Kako deluje sončna ura?

Poskusite si predstavljati svet brez interneta. To je vsaj a malo neprijetno, kajne? Zdaj iz enačbe odstranite kakršne koli mobilne naprave, skupaj z digitalnimi fotoaparati in tehnologijo GPS.

Ko greš še dlje in iz mešanice izvržeš zapestne ure in stenske ure, se stvari začnejo mučiti skoraj panično. Danes je težko verjeti, da je do zgodnjih 1800 sončna ura je bil človeštvo glavni način ohranjanja časa že tisočletja!

Te stvari pa so vse pripravljene za pravo vprašanje: Kaj pa, če ne bi mogli vedeti časa? Nasploh? Tako kot v tem, kaj če bi v življenju manjkalo kakršnega koli konteksta, v katerem bi lahko zataknili celoten pojem "kdaj" v čem, kar spominja na neposredni pomen? (Sodobni Zemljan je slabo pripravljen, da se sploh sooči s tem vprašanjem; verjetno si ne morete očistiti celotnega koncepta sekund, minut in ur ter predvidljivosti, ki jo ponuja celotna shema strukturiranega časa.)

Na neki točki človeškega kognitivnega razvoja so vaši predniki razvili sposobnost povezovanja rutinskih ali vsaj običajnih astronomskih pojavov s prehodom fiksnih količine "časa", ne glede na to, in kakor koli so si zamislili to količino (ki se še danes izmika ustreznemu opisu, četudi obstaja način, da se to upošteva v fizika).

Primeri so vsak dan vzhod in zahod sonca, zvezd in lune, lunine faze in način, kako nebo kroži skozi natančno in predvidljivo preobrazbo vsakič, ko Zemlja zaključi še en spin okoli svoje osi vrtenja ("dan") ali potovanje okoli sonca ( "leto").

Na določeni stopnji človeškega ali predčloveškega razvoja so vaši predniki omogočili pospeševanje njihove učinkovite ločitve od drugih opic. Hominidni možgani so postali dovolj izpopolnjeni, da so razumeli časovno razmerje med fizično neizogibnostjo v okolju in biološko resničnostjo, ki so jo potrebovali na primer dejstvo, da je lažje spati "ponoči" (torej v temi), pa tudi dejstvo, da nekateri nevarni plenilci gredo v divjino, ko je temno.

Kaj je sončna ura? Formalno je kronometer (tj. časovnik), ki za prikaz lokalnega časa uporablja senco, ki jo povzroči sončna svetloba, ki pada na navpično palico. Iz razlogov, ki jih boste kmalu videli, se palica, imenovana a gnomon, mora biti postavljena vzporedno z osjo vrtenja Zemlje in usmerjena proti položaju na nebu, ki ustreza severu ali severni pol (CNP).

Zato je treba pri kateri koli geografski širini palico nagniti pod kotom proti obzorju (to je vodoravnica), ki je enak velikosti te zemljepisne širine.

Na primer, nekdo, ki gradi sončno uro na zemljepisni širini 40 ° v Boulderju v Koloradu v Združenih državah, bi ciljal na gnomon 40 stopinj nad sredino severnega obzorja, malo pod polovico do točke neposredno nad glavo ( zenit). Kot morda že veste, ker je v krogu 360 stopinj, polkrog, kot je nebo, pokriva 180 stopinj; to pomeni, da je kotna razdalja od katerega koli obzorja do zenita polovica te ali 90 stopinj.

• Opomba: Navodila v tem članku so namenjena bralcem na severni polobli. Drugi bi morali obrniti smer sever-jug, ko bi se pojavile situacije, ki to zahtevajo.

Če se pravilno ravnate z osnovnimi dejstvi o sončni uri, si morate zapomniti imena nekaj premikajočih se delov, vendar upamo, da se boste tega razmišljanja lotili kot astronom in pridobili cenimo ne samo neverjetno kakovostno izdelavo sončne ure, temveč tudi znanost, ki tej vrsti naprav omogoča tisočletno izvajanje enega samega neskončnega dela človeška zgodovina.

Med prebiranjem tega članka boste izpostavljeni najrazličnejšim zanimivim novim izrazom, do konca pa boste celo pripravljeni na izdelavo lastne sončne ure - naj bo ta skromna ali dovršena. Toda za vas je najpomembnejše, da poskušate svoje razmišljanje osredotočiti na odnose med ekliptike, nebesni ekvator, in nebesnih polov.

Veste, ko se učite o sončnih urah, se v resnici ne naučite, kako narediti čudno, čeravno fascinantno orodje, ki zaradi ogromnih in stalnih skokov v človeški tehnologiji ni več potrebno. Veliko se nagibate k samemu okviru astronomije - kako so predmeti locirani in označeni ter kako nebeški cikli, ki jih vidite in jemljete kot nekaj samoumevnega, so bili vključeni v celo najzgodnejše sončne ure od leta 1500 pred našim štetjem oz torej.

Prvotni ustvarjalci sončne ure so prepoznali razmerje med preprosto geometrijo in vedenjem ali natančneje očitno vedenja predmetov na nebu. Razlikovanje je pomembno, ker se za sončne ure Zemlja obravnava kot fiksna, druge stvari pa se "dvigajo" in "nastavljajo" in "prečkanje neba" - opisi, ki so smiselni le z referenčne točke opazovalca Zemlje in ki pojasnjujejo, zakaj so stari naredil razumljivo mislim, da se vse v kozmosu dobesedno vrti okoli Zemlje.

Najlažji način, kako si predstavljamo sistem, ki se uporablja za preslikavo objektov na nebu, je sistem, ki se uporablja tukaj na Zemlji (zemljepisna širina in dolžina) in predstavljajte si namišljene črte, ki projicirajo na namišljeno kroglo (pravzaprav poloblo, saj jo lahko vidite le polovico) v nebo. Ravnina, ki jo skozi njen ekvator vleče skozi sredino Zemlje, to seka nebesna krogla v krogu, ki je predstavljen kot črta, imenovana nebesni ekvator.

Medtem se druga krožna črta na nebu tvori z razširitvijo ravnine Zemljine revolucije okoli sonca. Ta namišljena črta se imenuje ekliptikein predstavlja navidezno 360-stopinjsko pot sonca skozi vsako leto glede na oddaljene ozadne zvezde. Te zvezde se pojavijo nepomičen v primerjavi s soncem in planeti, saj na en način merimo gibanje slednjih, če prve obravnavamo kot "fiksni" referenčni okvir.

• Med potovanjem z avtomobilom se zdi, da se oddaljene stvari, kot so oblaki in oddaljene gore, premikajo z vami, tudi kot vi hitro postavite vodoravno razdaljo med seboj in drevesi, kravami in drugimi predmeti, ki so daleč bližje cestišče. To drži, čeprav se te gore, kot oddaljene zvezde, dejansko spreminjajo glede na vaš položaj; oni delajo toliko, veliko počasneje.

Ker je Zemljina os vrtenja nagnjena za 23,4 ° glede na njeno rotacijsko ravnino okoli Sonca, se ekliptika in nebesni ekvator za to količino oddalji (nagne). Toda srečata se na dveh točkah, kot sekajoči se hula obroči enake velikosti. Sonce je v teh dveh dneh povsod po Zemlji sledilo nebesnemu ekvatorju pomladansko enakonočje (prehod iz zime v pomlad na severni polobli) in prehod iz poletja v jesen (jesensko enakonočje).

• Vsakodnevno vrtenje Zemlje in dejstvo, da pri soncu ni vidnih zvezd, otežujejo vizualizacijo ekliptike prišleku. Medtem ko berete o sončnih urah, si pogosto oglejte diagrame!

Na Zemlji so zemljepisne širine vzporedne med seboj vse od ekvatorja do obeh polov. Črte na nebu, ki ustrezajo zemljepisnim širinam, se imenujejo črte sklanjanjein določite dimenzijsko lokacijo sever-jug.

Dolžinske črte pa na Zemlji imenujejo tudi poldnevniki. Lahko si jih predstavljamo, da sevajo navzven iz dveh točk, ki jih tvorita nebesna pola, in se spet srečajo na nasprotnem polu, čeprav noben gledalec Zemlje ne more videti obeh polov hkrati. Črta, ki poteka od neposredno proti severu na obzorju skozi zenit in proti proti jugu na nasprotnem obzorju, je znana kot "" poldnevnik v nebesnem žargonu.

• Ker poldnevnik ločuje nebesno kroglo na vzhodno in zahodno polovico, ima ključno vlogo pri oblikovanju in pozicioniranju sončnih ur.

Ko identificiramo položaj vzhod-zahod na nebu nebesnega predmeta, je ta del koordinate znan kot desni vzpon.

Zagotovo ste opazili, da so sonce, ko je blizu obzorja (zgodaj zjutraj ali pozno popoldne) daljše kot takrat, ko je sonce bolj neposredno nad vami. Vendar sonce ves čas prečka nebo z enako hitrostjo, tudi če se sence spreminjajo v velikosti in obliki z različno hitrostjo.

Ta muha geometrije je navdihnila prve sončne ure, saj so njihovi izumitelji spoznali, da je "čas" mogoče zanesljivo razdeliti ne samo na dneve, temveč na dele dneva. Izboljšana enostavnost načrtovanja življenjskih dejavnosti v takem sistemu je očitna.

Verjamejo, da najzgodnejše sončne ure izvirajo iz Egipta, približno leta 1500 pred našim štetjem. Nekatere od teh so bile dejansko žepne in bi jih lahko nosili naokoli, ker gnomon (V grščini "drog") bi lahko bila namesto palice luknja. Postali so koristni za merjenje časa celo do minute, ko so mehanske ure postale običajne in zanesljive, in so bile uporabljene že v 19. stoletju za preverjanje natančnosti "pravih" ur.

The gnomon je že bilo omenjeno. Imeti mora dve značilnosti: usmerjen mora biti proti nebesnemu polu in mora biti nagnjen pod kotom do obzorja, ki je popolnoma enak širini opazovalca. Pogosto je izdelan v obliki plavuti.

The številčnica je površina, na katero je projicirana sončna senca. Lahko je cilindričen ali raven in označen na katere koli predele, ki jih izbere njegov proizvajalec, če se le-te poravnajo s točno določenim časom.

Časovne vrstice najdemo iz samoumevnih razlogov na skoraj vseh sončnih urah in pravočasno označimo (čeprav v nekem smislu poljubno izbrane) točke.

The vozlišče je zareza v gnomonu, ki omogoča določitev natančnega, ostrega položaja vzdolž črte sence, ki bi sicer lahko bil nejasen.

Sončne ure lahko razdelimo na dve osnovni vrsti, višinske številčnice in smerne številčnice.

An višinska številčnica omogoča določanje časa z uporabo sončne razdalje nad obzorjem. V vseh primerih morajo biti ti usmerjeni v smer kompasa, v drugih pa je referenčno mesto samo sonce. Izbrane vrste vključujejo ravninske številčnice, številčnice cilindrov, številčnice Scaphe in obročne številčnice.

A smerni gumb se opira na azimut (smer kompasa) in na kot sonca, ko se opoldne približuje poldnevniku. Podtipi vključujejo vodoravne, polarne navpične, azimutne in enakonočne številčnice.

V vseh primerih si lahko predstavljate, da sonce vzhaja in meče široko senco z ene strani, ki se postopoma zoži na črta, ko se je približal opoldan, in nato na drugi strani številčnice do sončnega zahoda ponavlja "film" v obratni smeri pojavi.

Predloge za izdelavo lastne sončne ure je enostavno najti, eden za začetek pa je vključen v vire. Ne pozabite, da niso najpomembnejši natančni materiali ali kako okrašena stvaritev izgleda; to je, da razumete fiziko in jo lahko razložite vsakomur, ki vas ima smisel, da vas vpraša o vašem trdem delu.

Oh, in še zadnji nasvet: Ne izberite deževnega dne za demonstracijo - tako bo vaja postala veliko bolj "razsvetljujoča" za vse prisotne!