ORLÍ PERO. Sluneční hodiny

Transkript

1 ORLÍ PERO Sluneční hodiny Vyrob sám pěkné a přesné sluneční hodiny, zdůvodni přesný úhel rafije, prokaž znalosti o pohybu slunce po obloze vysvětli pojmy : ekliptika, nebeský (světový) rovník, kdy slunce vychází a zapadá v různých ročních obdobích a proč, kdy je v nadhlavníku - zenitu Vítězslav Čermák Atana

2 Rafije slunečních hodin Rafie slunečních hodin je ručička přístroje. Její úhel sklonu je dán severní zeměpisnou šířkou, u nás a jižní zeměpisnou šířkou na jižní polokouli. V našich zeměpisných končinách činí úhel ručičky ukazující sluneční čas, mezi 45 až 55 stupni. Pro různé typy slunečních hodin se volí různorodá poloha rafije i její sklon. Ekliptika Ekliptika má tvar kružnice a protíná nebeský rovník ve dvou bodech. Jeden se nazývá jarní a druhý podzimní. Při pohledu ze Země putuje Slunce po ekliptice a prochází přitom během roku různými souhvězdími, která nazýváme zvířetníková souhvězdí. Blízko ekliptiky najdeme i všechny planety sluneční soustavy i Měsíc. Vzhledem k tomu, že pozorovatel na zemi vidí slunce v pohybu, neznamená to, že se tak skutečně děje. Ve skutečnosti se okolo slunce pohybuje země a slunce se zobrazuje na pozadí hvězd a souhvězdí. Nebeský rovník světový rovník Nebeský rovník anebo světový rovník je kružnice na nebeské sféře, která je průmětem zemského rovníku. Jeho sklon vůči rovině ekliptiky je okolo 23,5. Nebeské objekty v blízkosti nebeského rovníku jsou viditelné téměř na celém světě, ale kulminují v zenitu jen v tropických oblastech. Nebeský rovník je též základní rovina pro rovníkové souřadnice prvního i druhého druhu. Při souřadnicích 2. druhu je začátkem souřadnicové soustavy jarní bod - průsečík světového rovníku a ekliptiky. Druhý průsečík světového rovníku a ekliptiky se nazývá podzimní bod a nachází se v souhvězdí Panny. Nebeský rovník prochází všemi následujícími souhvězdími: Souhvězdí Ryb Souhvězdí Velryby Souhvězdí Býka Souhvězdí Eridanu Souhvězdí Orionu Souhvězdí Jednorožce Souhvězdí Malého psa Souhvězdí Hydry Souhvězdí Sextantu Souhvězdí Lva Souhvězdí Panny Souhvězdí Hada Souhvězdí Hadonoše Souhvězdí Orla Souhvězdí Vodnáře

3 Východ a západ slunce Zdánlivý pohyb Slunce po obloze Země obíhá okolo Slunce a zároveň rotuje kolem své osy. Díky rotaci Země směrem od západu k východu se Slunce zdánlivě pohybuje po obloze opačným směrem, tedy od východu na západ. Azimut jeho východu a západu se mění v závislosti na ročním období. V rámci zeměpisné šířky zůstává stejný jen úhel, pod kterým vychází a zapadá. Na 48 severní zeměpisné šířky (jižní části Slovenska) Slunce vychází a zapadá pod úhlem 42. Na rovníků je tento úhel roven 90. Na pólech je úhel východu nulový, nad a pod obzor ho vynáší zdánlivý pohyb Slunce po ekliptice. Tento úhel současně ovlivňuje i délku soumraku, která je největší na pólech a nejmenší na rovníku. Oběh Země okolo Slunce způsobuje zdánlivý pohyb Slunce po ekliptice. Tento pohyb se děje proti směru zemské rotace. Proto je slunečný tzv. synodický den o čtyři minuty delší než hvězdný tzv. siderický. Slunce postupně přechází zdánlivými souhvězdími po noční obloze a znameními zvěrokruhu. Dvakrát za rok přejde Slunce světovým rovníkem a to v době rovnodennosti. Od světového rovníku se nikdy nevzdálí na větší vzdálenost než je sklon rotační osy Země a tedy 23,5. Tím se mění maximální výška Slunce nad jižním bodem horizontu. Na 48. rovnoběžce se jeho výška mění od 18,5 (zimní slunovrat) do 65,5 (letní slunovrat). Oběh Země okolo Slunce se popisuje pomocí ekliptikálních souřadnic. Jelikož Země obíhá kolem Slunce nerovnoměrnou rychlostí, Slunce nekulminuje každý den přesně ve dvanáct, respektive v letním čase v jednu hodinu. Tyto rozdíly mezi pravým slunečním časem a středním slunečným časem vyrovnává časová rovnice. Východ a západ slunce, rovnodennosti. Východ a západ slunce je dán sklonem zemské osy a pohybem země. jarní rovnodennost letní slunovrat podzimní rovnodennost k čemu dochází Slunce je přesně na světovém rovníku, přechází z jižní polokoule na severní. Sluneční záření dopadá kolmo na zemskou osu rotace. Slunce prochází jarním bodem. Slunce dosáhlo obratníku Raka, má maximální deklinaci a bude se vracet zpět k rovníku. Slunce je přesně na světovém rovníku, přechází ze severní polokoule na jižní. Sluneční záření dopadá kolmo na zemskou osu rotace. zimní slunovrat Slunce dosáhlo obratníku Kozoroha, má minimální deklinaci a bude se vracet zpět k rovníku. co můžeme pozorovat Slunce vychází přesně na východě a zapadá přesně na západě. Den je stejně dlouhý jako noc. Slunce vychází na obzoru v nejsevernějším bodě horizontu, na nějž může při svém celoročním putování dorazit. Slunce v poledne stojí nejvýše nad obzorem za celý rok a stíny jsou nejkratší. Slunce vykoná na obloze nejdelší dráhu. Den je nejdelší, noc nejkratší. Slunce vychází přesně na východě a zapadá přesně na západě. Den je stejně dlouhý jako noc. Slunce zapadá na obzoru v nejjižnějším bodě horizontu, na nějž může při svém celoročním putování dorazit. Slunce v poledne stojí nejníže nad obzorem za celý rok a stíny jsou nejdelší. Slunce vykoná na obloze nejkratší dráhu. Den je nejkratší, noc nejdelší.

4 Nadhlavník slunce Zenit (nadhlavník) je v astronomii bod na obloze, který leží přímo nad pozorovatelem. Je to průsečík kolmice na horizontální rovinu pozorovacího místa s nebeskou sférou. Je pólem horizontální souřadnicové soustavy. V případě Slunce a pozorovatele na povrchu země může být Slunce v zenitu jen v tropickém pásu. Naopak, bude-li pozorovatel stát na severním nebo jižním pólu, pak bude směr k jeho zenitu (z jeho pohledu) totožný s rotační osou Země Opak zenitu je nadir.

5 Strana 1. Jak pracují sluneční hodiny. Od dávných dob lidé řídí svůj život podle zdánlivého pohybu Slunce a stínu tvořeného jeho paprsky. My říkáme zdánlivý ačkoliv víme že to je Země, která se otáčí kolem své osy čehož důsledek můžeme každodenně pozorovat na pohybu stínu. Když se Země pootočí o 15, projeví se to pohybem Slunce na jeho denní dráze po obloze rovněž o 15. Ačkoliv je to Země kdo se otáčí, je běžné říkat, že se Slunce pohybuje po obloze. Pro lepší pochopení funkce slunečních hodin si můžeme představit, že máme přesně nad severním pólem umístěnou kameru, která sleduje Zemi pod ní. Při tomto pohledu můžeme pozorovat jak se Slunce posune za jednu hodinu o 15. Kolmý ukazatel, který nám vrhá stín na číselník zde nazýváme gnómon, pro šikmý ukazatel používáme označení polos.

6 Strana 2. Pohled na pól. Čtyři pohledy na Zemi jak ji vidí kamera umístěná přesně nad severním pólem. Na těchto pohledech se Země otáčí zatímco Slunce stojí.

7 Strana 3. Rovníkové sluneční hodiny. Možná je to překvapující že sluneční hodiny, které jsme si představily severním pólu jsou ve skutečnosti označované jako rovníkové. Jejich název je odvozen od roviny rovníku s kterým je jejich rovina číselníku rovnoběžná.

8 Strana 4. Polární jižní sluneční hodiny. Rovníkové hodiny hodiny jsou někdy používané jako výchozí při konstrukci mnoha dalších typů slunečních hodin. To se provádí projekcí jejich číselníku na jakýkoliv vhodný povrch. Polární jižní hodiny níže, nám mohou posloužit jako názorný příklad.

9 Strana 5. Zemská osa. Doba zimního slunovratu na severní polokouli nastává, když se zemská osa odkloní od Slunce. Slunce na severním pólu v době od října do března nevychází - nastává polární noc. Naproti tomu na jižním pólu nikdy nezapadá - polární den. Letní slunovrat na severní polokoulí nastává když se zemská osa přikloní ke Slunci. Slunce na severním pólu v období od dubna do září nikdy nezapadá - polární den, zatímco na jižní polokouli nevychází - polární noc.

10 Strana 6. Sluneční hodiny na pólech a rovníku.

11 Strana 7. Sluneční hodiny v různých zeměpisných šířkách.

12 Strana 8. Vodorovné sluneční hodiny v různých zeměpisných šířkách.

13 Strana 9. Vícenásobný číselník.

14 Strana 10. Stín ukazatele na číselníku.

15

16 Strana 11. Vodorovné sluneční hodiny v různých zeměpisných šířkách.

17 Strana 12. Sluneční čas, korekce o zeměpisnou délku a Greenwichský čas (Anglie). Slunce se pohybuje po obloze rychlostí 1 st za 4 minuty ve směru od východu k západu. Sluneční hodiny rozmístěné na stejném poledníku ukazují všechny stejný čas. (shown on clocks for clarity). Sluneční hodiny na 4 západní zeměpisné délky se opožďují o 16 minut oproti času v Greenwichi a hodiny na 8 západně dokonce o 32 minut pozadu. Příklad: Plymouth je na 4 08 západně od Greenwiche. Sluneční hodiny v Plymouthu ukazují o 16 minut a 32 vteřin méně než v Greenwichi. Z podnětu železnic, které jezdily dlouhé trasy ve směru východ západ, bylo nutno řešit tento časový rozdíl z důvodu zpřesnění jízdních řádů. V roce 1880 byl Parlamentem stanoven nultý poledník, který prochází Greenwichi a Londýnem. Byl tak určen také Greenwich Mean Time (GMT) který byl v celé Británii stejný jaký oznamoval Big Ben.

18 Časová korekce podle zeměpisné délky v minutách pro Českou republiku je na následujícím obrázku. Strana 13. Seznámení s analemou. První přesné mechanické hodiny vyrobil v roce 1656 holandský vědec Christian Huygens. Jeho pozdější modely vykazovaly přesnost až jedné sekundy během několika dní. Když denně seřizoval tyto hodiny podle slunečních, začal si myslet, že jeho hodiny mění svojí přesnost v průběhu roku. Ve skutečnosti to byly mechanické hodiny, které šly přesně a sluneční se odchylovaly. Nyní již víme že se oproti slunečním hodinám rozcházejí protože délka dne, měřená podle Slunce, se v průběhu roku mění. K čemu skutečně dochází můžeme vidět na následující stránce.

19 Strana 14. Analema.

20 Strana 15. Časová rovnice. Strana 16. Graf časové rovnice.

21 Strana 17. Oběžná dráha Země. Pokud by se Země otáčela kolem stabilně skloněné osy a stále ve stejném místě, byly by všechny dny stejně dlouhé. Samozřejmě to není možné, naše Země obíhá kolem Slunce po eliptické dráze ovlivněné jeho gravitací a ještě k tomu se otáčí kolem vlastní osy, která je k rovině oběžné dráhy skloněná. Když se díváme na Slunce, sledujeme ho z pohybující se základny. Navíc tyto pohyby jsou dva. Zaprvé se pohybujeme proměnlivou rychlostí po eliptické oběžné dráze kolem Slunce a zadruhé, pohybujeme se kolem zemské osy. Kombinací těchto dvou pohybů se v průběhu roku mění jak doba průchodu Slunce místním poledníkem, která je vyjádřená časovou rovnicí, tak i výška Slunce nad obzorem, ve které se v pravé poledne nachází.

22 Strana 18. Seznámení s azimutem stěny. Sluneční hodiny na stěně přesně natočené k jihu budou mít polední přímku vedenou svisle a středem číselníku a ostatní hodinové přímky budou k polední přímce symetrické. Rozsah hodin bude od 6 do 18 hodin (od 6 h dopoledne do 6 h odpoledne). Sluneční hodiny na stěně natočené k východu / západu. Ve většině případů bude polední přímka svislá ale ukazatel se bude stáčet tak aby byl stále rovnoběžný se zemskou osou.

23 Strana 19. Stěna natočena k východu / západu.

24 Strana 20. Ukázky slunečních hodin. A - Horizontální sluneční hodiny s grafickým znázorněním časové rovnice. B - Svislý číselník na obecně orientované stěně pro souřadnice 54 20' sev. zem. šířky a 1 26' záp. zem délky. Azimut stěny 14 k východu. C - Univerzální číselník rovníkových hodin. Nastavitelný pro libovolnou severní zeměpisnou šířku. (S letní a zimní stranou) D - Polární hodiny s lomenými "křídly" ukazuje čas od 6 do 18 hodin. Rovinný číselník nemůže ukazovat čas v časných ranních a pozdních odpoledních hodinách.

25 E - Rovníkové sluneční hodiny ve tvaru luku vytvořil sochař Henry Moore. Adler Planetarium, Chicago. F - Analemmatické hodiny. Když si uživatel stoupne na datovou desku ve středu číselníku, do polohy datové značky dle aktuálního data, jeho stín mu ukáže sluneční čas. G - Vícenásobné sluneční hodiny. Dvanáctistěn tvořený rovnostrannými trojúhelníky obsahuje číselníky v dutinách natočených různými směry. H - Přenosné horizontální hodiny.

26 I - Heliochronometer převádí sluneční čas na občanský čas. J - Šikmý a svislý ukazatel na této replice dvojitých horizontálních hodin ukazuje sluneční čas, měsíční čas a také výšku a azimut Slunce. K - Kapucínské hodiny používají škálu připomínající mnišskou kapuci. L - Toto ošklivé, plastické, připomínající sluneční hodiny jedině svým vzhledem je skvělým příkladem ignorace všech gnómonických pravidel British Sundial Society 2009, 2010 Tony Moss 2010 pro přeložil Jaromír Ciesla

27 Poděkování Prezentaci navrhl a vytvořil Tony Moss. Text a obrázky v této prezentaci jsou duševním vlastnictvím autora, který tuto laskavě zpřístupnil pro BSS (The British Sundial Society - na podporu vzdělávacích cílů společnosti. Díky laskavému svolení autora byla tato prezentace zpřístupněna zájemcům o gnómoniku také v českém jazyce na stránkách a to ze podmínek vyplývajících z ujednání o autorských právech. Touto cestou také autorovi děkuji za vstřícný přístup a poskytnutí zdrojových materiálů. Jaromír Ciesla, duben Tony Moss (nar. 1938) - univerzitní profesor na penzi s dlouholetými zkušenostmi v oboru obrábění dřeva, kovů a plastů. O sluneční hodiny se začal zajímat asi před dvaceti lety po prosbě přítele o zhotovení slunečních hodin z bronzu na základě papírového modelu. Od té doby se věnuje výrobě slunečních hodin a později také zakládá firmu Lindisfarne Sundials V technice jejich výroby se vypracoval na zkušeného a uznávaného odborníka o čemž svědčí i ocenění, kterého se mu dostalo od NASS (Severoamerické společnosti slunečních hodinářů). V roce 1995 se stává členem BSS. Použité informace z :

28 Pro splnění uvedeného Orlího pera, jsem vyrobil a kmenu představil : EKVATOREÁLNÍ SLUNEČNÍ HODINY EGYPTSKÉ PŘENOSNÉ SLUNEČNÍ HODINY

29

30 Sluneční hodiny se postupně zdokonalovaly. Nejstarší egyptské příruční sluneční hodiny se dochovaly z roku př.n.l. [13] Kratší část tyče vrhala stín na delší horizontální rameno. Princip egyptských kamenných slunečních hodin. [23] Sluneční hodiny nám dokazují, že Egypťané dělili den a noc po dvanácti úsecích (nejprve byl den rozdělen na 10 úseků, další dva pokrývaly svítání a soumrak). Kalendářní den tedy sestával z 24 úseků - hodin, stejně jako je zvykem v naší civilizaci. Délka hodin se však měnila s délkou světlé části dne. Denní čas odměřovaly sluneční hodiny.

31