Emil Voellnagel ››› Przegl康 Techniczny nr 9-12, 20 marca 1917

Zegary s這neczne nowoczesne (cz. 1)

20 listopada 2015, godz. 22:15
Aktualizacja: 6 grudnia 2015, godz. 00:41
Zegary s這neczne, ongi tak popularne, nie odgrywaj dzi w naszym 篡ciu praktycznym prawie 瘸dnej roli, a to w my郵 opinii, jak o nich mamy: przyznajemy im mianowicie warto嗆 zabytku przesz這軼i, kt鏎y 鈍iadczy o tern, jak od najdawniejszych czas闚 umys ludzki stara si wykorzysta ruch s這鎍a dla podzia逝 dnia; przyznajemy im warto嗆 naukow – modelu astronomicznego, kt鏎y przypomina nam o naszej zale積o軼i od s這鎍a i o ruchu naszej ziemi w przestrzeni – wreszcie przyznajemy im warto嗆 ozdoby dla naszych ogrod闚 i budowli i w tym charakterze najcz窷ciej jeszcze mie z nimi do czynienia chcemy. Natomiast lekcewa篡my je z powodu, i nie wskazuj, gdy s這鎍e nie 鈍ieci, a przede wszystkim pomawiamy je rycza速owo o niedok豉dno嗆 i nie stosujemy ich, cz瘰tokro ku w豉snej szkodzie nawet tam, gdzie u篡cie ich by這by zupe軟ie na miejscu.
Opinia taka kszta速uje si na zegarach dawnych, jakie najcz窷ciej widujemy, a wi璚 takich, jakim przodkowie nasi dali odpraw w 篡ciu codziennym lat temu 150 i kt鏎e od tego czasu uleg造 prawie wszystkie uszkodzeniom. Nie jest ta opinia odpowiedni dla zegar闚 typ闚 nowoczesnych, kt鏎e np. nie s ani zabytkiem, ani, o ile maj charakter instrument闚 mierniczych, ozdob, ani te: nie s niedok豉dne.
Rys. 1Wspomnianymi wzgl璠ami: historycznym, dydaktycznym i estetycznym, kt鏎e w ka盥ym my郵帷ym cz這wieku wywo逝j zainteresowanie si tymi dawnymi d逝goletnimi doradcami cz這wieka, bli瞠j si tu zajmowa nie mo瞠my. Na zarzut, i zegary s這neczne nie wskazuj, gdy niema s這鎍a, mo積a jedynie odpowiedzie, i wszak i obserwacje astronomiczne, na kt鏎y eh. tak bezwzgl璠nie obecnie dla okre郵ania czasu polegamy, przy nieodpowiednich warunkach atmosferycznych – zawodz; poza tern zarzutowi, i zegary s這neczne wskazuj nie zawsze, mo積a przeciwstawi ich dogodno嗆, i obs逝gi nie potrzebuj one nigdy. Wreszcie sprawa dok豉dno軼i zegar闚 s這necznych i ich zastosowania praktycznego, mog帷a specjalnie zainteresowa technik闚, b璠zie stanowi豉 w豉軼iwy nasz temat.
Zarzut niedok豉dno軼i nale篡 sformu這wa 軼i郵ej: jest on s逝sznym, o ile dotyczy niezgodno軼i wskaza zegara s這necznego z czasem, jaki on wskazywa winien, nie jest on nazwany w豉軼iwie, je瞠li mamy na my郵i r騜nic mi璠zy czasem s這necznym, jaki zegary s這neczne, nie maj帷e specjalnych po temu urz康ze, wskazywa musz, i czasem 鈔ednim, jaki wskazuj zegary mechaniczne. Pod pierwszym wzgl璠em zegary 鈔edniowieczne nie stoj bynajmniej nisko, posiadaj帷 na og馧 tak dok豉dno嗆, jakiej w闚czas ludzie od nich, a 篡cie od ludzi wymaga這; pod drugim – daj odpowied ujemn, gdy wspomnianej r騜nicy czasu nie uwzgl璠nia造, a to z powodu, i w闚czas tego nie wymagano: jeszcze w 400 lat po wynalezieniu zegar闚 mechanicznych przesuwano je periodycznie tak, aby wskazywa造 czas s這neczny.
Je瞠li dzi pod jednym i drugim wzgl璠em mamy wymagania inne, to pragn掖bym niniejszym wykaza, i i gnomonika, to jest nauka o budowie zegar闚 s這necznych, zrobi豉 takie post瘼y, i wymaganiom tym zado嗆uczyni mo瞠.
Przypomnijmy najpierw g堯wne zasady budowy takich zegar闚.
Rys. 2Je瞠li w jakimkolwiek punkcie ziemi zatkniemy pr皻 AB (rys. 1) – r闚noleg造 do osi 鈍iata, a wi璚 le膨cy w p豉szczy幡ie po逝dnika i pochylony pod k徠em φ szeroko軼i geograficznej tego punktu do poziomu H – to wobec ma造ch w stosunku do odleg這軼i s這鎍a wymiar闚 ziemi mo瞠my przyj望 za 軼is貫, i pr皻 AB jest identyczny z osi 鈍iata, to jest 瞠 s這鎍e w ci庵u ka盥ej doby pozornie zatacza dooko豉 niego prawid這wy kr庵 (np. S1 S1' lub S2 S2'), r闚noleg造 do p豉szczyzny r闚nika R R', przy czym, wobec wspomnianych wymiar闚 ziemi, mo瞠my r闚nie przyj望 za 軼is貫, i p豉szczyzna tego r闚nika przechodzi nie przez 鈔odek ziemi, lecz przez koniec pr皻a A. P豉szczyzna, tzw. godzinna, pomy郵ana przez 鈔odek s這鎍a i o 鈍iata, wzgl璠nie pr皻 AB, obraca si w闚czas codziennie woko這 tego ostatniego, jako osi, wyznaczaj帷 na poziomej lub jakiejkolwiek napotkanej powierzchni jego cie. Je瞠li utrwalimy na tej powierzchni miejsca, w kt鏎ych cie pada w okre郵onych momentach dnia, np. co godzin, to otrzymamy podzia趾 (linie godzinne), na kt鏎ej cie pr皻a b璠zie wskazywa por dnia wed逝g czasu s這necznego, i to – niezale積ie od pory roku; zmiana bowiem w deklinacji s這鎍a δ, to jest jego odleg這軼i k徠owej od p豉szczyzny r闚nika R R', w kt鏎ej s這鎍e znajduje si tylko podczas wiosennego i jesiennego por闚na dnia z noc, a wi璚 od 23,5 nad r闚nikiem (w punkcie S1) – podczas przesilenia dnia z noc letniego – do 23,5 pod r闚nikiem (w S2) – zim – wp造wu na wspomnian podzia趾 mie nie mo瞠, gdy s這鎍e pozostaje przy tym dla ka盥ej pory dnia w tej samej w豉軼iwej p豉szczy幡ie godzinnej.
Ma natomiast ta zmiana wp造w na d逝go嗆 BU cieni pr皻a AB, resp. miejsce U padania cienia jego punktu A i mo瞠 by wyzyskana praktycznie. Je瞠li mianowicie oznaczymy na obranej powierzchni dzienne przebiegi cienia punktu A w okre郵onych porach roku, np. co miesi帷, to otrzymamy sie krzywych (linii dziennych), na kt鏎ej cie punktu A mo瞠 nam wskazywa por roku; o ile za i ta jest wiadoma, to zyskujemy mo積o嗆 odnajdywania p豉szczyzny po逝dnika, gdy prawid這wa zale積o嗆 d逝go軼i cienia pr皻a AB, resp. miejsca cienia punktu A, od pory roku tylko wtedy zachodzi b璠zie, gdy pr皻 AB, pochylony pod k徠em φ do poziomu, b璠zie le瘸 w p豉szczy幡ie po逝dnika.
Rys. 2 obja郾ia powstawanie podzia貫k dla trzech najprostszych przypadk闚, mianowicie: 1) dla p豉szczyzny poziomej – AB; 2) dla r闚nikowej – AC i 3) pionowej po逝dniowej, to jest prostopad貫j do po逝dnika – AD. Pr皻 PQ, r闚noleg造 do osi 鈍iata i stanowi帷y strza趾 zegar闚, przebija p豉szczyzn r闚nikow w punkcie O, cz窷 jego PO jest strza趾 dla zegara pionowego, cz窷 OQ – dla zegara poziomego,
Rys. 3Kre郵enie podzia趾i tarczy zegarowej polega na znalezieniu przeci耩 wy瞠j wymienionej p豉szczyzny godzinnej z powierzchni tarczy. Wybieramy do tego celu po這瞠nia p豉szczyzny godzinnej w r闚nych od siebie odst瘼ach (np. dla pe軟ych godzin – co 15), poczynaj帷 od pionowego w p豉szczy幡ie po逝dnika, daj帷ego dla naszych trzech zegar闚 linie godziny 12 ej: MP, MO i MQ. W p豉szczy幡ie AC, dla t. zw. zegara r闚nikowego, podzia貫m b璠zie wprost r闚nomierny, dowolnie drobny podzia ko豉 ze 鈔odkiem w O, poczynaj帷 od promienia OM. Podzia趾a musi by zrobiona z obydwu stron p豉szczyzny AC, gdy s這鎍e znajduje si p馧 roku nad, p馧 roku pod r闚nikiem. Na p豉szczyznach AB i AD otrzymujemy podzia godzinny w ten spos鏏, i przed逝瘸my promienie podzia趾i r闚nikowej do spotkania z lini przeci璚ia p豉szczyzn AA i otrzymane na tej linii punkty 10, 11, 1, 2, 3, itd. 陰czymy z punktami P i Q.
Wykre郵enie linii dziennych na zegarach pionowych i poziomych uskutecznia si tak, i w ka盥ym po這瞠niu p豉szczyzny godzinnej przeprowadzamy w niej promienie o r騜nych deklinacjach δ i znajdujemy ich przeci璚ia z odpowiedni kresk podzia這w. Na rys. 2 otrzymujemy np. w p豉szczy幡ie godz. 12 na zegarze pionowym dla δ=+23,5 punkt r, dla δ=-23,5 punkt s, na zegarze poziomym dla δ=+23,5 punkt t, dla δ=-23,5 punkt ju poza rysunkiem. Punkty linii godzinnych, odpowiadaj帷e jednakowym d, 陰czymy mi璠zy sob i otrzymujemy 膨dane linie dzienne, na naszym rysunku: ρ, σ, τ, kt鏎e s ci璚iami sto磬闚, a wi璚 hiperbolami, parabolami, lub elipsami. Tylko dla δ=0 otrzymujemy lini prost A-A, wsp鏊n obydwu zegarom.
Rys. 4W zegarze r闚nikowym wykre郵enie linii dziennych na p豉szczy幡ie r闚nika jest niemo磧iwe, gdy przy jakimkolwiek po這瞠niu s這鎍a nie w p豉szczy幡ie AC cie punktu 0 r闚nie na ni nie pada. Z tego wzgl璠u, jak r闚nie z powodu wy瞠j wspomnianej konieczno軼i stosowania dwustronnego podzia逝, zast瘼uje si w zegarze r闚nikowym p豉szczyzn r闚nika inn powierzchni, przechodz帷 przez ko這 podzia逝 r闚nikowego, np. prostopad陰 do r闚nika wewn皻rzn powierzchni cylindra; cie punktu 0 przebiega wtedy dla δ=0 ko這 r闚nikowe, a dla innych p鏎 roku ko豉 r闚noleg貫 do pierwszego, w odleg這軼i OMtgδ od niego.
Wykre郵anie tarcz komplikuje si nieco dla zegar闚 pionowych nie prostopad造ch do p豉szczyzny po逝dnika jakich mamy przyk豉d na rys. 5, jak r闚nie dla powierzchni tarcz nie p豉skich. Opr鏂z wykre郵ania mo積a podzia趾i tarczy r闚nie wylicza za pomoc trygonometrii sferycznej, lub geometrii analitycznej. Wreszcie wykonawcy zegar闚 pos逝guj si te czasami dla sporz康zania tarczy umy郵nymi przyrz康ami. Doskona造m takim przyrz康em jest np. "kompas polski", czyli gnomonograf, wynalazku prof. W. Jastrz瑿owskiego, pozwalaj帷y kre郵i zegary s這neczne nawet na powierzchniach wr璚z nieforemnych [1]. Polega on na pomy郵e, i przez punkt, odpowiadaj帷y ko鎍owi strza趾i zegara, przechodzi celownik, tak ruchomy, i mo積a mu nadawa wszelkie kierunki, jakie promienie s這neczne przyjmuj w ci庵u r騜nych p鏎 dnia i roku; s逝膨 ku temu w przyrz康zie dwa ko豉 z podzia豉mi: r闚nikowe dla odmierzania pory dnia i prostopad貫 do niego – dla odmierzania deklinacji. Przez celownik widoczne s na obranej na tarcz zegara powierzchni punkty, odpowiadaj帷e cieniowi ko鎍a strza趾i i mog by oznaczone jako punkty podzia貫k.
Rys. 5Rys. 3 i 4 przedstawiaj najprostsze typy zegar闚 s這necznych – nie posiadaj帷e linii dziennych. Pierwszy wyobra瘸 zegar r闚nikowy, u篡wany przewa積ie jako przeno郾y, gdy podzia jego jest przydatny dla ka盥ej szeroko軼i geograficznej, o ile jest ustawiony r闚nolegle do r闚nika. W tym celu zegar mo瞠 si pochyla w swej podstawie; pochylenie to mierzy si 逝kiem po dzia趾i naci皻ej na jego ramie pionowej i winno wynosi k徠 r闚ny k徠owi szeroko軼i geograficznej miejsca ustawienia zegara. Drugi typ przedstawia tarcz zwyk貫go zegara poziomego.
Zegary pionowe rozr騜niamy: prostopad貫 do p豉szczyzny po逝dnika – po逝dniowe resp. p馧nocne – i sko郾e oraz r闚noleg貫 do niej – wschodnie lub zachodnie. Skos okre郵a si k徠em poziomym mi璠zy tarcz zegara i p豉szczyzn po逝dnika (azymutem Ω), licz帷 od kierunku po逝dniowego przez zach鏚; a wi璚 np.: Ω=45 oznacza zegar wschodni, Ω=135 zegar zachodni. Podzia tarczy zegara po逝dniowego (Ω=90) jest podobny do podzia逝 w zegarze poziomym; zegary sko郾e jak na rys. 5 maj podzia niesymetryczny wzgl璠em linii godz. 12; w zegarach r闚noleg造ch do p豉szczyzny po逝dnika podzia趾a przedstawia szereg linii r闚noleg造ch do osi 鈍iata.
Rys. 6Kszta速 tarczy bywa zastosowany do warunk闚 miejsca. Strza趾a, zwana zwykle gnomonem [2], mo瞠 by: w kszta販ie pr皻a, w闚czas godziny wskazuje o jej cienia; p豉ska, w kszta販ie tr鎩k徠a, godziny wskazuje wtedy cie jednej z g鏎nych kraw璠zi tr鎩k徠a, przy czym podzia tarczy zegara musi by rozsuni皻y na grubo嗆 strza趾i wzd逝 jej podstawy; wreszcie strza趾 mo瞠 stanowi i pojedynczy punkt jej teoretycznej linii, utworzony np. przez zako鎍zenie na tej linii pionowego lub innego pr皻a lub przez otworek w odpowiednio umieszczonej blaszce; w ostatnim przypadku wskazuje nie cie, lecz 鈍ietlna plamka po鈔鏚 cienia.
Nie mo瞠my tu dla braku miejsca opisywa najr騜norodniejszych typ闚 i odmian zegar闚 s這necznych, opartych na powy窺zych zasadach, a wi璚: r騜nych kulistych, refrakcyjnych lub refleksyjnych dla wskazywania wewn徠rz budynk闚, zegar闚 z nastawianymi wed逝g s這鎍a celownikami, ew. z mechanizmami, przekazuj帷ymi te ruchy na wskaz闚ki (rys. 6) zegar闚, wskazuj帷ych d逝go嗆 dnia (jak np. na pa豉cu w Wilanowie), kieszonkowych i r騜nych innych.
Rys. 7R闚nie mo瞠my tylko nadmieni, i istniej zegary s這neczne, oparte i na innych zasadach: a wi璚 np. staro篡tne "skaphe" – w kszta販ie wkl瘰貫j p馧kuli z gnomonem w jej 鈔odku – dziel帷e dzie niezale積ie od pory roku na 12 cz窷ci, zegary g鏎ali pirenejskich – w kszta販ie wisz帷ego cylindra, zwracanego poziom strza趾 ku s這鎍u – oparte na zmianie pionowej d逝go軼i jej cienia [3]; zegary analemmatyczne (projekcyjne), z podzia貫m na obwodzie elipsy ze strza趾, przesuwan w ci庵u, roku po kr鏒szej osi tej elipsy (rys. 7) [4] i inne.
W豉軼iwo軼i ostatniego typu, i przy pewnym nachyleniu jego wzgl璠em drogi s這鎍a cie strza趾i zmienia 2 fazy w ci庵u dnia kierunek swego ruchu k徠owego po tarczy, lub te za豉maniem si 鈍iat豉 w zegarze podobnym do "skaphe", po nape軟ieniu go wod – chc niekt鏎zy uczeni t逝maczy wspomniany w Pi鄉ie 安i皻em cud, sprawiony przez proroka Izajasza, mianowicie cofni璚ie si cienia na – niewiadomego nam typu – zegarze kr鏊a Ahaza (740 przed Nar. Chr.).
© 2015 by GNOMONIKA.pl
Autor: Emil Voellnagel
liczba wizyt: 934 | ocena: brak | komentarze: brak
Przypisy
  • Np. zegar wykonany przez Jastrz瑿owskiego na kamieniu nieforemnym w ζzienkach Warszawskich w r. 1828; posiada on opr鏂z podzia趾i godzinnej dwie linie dzienne: dla por闚na dnia z noc w d. 22 marca i 22 wrze郾ia i dla przesilenia dnia z noc letniego w d. 22 czerwca. Egzemplarz przyrz康u znajduje si w warszawskim Obserwatorium Astronomicznym.
  • "Gnomon" – po grecku: wska幡ik – oznacza w豉軼iwie s逝p pionowy (m. in. obeliski), s逝膨cy do okre郵ania pory dnia, w przeciwstawieniu do p騧niejszego pr皻a, r闚noleg貫go do osi 鈍iata ("polos"). Nazwa uog鏊nion zosta豉 z czasem na wszelkie strza趾i i nawet ca貫 urz康zenia do okre郵ania czasu wed逝g s這鎍a.
  • Rozpowszechnione u nas oko這 r. 1860 przez prof. T. Baranowskiego.
  • Staro篡tny zegar taki, odrestaurowany przez matematyka Lalanda w r. 1757 istnieje w miasteczku Bourg (Ain) we Francyi. Strza趾 tworzy sam obserwator, staj帷 na odpowiednim miejscu 鈔odkowej p造ty. Bulletin de la Soc. Astron. de France, 1912.
Seria: Emil Voellnagel – Zegary s這neczne nowoczesne
Chcesz skomentowa ten artyku b康 do陰czy do trwaj帷ej dyskusji?
Wejd na Forum i podziel si z nami swoimi przemy郵eniami i wra瞠niami.