Tarcza — symulacja cienia
Widok 3D
Odczyt
Instrukcja budowy
Jak to działa i który zegar wybrać
Dlaczego gnomon musi być równoległy do osi Ziemi
Ziemia obraca się wokół swojej osi o 15° na godzinę, więc Słońce zatacza na niebie koło wokół bieguna niebieskiego. Krawędź rzucająca cień (styl) ustawiona równolegle do osi Ziemi jest osią tego ruchu: jej cień obraca się wokół niej równomiernie i o danej godzinie zawsze pada na tę samą linię, bez względu na porę roku. Dlatego styl wskazuje biegun niebieski (na półkuli północnej — okolice Gwiazdy Polarnej), a jego kąt do poziomu jest równy szerokości geograficznej (tu: —).
Pręt pionowy — godzina z końca cienia
Cień zwykłego pionowego pręta o tej samej godzinie pada latem i zimą w różnych kierunkach. Z samego kierunku cienia godziny nie odczytasz — trzeba patrzeć na koniec cienia (nodus) i rysować linie dla konkretnych dat, albo przesuwać pręt zależnie od daty (zegar analematyczny, w którym gnomonem może być człowiek).
Kalendarz — nodus i deklinacja Słońca
Wysokość Słońca w południe zmienia się w ciągu roku, bo deklinacja Słońca wędruje między −23,44° (przesilenie zimowe) a +23,44° (przesilenie letnie). Cień jednego wyróżnionego punktu — nodusa: czubka pręta, wierzchołka gnomonu lub kulki na pręcie — przesuwa się w ciągu dnia po krzywej, która zależy tylko od daty. Zestaw takich krzywych (linii dat) zamienia zegar w kalendarz. Każda linia, poza przesileniami, odpowiada dwóm dniom roku.
Dlaczego zegar słoneczny „nie zgadza się” z zegarkiem
- Długość geograficzna. Czas strefowy liczy się dla południka strefy (dla Polski 15° E). Każdy stopień na wschód od niego to 4 minuty wcześniejsze południe słoneczne.
- Równanie czasu. Ziemia krąży po elipsie, a jej oś jest nachylona do orbity, więc prawdziwe południe słoneczne wypada w ciągu roku od ok. 16 minut przed do 14 minut po średnim.
- Czas letni. Latem zegarki są przestawione o godzinę do przodu.
Podziałka „czas strefowy” uwzględnia pierwszą poprawkę, a podziałka z ósemkami (analemami) — dwie pierwsze. Panel „Odczyt” pokazuje wszystkie trzy w wybranej chwili.
Który zegar wybrać
| Rodzaj | Płyta | Gnomon | Zalety | Wady |
|---|---|---|---|---|
| Poziomy (ogrodowy) | pozioma | trójkąt o kącie φ | klasyczny, czytelny cały dzień, z nodusem także kalendarz | nierówne odstępy linii — trzeba je policzyć (robi to ta strona) |
| Pręt pionowy na płycie | pozioma, na ziemi | pionowy pręt | najprostszy gnomon, godzina i data z jednej plamki cienia | czyta się tylko koniec cienia; potrzebna duża płyta |
| Analematyczny | teren | pionowy pręt lub człowiek na skali dat | atrakcja dla szkoły lub placu, kalendarz w skali dat | duża powierzchnia, mniejsza dokładność |
| Równikowy | nachylona pod kątem 90° − φ | pręt prostopadły do płyty | kreski co 15° bez obliczeń, łatwe ustawienie (pręt na Gwiazdę Polarną) | dwie strony płyty; przy równonocy prawie nieczytelny |
| Biegunowy | nachylona pod kątem φ | styl równoległy do płyty | równoległe linie, efektowny wygląd | nie pokazuje wczesnego ranka i wieczoru |
| Pionowy (ścienny) | pionowa | trójkąt o kącie 90° − φ do ściany | wykorzystuje ścianę domu | tylko 6–18; ściana rzadko patrzy dokładnie na południe |
Optymalny kąt płyty nachylonej: 90° − φ (tu: —) — płyta równoległa do równika. Słońce obiega wtedy oś pręta ze stałą prędkością, więc tarcza jest równomierna i najłatwiejsza do wykonania. Druga wyróżniona wartość to φ (tu: —) — tarcza biegunowa. Dowolne inne nachylenie też działa, jeśli tylko styl jest równoległy do osi Ziemi; zbadasz to typem „dowolne nachylenie i kierunek”.