Ogl?daj?c ró?ne rodzaje zegarów s?onecznych warto wiedzie? nie tylko jak odczyta? z nich czas pokazywany cieniem, lecz tak?e rozumie? zasad? ich dzia?ania oraz prawa wi???ce si? z konstrukcj? owych przyrz?dów. Wiedza ta pozwala ju? na pierwszy rzut oka oceni?, czy mamy przed sob? prawdziwy zegar s?oneczny – zbudowany i wyliczony zgodnie z zasadami gnomoniki – czy te? jedynie atrap?, która nigdy nie poka?e prawdziwej godziny i stanowi? mo?e wy??cznie swego rodzaju ozdob?. Dlatego postanowili?my zebra? z dost?pnej nam literatury wszystkie istotniejsze informacje i zaprezentowa? je w formie kompendium wiedzy.
Prymitywne pocz?tki Pionowe zegary s?oneczne od pocz?tku swego istnienia przeznaczone by?y do publicznego u?ytku i od wieków najcz??ciej znale?? je mo?na by?o na ko?cio?ach, wie?ach zegarowych lub ratuszach miast. Ich nazwa pochodzi od usytuowania tarczy zegara na powierzchni pionowej (wertykalnej). Na samym pocz?tku zadaniem zegara s?onecznego by?o nie tyle wyznaczanie czasu z dok?adno?ci? do minut (o których istnieniu ludzie jeszcze wtedy nie s?yszeli), co raczej pokazywanie generalnych pór dnia. Mia?o to znaczenie w ?yciu liturgicznym ko?cio?ów, dlatego te? na przyk?ad w Anglii pierwsze i najprostsze zegary okre?la si? mianem "mszalnych" lub "ko?cielnych". W wielu przypadkach duchowny lub sami wierni przychodz?cy na nabo?e?stwa wycinali w ?cianach ko?cio?ów linie okre?laj?ce pory poszczególnych ceremonii. Pierwsze zegary s?oneczne w Polsce – istniej?ce zreszt? do dzi? na ko?ciele w Stró?yskach – powsta?y w?a?nie w ten sposób. Dok?adno?? wskaza? zegarów pionowych cz?sto pozostawia wiele do ?yczenia, jednak usytuowanie takiego s?onecznika gdzie? wysoko nad g?owami przechodniów w naturalny sposób ogranicza jego mo?liwo?ci w sferze precyzji. Znaczna odleg?o?? cz?owieka od cienia rzucanego przez gnomon uniemo?liwia dok?adne sprawdzenie jego po?o?enia w stosunku do linii godzinowych. Dla porównania zegary horyzontalne – które mo?na ogl?da? z bardzo bliska, a wr?cz dotkn?? – posiadaj? podzia?y godziny nie tylko na pó?godziny i kwadranse, ale tak?e na okresy pi?ciominutowe, a niekiedy nawet minutowe. Natomiast wielk? przewag? zegara pionowego nad poziomym jest dost?pno??, widoczno?? nawet ze znacznych odleg?o?ci i rozmiar tarczy. St?d te? ich popularne zastosowanie w miejscach publicznych. Inn? wa?n? cech? jest mo?liwo?? wykorzystania dos?ownie dowolnej ?ciany budynku, do której swobodnie dociera ?wiat?o s?oneczne.
Jeden rodzaj – cztery zegary Porównuj?c dalej zegar pionowy z poziomym ?atwo zauwa?y? zasadnicz? ró?nic? w ich budowie – horyzontalny ustawiony jest p?asko na osi po?udnika i jego tarcza niemal zawsze wygl?da tak samo. Natomiast zegar pionowy mo?na budowa? na dos?ownie dowolnej ?cianie, bez znaczenia, w któr? stron? ?wiata jest ona skierowana. Zale?nie od tego usytuowania zmienia? si? b?dzie zakres pokazywanych godzin, u?o?enie linii godzinowych oraz ustawienie gnomonu na ?cianie. Podobnie, je?li na zegarze umieszczony zostanie kalendarz w postaci krzywych odzwierciedlaj?cych drog? S?o?ca po niebie, to na ka?dej ?cianie b?dzie mia? on inny kszta?t i nachylenie do pod?o?a. Dowolny, dostatecznie os?oneczniony budynek mo?e mie? a? cztery ró?ne s?oneczniki, z których ka?dy b?dzie dzia?a? o innej porze dnia, dlatego te?, ?eby dobrze zrozumie? mo?liwo?ci zegarów pionowych trzeba zacz?? od czterech podstawowych ich odmian, które wynikaj? z podzia?u ?wiata na cztery g?ówne kierunki: wschód, zachód, pó?noc i po?udnie. Zegar wschodni poka?e czas od wschodu S?o?ca niemal do po?udnia, za? zegar zachodni zaczyna dzia?a? zaraz po po?udniu s?onecznym, a? do ko?ca dnia, czyli do zachodu S?o?ca. Jako ?e zegar po?udniowy posiada najwi?kszy zakres godzin, to sta? si? on najpraktyczniejszym i jednocze?nie najcz??ciej spotykanym. Ponadto istniej? te? jeszcze zegary pó?nocne, które dzia?aj? tylko latem i pokazuj? kilka pierwszych godzin dnia i kilka ostatnich. Te cztery odmiany zegara pionowego nazywamy g?ównymi – od g?ównych kierunków ?wiata.
Cechy charakterystyczne Omawiaj?c konstrukcj? zegara pionowego trzeba przedstawi? wszystkie zasady osobno dla ka?dej z czterech odmian g?ównych. Oto gnomoniczne regu?y rz?dz?ce konstrukcj? pionowego zegara po?udniowego wskazuj?cego miejscowy czas s?oneczny:

• Po?udnik lokalny. Zawsze pierwszym krokiem w budowie zegara s?onecznego jest wyznaczenie lokalnego po?udnika. Tarcza pionowego zegara po?udniowego skierowana jest dok?adnie na po?udnie, a p?aszczyzna lokalnego po?udnika przebiega przez jej ?rodek dziel?c zegar na dwie po?owy. Oznacza to, ?e ?ciana, na której znajduje si? zegar po?o?ona jest na linii wschód-zachód. Jako ?e ?ciana z zegarem dodaje trzeci wymiar do p?aszczyzny pod?o?a, wa?nym jest, by przy konstrukcji zegara pionowego pos?ugiwa? si? poj?ciem nie tyle linii po?udnikowej, co raczej p?aszczyzny po?udnika. Oczywi?cie nie ka?dy budynek jest tak idealnie zorientowany na strony ?wiata, dlatego te? nie ka?da ?ciana po?udniowa znajduje si? na linii wschód-zachód. Niekiedy dla wyrównania takiej niedok?adno?ci stosuje si? odchylenie tarczy zegara z jednej strony.
  
  Po?udniowa ?ciana le??ca na osi wschód-zachód musi by? prostopad?a do p?aszczyzny po?udnika.
  
  
• O? symetrii tarczy. P?aszczyzna po?udnika dzieli tarcz? w pionie na dwie symetryczne po?owy. Oznacza to, ?e k?ty godzin oddalonych od godziny 12 o t? sam? warto?? s? dok?adnie takie same. Dla przyk?adu k?t pomi?dzy lini? godziny 1 a p?aszczyzn? po?udnika jest taki sam jak pomi?dzy godzin? 11 a po?udnikiem. Wykre?laj?c tarcz? takiego zegara wystarczy wyznaczy? linie godzin dla jednej po?owy tarczy, a potem skopiowa? je odwrócone o 180°.
  
  Jednakowym kolorem zaznaczono przyk?adowe linie godzin oddalonych o t? sam? warto?? k?tow? od linii godziny 12, czyli p?aszczyzny po?udnika.
  
  
• Zakres i kierunek godzin. Przez wzgl?d na swoje po?o?enie, zegar po?udniowy pokaza? mo?e maksymalnie 12 godzin – w tym przypadku od 6 do 18. Zakres ten osi?gany jest jedynie w dniach równonocy, za? w pozosta?ych cz??ciach roku jest mniejszy, co zale?ne jest od azymutu S?o?ca. Jednak nawet w dniach zrównania dnia z noc? o godz. 6 i 18 ?wiat?o s?oneczne pada dok?adnie równolegle do ?ciany po?udniowej, tote? gnomon nie rzuca na ni? cienia, a nawet je?li, to jest on bardzo ma?o widoczny. Dlatego zwykle w takich zegarach nie zobaczymy ani godziny 6 rano, ani 18. Nale?y zatem przyj??, ?e zegar po?udniowy pokazuje czas mniej wi?cej od 6.30 do 17.30. Rozmieszczenie godzin jest przeciwne do kierunku obrotu wskazówek zegara, czyli odwrotnie ni? w zegarze horyzontalnym.
  
  Godziny u?o?one s? przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, za? ich zakres w po?udniowym zegarze pionowym nigdy nie przekroczy 12 godzin (od 6 do 18).
  
  
• Pocz?tek (?rodek) zegara s?onecznego. Pocz?tkiem zegara s?onecznego nie jest ?rodek tarczy zegara, lecz punkt, w którym zbiegaj? si? wszystkie linie godzinowe. Gnomon powinien wyrasta? dok?adnie z miejsca przeci?cia si? linii hipotetycznych godzin 6-18 z lini? godziny 12, przez któr? przechodzi p?aszczyzna lokalnego po?udnika.
  
  Pocz?tek pionowego zegara s?onecznego po?udniowego.
  
  
• Ustawienie gnomonu. Gnomon w zegarze po?udniowym le?y dok?adnie w p?aszczy?nie po?udnika. Jego k?t nachylenia do tarczy – zwany fachowo wysoko?ci? gnomonu – równy jest k?towi dope?nienia szeroko?ci geograficznej, czyli 90° – φ (fi), gdzie
  δ = szeroko?? geograficzna. Gnomonem mo?e by? zwyk?y prosty pr?t, b?d? trójk?tny kawa?ek sztywnej blachy (cho? trójk?t to poj?cie przybli?one – blacha mo?e by? dowolnie wyprofilowana, pod warunkiem zachowania kraw?dzi wskazuj?cej czas). Nasada gnomonu kieruje si? ku Gwie?dzie Polarnej.
  
  Zasady ustawienia gnomonu w pigu?ce. Dla dok?adno?ci zegara najwa?niejszym jest poprawnie ustawiony gnomon.
  
  
• Luka po?udniowa i wska?niki gnomonu. Przez wzgl?d na spor? odleg?o?? od zegara do spogl?daj?cych na niego przechodniów, w zegarach pionowych zwykle nie stosuje si? luli po?udniowej, której zadaniem jest uwzgl?dnienie w projekcie tarczy szeroko?ci gnomonu. Je?li gnomonem jest okr?g?y pr?t, to zwykle ?rodek jego cienia powinien pokazywa? czas. Jest to jednak ma?o precyzyjne. Czasem zdarza si?, ?e zegar pionowy nie wisi dwa pi?tra nad chodnikiem, lecz znacznie ni?ej, a jego autor chce umie?ci? na nim szeroki gnomon o ostrych kraw?dziach, które staj? si? wska?nikami dla odpowiednich cz??ci dnia. Wtedy konieczne jest dodanie do tarczy luki po?udniowej. Dzi?ki temu zabiegowi zegar ma szanse na sporo wi?ksz? precyzj? pomiaru czasu.
  
  Luka po?udniowa to dziel?ca tarcz? zegara na dwie cz??ci, przestrze? uwzgl?dniaj?ca szeroko?? gnomonu.
  
  

Wszystko jest proste, ale... Teraz, jak ju? znamy podstawowe zasady konstrukcji po?udniowego zegara s?onecznego g?ównego, to warto wspomnie?, ?e jest ich naprawd? niewiele, gdy? ma?o który budynek posiada ?ciany skierowane idealnie na g?ówne strony ?wiata. Nic jednak straconego – i w takich sytuacjach mo?liwe jest wykonanie zegara s?onecznego, jednak wymaga to ju? nieco wi?cej wylicze? i fachowej wiedzy. Odchylenie dowolnej ?ciany od jednego z g?ównych kierunków ?wiata nazywamy deklinacj? i analogicznie zegar na takiej ?cianie okre?lamy deklinacyjnym. Dodatkowo nie ka?da ?ciana jest dok?adnie pionowa, przez co tarcza zegara czasem mo?e by? pochylona w kierunku S?o?ca (inklinacja) lub odchylona od niego (reklinacja). Zaawansowana gnomonika zna jednak metody tak?e na takie sytuacje.
Szeroki wachlarz dodatków i stylistyki Przez wieki konstrukcja zegarów, sposób opisywania godzin oraz zdobnictwo tarcz rozwin??y si? do tego stopnia, ?e zegary s?oneczne mog?y ?mia?o konkurowa? zarówno z najwi?kszymi dzie?ami sztuki jak i najznamienitszymi osi?gni?ciami nauki. Przy ich tworzeniu znajdowali zatrudnienie rozmaici arty?ci i st?d ogromna ró?norodno?? ich form, kolorów i technik plastycznych. Dzi?ki temu dzi? w ca?ej Europie podziwia? mo?na zegary od bardzo prostych w formie do niezwykle barwnych i z?o?onych. Jest to prawdziwe wyzwanie dla plastyków i malarzy, a tak?e uczonych zajmuj?cych si? matematyk?, fizyk? i astronomi?, a nawet filozofi?. Na tarczach zegarów pionowych widuje si? nie tylko godziny s?oneczne, ale ca?e kalendarze, znaki zodiaku, analemy i... sentencje przypominaj?ce o ulotno?ci ludzkiego ?ycia.
Czy zegar pionowy mo?e by? dok?adny? Nauka zaprz?gni?ta do tworzenia zegarów s?onecznych pozwoli?a na odkrycie metody pozwalaj?cej ?ciennym s?onecznikom na poprawienie swoich walorów je?li chodzi o precyzj?. Ju? nie pr?t, czy nawet p?aski gnomon wskazywa?y czas i dat?, ale punkt ?wietlny rzucany przez niewielki otwór w p?askiej blaszce umocowanej w odpowiednim miejscu nad tarcz?. Gnomon nie zawsze b?dzie równoleg?y do osi ziemi – w pewnych sytuacjach mo?e mie? on posta? pr?ta ustawionego prostopadle do ?ciany. W takim jednak wypadku musi on mie? dok?adnie okre?lon? wysoko?? i by? ustawiony w konkretnym miejscu (obie te warto?ci zale?ne s? od wielu czynników takich jak deklinacja ?ciany, szeroko?? geograficzna, rozmiar zegara itp., jednak w tym miejscu nie b?dziemy si? tym zajmowa?). Zegar s?oneczny mo?e pokazywa? bardzo ró?ne rodzaje godzin – od antycznych (nierównych), poprzez w?oskie i babilo?skie a? do równych, które s? najwa?niejszym osi?gni?ciem dawnych uczonych rozwijaj?cych przed wiekami zegary s?oneczne. Ponadto na tarczy umie?ci? mo?na te? kalendarz pokazuj?cy aktualn? dat? na podstawie po?o?enia S?o?ca na niebie. Bardzo szczególn? odmian? zegara pionowego jest znacznik po?udnia, którego oryginalnym zadaniem by?o jedynie wskazywanie szczytowanie S?o?ce nad lokalnym po?udnikiem, czyli momentu s?onecznego po?udnia. Dawniej dzi?ki takim instrumentom ustawiano wszystkie zegary mechaniczne i zegarki kieszonkowe.
Kilka zegarów w jednym miejscu W naszym kraju niecz?sto widujemy dwa czy trzy zegary s?oneczne na jednym obiekcie. Cz??ciej si? zdarza, ?e spotykamy dwa s?siaduj?ce ze sob? na naro?nikach budynków, czemu za przyk?ad pos?u?y? mog? dwa pi?kne zegary na Ratuszu w Otmuchowie, czy na dawnym dworze w Piotrowicach Nyskich. Ewenementem jest za to grupa o?miu s?oneczników na Wie?y Radziejowskiego we Fromborku. Natomiast w czeskiej Pradze w wirydarzu Klasztoru Franciszkanów na Loretankim Namesti znajduj? si? a? trzy s?oneczniki – po?udniowy, wschodni i zachodni. Za to brakuje tam zegara pó?nocnego. Rozwi?zaniem tej zagadki jest fakt, ?e we wczesnych godzinach porannych i w pó?nych wieczornych S?o?ce jest zbyt nisko, by jego ?wiat?o pokona?o wysoko?? budynków otaczaj?cych wirydarz i st?d tarcza pó?nocna jest w takim zastosowaniu zb?dna.

Przypisy

• Tony Moss – How Sundials Work, prezentacja edukacyjna wykonana dla potrzeb British Sundial Society, The Lindisfarne Presse 2010
• Albert E. Waugh – Sundials: Their Theory and Construction, Dover Publications Inc., Nowy Jork 1973
• Denis Savoie – Sundials: Design, Construction and Use, Praxis Publishing, Chichester 2009
• R. Newton Mayall i Margaret W. Mayall – Sundials: How to Know, Use, and Make Them, SKY Publishing Corporation, Cambridge, Massachusetts, 1989

Seria: Rodzaje zegarów s?onecznych

• Zegar s?oneczny poziomy (horyzontalny)
  
• Zegar s?oneczny pionowy (wertykalny) - cz. 1
  
• Zegar s?oneczny pionowy (wertykalny) - cz. 2
  

Komentarze z Forum