīmē debesu cikli, kurus jūs redzat un uzskatāt par pašsaprotamiem, tika integrēti pat agrākajos saules pulksteņos no 1500. gada pirms mūsu ēras tātad.

Sākotnējie saules pulksteņa radītāji atzina saikni starp vienkāršu ģeometriju un izturēšanos, vai tieši pret to acīmredzams objektu uzvedība debesīs. Atšķirība ir svarīga, jo saules pulksteņa vajadzībām Zeme tiek uzskatīta par fiksētu, ar citām lietām "paceļas" un "nosēžas" un "šķērsot debesis" - apraksti, kuriem ir jēga tikai no Zemes novērotāja atskaites punkta un kuri izskaidro, kāpēc senie cilvēki darīja saprotams, domājiet, ka viss kosmosā burtiski griežas ap Zemi.

Vieglākais veids, kā iedomāties sistēmu, ko izmanto, lai kartētu objektus debesīs, ir ņemt šeit izmantoto uz Zemes (platums un garums) un attēlojiet iedomātās līnijas, kas tiek projicētas uz iedomātu sfēru (faktiski puslodes, jo jūs varat redzēt tikai pusi no tās) debesis. Cauri Zemes vidienei caur ekvatoru novilkta plakne to šķērso debesu sfēra aplī, kas attēlots kā līnija, ko sauc par debess ekvators.

Tikmēr citu apļveida līniju debesīs veido Zemes apgriezienu plaknes pagarinājums ap sauli. Šo iedomāto līniju sauc par ekliptika, un tas atspoguļo redzamo Saules 360 grādu ceļu caur katru gadu attiecībā uz tālajām fona zvaigznēm. Šīs zvaigznes parādās nekustīgi, salīdzinot ar sauli un planētām, jo ​​viens no veidiem, kā mēs mēra pēdējo kustību, uzskata pirmo par "fiksētu" atskaites rāmi.

• Brauciena ar automašīnu laikā tādi sīkumi kā mākoņi un tālu kalni, šķiet, pārvietojas ar jums, pat kā jūs ātri novietojiet horizontālu attālumu starp sevi un kokiem, govīm un citiem objektiem, kas ir daudz tuvāk brauktuve. Tas ir taisnība, kaut arī šie kalni, tāpat kā tālas zvaigznes, faktiski mainās attiecībā pret jūsu pašu stāvokli; viņi vienkārši dara tik daudz, daudz lēnāk.

Tā kā Zemes rotācijas ass ir sasvērta par 23,4 ° no tās apgriezienu plaknes ap sauli, ekliptika un debess ekvators tiek kompensētas (noliektas) ar šo daudzumu. Bet viņi satiekas divos punktos, piemēram, krustojošos tāda paša izmēra hula stīpas. Saule šajās divās dienās seko debesu ekvatoram visur uz Zemes, uz Zemes pavasara ekvinokcija (pāreja no ziemas uz pavasari ziemeļu puslodē) un pāreja no vasaras uz rudeni (rudens ekvinokcija).

• Ikdienas Zemes rotācija un tas, ka, redzot sauli, nav redzamas zvaigznes, jaunpienācējam apgrūtina ekliptikas vizualizāciju. Lasot par saules pulksteņiem, noteikti bieži izlasiet diagrammas!

Uz Zemes platuma līnijas ir paralēlas viena otrai visu ceļu no ekvatora līdz abiem poliem. Debesīs esošās līnijas, kas atbilst platuma līnijām, sauc par deklinācija, un noteikt ziemeļu-dienvidu dimensiju atrašanās vietu.

Savukārt garuma līnijas uz Zemes sauc arī par meridiāniem. Tos var iedomāties, ka tie izstaro uz āru no diviem debess stabu veidotajiem punktiem un atkal satiekas pretējā polā, lai gan neviens Zemes skatītājs nevar redzēt abus stabus uzreiz. Līnija, kas iet no horizonta tieši uz ziemeļiem caur zenītu un virzienā uz dienvidiem pretējā horizonta pusē, ir zināma kā "meridiāns debesu valodā.

• Tā kā meridiāns atdala debesu sfēru austrumu un rietumu pusēs, tam ir izšķiroša loma saules pulksteņa projektēšanā un izvietošanā.

Nosakot debess objekta debesīs austrumu-rietumu stāvokli, šo koordinātu daļu sauc par pareizā pacelšanās.

Jūs noteikti pamanījāt, ka tad, kad saule ir tuvu horizonta malai (agri no rīta vai vēlu pēcpusdienā), ēnas ir garākas nekā tās, kad saule atrodas tieši virs jums. Tomēr saule visu laiku šķērso debesis ar tādu pašu ātrumu, pat ja ēnas mainās lielumā un formā ar dažādu ātrumu.

Šī ģeometrijas kaprīze iedvesmoja pirmos saules pulksteņus, jo to izgudrotāji saprata, ka "laiku" var droši sadalīt ne tikai dienās, bet arī dienas daļās. Uzlabota dzīves aktivitāšu plānošanas vienkāršība šādā sistēmā ir acīmredzama.

Tiek uzskatīts, ka agrākie saules pulksteņi datēti ar Ēģipti, aptuveni 1500. gadā pirms mūsu ēras. Daži no tiem faktiski bija kabatas formātā un tos varēja nēsāt apkārt, jo gnomon (Grieķu valodā "pole") faktiski varētu būt caurums, nevis stienis. Līdz brīdim, kad mehāniskie pulksteņi bija kļuvuši ikdienišķi un uzticami, tie bija kļuvuši noderīgi laika kontrolei pat līdz minūtēm, un tos jau 1800. gados izmantoja, lai pārbaudītu "īsto" pulksteņu precizitāti.

The gnomon jau tika minēts. Tam jābūt diviem raksturlielumiem: tam jābūt vērstam uz debesu polu un tam jābūt slīpam leņķī pret horizontu, kas ir tieši vienāds ar novērotāja platumu. To bieži izgatavo spuras formā.

The zvanīšanas plāksne ir virsma, uz kuras tiek projicēta saules ēna. Tā var būt cilindriska vai plakana, un tā ir iezīmēta jebkurā sadalījumā, ko izvēlas tās izgatavotājs, ja vien tās sakrīt ar precīzu laiku.

Stundu rindas ir atrodami pašsaprotamu iemeslu dēļ praktiski visos saules pulksteņos un atzīmē precīzus (kaut arī patvaļīgi izvēlētus, kaut kādā ziņā) laika punktus.

The nodus ir iegriezums gnomonā, kas ļauj noteikt precīzu, asu stāvokli pa ēnas līniju, kas citādi varētu būt neskaidra.

Saules pulksteņus var iedalīt divos galvenajos veidos: augstuma skalas un virziena ciparnīcas.

An augstuma skala ļauj noteikt laiku, izmantojot saules attālumu virs horizonta. Visos gadījumos tiem jābūt orientētiem uz kompasa virzienu, savukārt citos gadījumos saule pati ir atskaites punkts. Izvēlētie veidi ietver plaknes ciparnīcas, cilindru ciparnīcas, skrāpju ciparnīcas un zvana ciparnīcas.

A virziena ciparnīca paļaujas uz azimutu (kompasa virzienu) un saules leņķi, kad tas pusdienlaikā tuvojas meridiānam. Apakštipos ietilpst horizontālie, polārie vertikālie, azimutālie un ekvinoktālā ciparnīcas.

Visos gadījumos jūs varat iedomāties, kā saule lec un met no vienas puses plašu ēnu, kas pamazām sašaurinās līdz līnija, tuvojoties pusdienlaikam, un pēc tam līdz saulrietam atkārto "filmu" otrādi ciparnīcas plāksnes otrā pusē notiek.

Ieteikumus sava saules pulksteņa izgatavošanai ir viegli atrast, un viens, lai sāktu darbu, ir iekļauts resursos. Atcerieties, ka vissvarīgākais nav precīzi materiāli vai tas, cik grezni izskatās radījums; tas ir tas, ka jūs saprotat fiziku un varat to izskaidrot ikvienam, kam ir saprāts, lai jautātu jums par jūsu smago darbu.

Ak, un vēl viens pēdējais padoms: neizvēlieties lietainu dienu savai demonstrācijai - tas padarīs vingrinājumu daudz "izgaismojošāku" visiem klātesošajiem!