Prezentujemy pierwsz? cz??? broszury wydanej w 1960 roku w Katowicach przez Wydawnictwo Artystyczno-Graficzne. Materia? opracowany zosta? przez Józefa Sa?abuna, wieloletniego dyrektora Planetarium w Chorzowie, w ?rodku którego stoi ogromny s?onecznik. Autor wyja?nia tu jak wykre?li? ró?nego typu zegary s?oneczne metod? matematyczn?. Zegar s?oneczny a Planetarium w Chorzowie W ?rodku perystylu Planetarium w stoi zegar s?oneczny. Zwiedzaj?cy maj? wiele zmartwienia, ?e nie wskazuje on tego czasu, co ich zegarki. W czasie dyskusji ze zwiedzaj?cymi, uznano ich sugestie w sprawie wydania opisu zjawisk rz?dz?cych wskazaniami tego zegara za bardzo celowe. Opis niniejszy spe?nia ten postulat w przekonaniu, ?e zainteresowani b?d? mogli samodzielnie wyt?umaczy? sobie te ró?nice i stwierdzi?, ?e musz? one istnie?. Problem czasu Ka?de zjawisko zaczyna si? w pewnym momencie, trwa przez jaki? czas, przebiegaj?c przez kolejne, ró?ne fazy, odmiany i ko?czy si? w jakim? pó?niejszym momencie. Te dwa kolejne momenty, zwane inaczej chwilami, a odpowiadaj?ce rozpocz?ciu i zako?czeniu obserwacji odleg?e s? w czasie. Odst?p czasu mi?dzy dworna momentami nazywamy interwa?em czasu. Pomiar interwa?ów czasu, jako funkcjonalnego parametru zjawisk w ka?dej dziedzinie ?ycia i dyscyplinach naukowych oraz techniki ma powa?ne znaczenie. Problem ten istnieje od najdawniejszych czasów i zawsze odgrywa? wa?n? rol? na ka?dym szczeblu cywilizacji. Moment rozpocz?cia obserwacji okre?lamy przez podanie interwa?u czasu, jaki up?yn?? od chwili, któr? oznaczamy przez zero, jako pocz?tek rachuby – do momentu dokonywanej w?a?nie obserwacji – jako pó?niejszego. Pocz?tek s?onecznej doby przyj?to umownie, jako moment do?owania s?o?ca (gdy jest ono najni?ej pod horyzontem). Podobnie okre?lono w rachubie cywilnej czasu pocz?tek roku kalendarzowego, jako chwil? do?owania s?o?ca w nocy z dnia 31 grudnia na dzie? 1 stycznia. Interwa? czasu, jaki up?ywa od umownego pocz?tku, tj. umownego zera do chwili pó?niejszej – b?dziemy nazywa? krótko czasem. Filozoficzna definicja poj?cia czasu jest inna ni? astronomiczna. Astronomiczna definicja czasu podaje bowiem sposób pomiaru czasu lub jego interwa?ów. Obiektywny pomiar czasu polega na przyporz?dkowaniu kolejnych faz badanego zjawiska – kolejnym wydarzeniom zjawiska, które wykorzystujemy, jako podstaw? rachuby czasu w za?o?eniu, ?e przebieg zjawiska stanowi?cego podstaw? rachuby czasu jest prawid?owy. Warunkowi temu odpowiada wiele zjawisk astronomicznych trwaj?cych d?ugo, przebiegaj?cych jednostajnie i cyklicznie. Okresowo?? tych zjawisk pozwala liczy? dok?adnie d?ugie i krótkie interwa?y czasu, np. doba, rok. Do takich zjawisk periodycznych nale?? m. in.: ruch obrotowy ziemi dooko?a w?asnej osi i ruch orbitalny ziemi wokó? s?o?ca. Z tego wzgl?du cz?owiek przyj?? ziemi? za zegar wzorcowy, a jej ruchy za podstaw? rachuby czasu. Cz?owiek nie mo?e bezpo?rednio obserwowa? ruchów ziemi, ale widzi ich odzwierciedlenie w pozornym ruchu gwiazd, ksi??yca oraz s?o?ca wraz ze sfer? niebiesk?, a tak?e w przemieszczaniu si? s?o?ca na tle gwiazdozbiorów tworz?cych zodiak. Dzi? wiemy na podstawie precyzyjnych pomiarów, ?e ruch obrotowy ziemi staje si? wolniejszy oraz, ?e w ruchu tym zachodz? pewne nieregularne fluktuacje mi?dzy innymi wskutek spadku meteorytów i dlatego ziemia nie spe?nia ju? nale?ycie funkcji zegara wzorcowego. Jeste?my w przededniu podró?y kosmicznych. W przestrzeni kosmicznej w oderwaniu od ziemi nie b?dzie ju? takich elementów, jak miejscowego po?udnika niebieskiego i horyzontu astronomicznego, które s? potrzebne do okre?lenia miejsca po?o?enia na ziemi i wyznaczania czasu. Ziemia przestanie by? zegarem wzorcowym, a t? rol? spe?nia? b?d? inne obiekty i zjawiska astronomiczne, a to np. gwiazdy zmienne za?mieniowe lub ksi??yce Jowisza. Gnomon Jako konsekwencj? pozornego ruchu s?o?ca, staro?ytni obserwowali ruch cienia pr?ta pionowego na poziomej p?aszczy?nie. Wielko?? k?ta, jaki cie? tego pr?ta zakre?la? oko?o jego podstawy by? wska?nikiem czasu, a nawet miar? interwa?u czasu, chocia? niedok?adn?. Przyrz?d ten, zwany gnomonem, stanowi?cy prototyp zegara s?onecznego, pozwala? wyznaczy? dok?adnie moment górowania s?o?ca, czyli moment prawdziwego po?udnia na podstawie d?ugo?ci jego cienia, gdy? wtedy cie? ten jest najkrótszy. Za pomoc? cienia gnomonu wyznaczono lini? po?udnikow?. W momencie górowania s?o?ca cie? ten le?y na linii po?udnikowej, która odgrywa du?? rol? w pomiarach astronomicznych i geodezyjnych. Zegar s?oneczny – równikowy Arabowie wprowadzili doskonalszy zegar s?oneczny, a to dzi?ki temu, ?e ustawili pr?t zwany polosem równolegle do osi ziemskiej. Polos w takim po?o?eniu tworzy z poziomem (-HH-) k?t, równy szeroko?ci geograficznej φ miejsca obserwacji. Cie? polosu w momencie górowania s?o?ca pada równie? na lini? po?udnikow?. Kierunek – HH – oznacza? b?dziemy przez NS, a?eby wykaza?, jak ten zegar ma by? zorientowany wobec stron ?wiata. P?ask? powierzchni? tarczy R tego zegara umieszczamy w p?aszczy?nie prostopad?ej do polosu, która jest równoleg?a do p?aszczyzny równika. Polos tworzy z p?aszczyzn? tarczy R k?t prosty. Jest to zegar równikowy. Wskazówk? tego zegara stanowi cie? polosu, wiruj?cy na tarczy R wzgl?dem, punktu, w którym polos przebija t? tarcz?. K?t zakre?lony od momentu górowania s?o?ca do chwili pó?niejszej nazywamy k?tem godzinnym s?o?ca w danej chwili i oznacza? go b?dziemy przez t. W momencie górowania s?o?ca, gdy polos jest zorientowany, cie? jego wskazuje prawdziwe po?udnie s?oneczne i w miejscu tym, gdzie ten cie? le?y, umieszczamy cyfr? XII. Pozorny ruch s?o?ca powoduje wirowanie cienia. K?t t ro?nie w kierunku ruchu cienia, a to ku wschodowi. Przed obserwacjami nale?y zegar zorientowa? wzgl?dem stron ?wiata. Wielko?? k?ta t zakre?lonego od momentu po?udnia jest miar? czasu i w tym znaczeniu definiujemy prawdziwy czas s?oneczny, jako k?t godzinny prawdziwego s?o?ca. Podzia?ka k?towa na tarczy R jest proporcjonalna do czasu, to znaczy, ?e w ka?dym miejscu skali ten sam k?t jest miar? takiego samego interwa?u czasu. Interwa?owi czasu jednej godziny odpowiada k?t równy 15°, gdy? taki k?t zakre?li cie? polosu w czasie jednej godziny, albo – inaczej mówi?c – o taki k?t na sferze niebieskiej w ci?gu godziny przesunie si? s?o?ce w p?aszczy?nie równoleg?ej do p?aszczyzny równika. Poniewa? w czasie od 23.IX do 21.III s?o?ce jest poni?ej równika, dlatego nale?a?oby podzia?k? godzinn? na tarczy R umie?ci? od spodu. A?eby tego unikn??, wycina si? w tarczy R kr??ek, a wtedy cie? polosu pada przez ca?y rok na ?uk wyci?cia. Zegar s?oneczny – poziomy Zegar s?oneczny w Planetarium w Chorzowie jest zegarem poziomym, gdy? cie? polosu odbywa swoj? w?drówk? na p?aszczy?nie poziomej. Cie? pr?ta zakre?la na p?aszczy?nie poziomej k?t α. K?t ten mierzymy od linii po?udnikowej w kierunku cienia, a wi?c ku wschodowi. K?t α i k?t t zakre?lone w tym samym czasie nie s? sobie równe, a spe?niaj? równanie gdzie: φ – jest szeroko?ci? geograficzn? miejsca obserwacji. Równanie to daje si? ?atwo wyprowadzi? z geometrycznego przedstawienia na rys. 5. Podstaw? do u?o?enia tego równania stanowi zegar równikowy. Dla uproszczenia zagadnienia, umieszczono na rysunku polos przy kraw?dziach zegara równikowego i poziomego, a?eby w momencie górowania s?o?ca cie? polosu pokrywa? si? z kraw?dzi? CB zegara równikowego i kraw?dzi? CA zegara poziomego. Sens równania zilustruje przyk?ad 1: Szeroko?? geograficzna Katowic φ = 50°15m30s. Pod jakim k?tem do linii po?udnikowej nale?y poprowadzi? od podstawy polosu promie?, a?eby odpowiada? on czasowi dwu godzin po górowaniu s?o?ca? Dane: φ = 50°15^m30^s t = 2h (godziny) = 30° tg α = sin 50°15^m30^s · tg 30° st?d: α = 23°56^m Taki sam k?t nale?y od?o?y? od linii po?udnikowej ku zachodowi. Promie? wyznaczony tym sposobem odpowiada? b?dzie czasowi dwu godzin przed górowaniem s?o?ca, a po godz. 10. Uk?ad promieni odpowiadaj?cych tym samym interwa?om czasów przed górowaniem i po górowaniu s?o?ca jest symetryczny wzgl?dem linii po?udnikowej. Zegar s?oneczny – pionowy Gdy cie? polosu padnie na ?cian? pionow?, biegn?c? ?ci?le w kierunku wschód – zachód, wtedy zachodzi zwi?zek mi?dzy k?tem godzinnym t a odpowiadaj?cym mu k?tem β wed?ug poni?szego równania: Ramiona k?ta le?? na ?cianie pionowej. Równanie to daje si? ?atwo wyprowadzi? z geometrycznej sytuacji, przedstawionej na rys. 6.

Seria: Józef Sa?abun – Czas i jego pomiar

• Czas i jego pomiar (cz. 1)
  
• Czas i jego pomiar (cz. 2)
  

Komentarze z Forum