Emil Voellnagel ››› Przegl?d Techniczny nr 13-14, 3 kwietnia 1917

Zegary s?oneczne nowoczesne (cz. 2)

5 grudnia 2015, godz. 22:07
 
Przejd?my teraz do interesuj?cych nas pyta? o dok?adno?ci zegar闚 s?onecznych, kt鏎a mierzy si? wielko?ci? b??d闚 ich wskaza?. Poza b??dami, zawartymi w podziale oraz pope?nionymi przy odczycie, kt鏎e w naturalnej swej wielko?ci wchodz? do wskaza?, mog? w ka?dym zegarze pozostawa? pewne b??dy w ustawieniu tarczy i strza?ki. A wi?c, nie licz?c stosunkowo ?atwiejszych do unikni?cia b??d闚, mog? zachodzi?: w zegarze pionowym – b??d w azymucie tarczy, to jest niezgodno?? k?ta, przyj?tego do kre?lenia jej, z rzeczywistym, i b??d w po?o?eniu strza?ki, b?d? wzgl?dem p?aszczyzny po?udnika (b??d azymutalny), b?d? wzgl?dem szeroko?ci geograficznej (b??d w pochyleniu); w zegarze poziomym – b??d w orientacji ca?ego zegara wzgl?dem po?udnika i w pochyleniu strza?ki; wreszcie w zegarze r闚nikowym – b??d w orientacji i pochyleniu ca?ego zegara.
Rys. 8B??dy te maj? r?ny wp?yw na wskazania zegara w r?nych porach dnia i roku, zale?ny r闚nie? od szeroko?ci geograficznej, a w zegarach pionowych i od azymutu tarczy. Oczywistym jest jednak?e i jest to zalet? zegar闚 s?onecznych, ?e wszystkie wspomniane b??dy wskaza? – maj?c swe wahania dzienne lub roczne – nie wzrastaj? ;z biegiem czasu, jakby to mia?o miejsce w najlepszych nawet zegarach mechanicznych.
Dok?adn? teori? tych b??d闚 i ich przebiegu w zegarach pionowych i poziomych znajdujemy w dzie?ku dra L飉chnera [5], po raz pierwszy, jak zaznacza autor, w gnomonice opracowan?. Podajemy z niej na rys. 9-12 typowe wykresy, daj?ce mo?no?? rozpoznawania, kt鏎y z element闚 badanego zegara jest wadliwy.
Krzywe wykre?lone s? dla g?闚nych p鏎 roku: δ=0, +23,5 i -23,5, w granicach godzin, w kt鏎ych dany zegar wtedy mo?e wskazywa? ze wzgl?du na skrywanie si? s?o?ca pod poziom lub w zegarach pionowych i za ich tarcz?. Szeroko?? geograficzna dla wszystkich wykres闚 przyj?ta jest 45.
Rys. 9B??d wskaza?, wywo?any w zegarach pionowych b??dem w azymucie ?ciany (rys. 9), jest niezale?ny od pory roku i r闚ny zawsze zeru o godzinie 12 (kt鏎ej linia pozostaje pionow? dla wszelkich azymut闚), jak r闚nie? o godzinie, okre?lonej przez rzut strza?ki na ?cian?. W po?rodku mi?dzy tymi dwiema godzinami le?y maksimum resp. minimum b??du, od kt鏎ego w obydwie strony zegar p?ni si? lub w obydwie – spieszy.
Rys. 10a i 10b wskazuj? przebieg b??du wskaza?, wywo?anego w zegarach wschodnim i po?udniowym przez wychylenie strza?ki z p?aszczyzny po?udnika. Zera b??du przypadaj? na chwile wej?cia i zej?cia s?o?ca z p?aszczyzny, tarczy i na godz. 6 rano i 6 wieczorem, kiedy wychylenie strza?ki (prostopad?e do p?aszczyzny po?udnika), le?y w p?aszczy?nie godzinnej; dla zegara zachodniego wykres by?by symetryczny do rys. 10a.
Rys. 10B??d wywo?any nieodpowiednim do k?ta szeroko?ci geograficznej pochyleniem strza?ki (rys. 11a i 11b) jest dla ka?dego zegara r闚ny zeru o godz. 12 i w chwilach wej?cia i zej?cia s?o?ca z tarczy. Ma przebieg sinusoidalny o przeciwnych kierunkach przed i po po?udniu; zegar sp?nia si? wi?c rano i spieszy po po?udniu, lub na odwr鏒. Dla zegara wschodniego, kt鏎ego dotyczy rys. 11a, i zegara zachodniego, wykresy s? symetryczne wzgl?dem siebie. Wykres dla zegara po?udniowego (rys. 11b) jest miarodajny r闚nie? dla zegara poziomego, ze zmian? jednak znak闚 deklinacji δ.
Wreszcie na rys. 12, przedstawiaj?cym wykres b??du, wywo?anego z?em ustawieniem ca?ego zegara poziomego wzgl?dem po?udnika, nale?y zauwa?y?, i? podczas por闚nania dnia z noc? (δ=0) b??d ma w ci?gu dnia wielko?? sta??.
Rys. 11Do powy?szych teoretycznych wykres闚 mo?emy do??czy? w?asne otrzymane w praktyce. Rys. 13 przedstawia mianowicie wyniki obserwacji zegara, wyobra?onego na rys. 5 [6] i maj?cego dane: azymut 76, szeroko?? geograficzn? 52 1/4, wymiar p?yty 50 X 50 cm, d?ugo?? strza?ki 30 cm; z powodu s?siednich budowli pory wskazywania zegara s? zw?aszcza w zimie nieco ograniczone w por闚naniu z teoretycznymi. Poza nieuniknionymi b??dami przypadkowymi obserwacji charakter otrzymanych wykres闚 odpowiada teoretycznym. Pocz?tkowo (w r. 1913) przebieg b??du tworzy? w sierpniu, przy δ=+15, prawie prost? lini? A; by? wi?c wynikiem z?ej orientacji ca?ego zegara wzgl?dem po?udnika i odpowiada? rys. 9 i 10 razem wzi?tym lub rys. 12. Po poprawieniu pozycji strza?ki pozosta? b??d B, powodowany pozycj? tarczy, to jest wed?ug rys. 9. W r. 1916, po zmianie strza?ki (ze stalowej na miedzian?) otrzymano, r闚nie? w sierpniu, analogiczn? krzyw? C; w pa?dzierniku za?, przy δ=41/2, otrzymano krzyw? D; r?nica krzywych D i C, maj?ca charakter rys. 11a, jest jednak zapewne nie tylko skutkiem pewnego b??du w pochyleniu strza?ki, niezaznaczaj?cego si? w lecie przy mniejszej czynnej d?ugo?ci jej, lecz i wynikiem przypadaj?cego w zimie bli?ej po?udnia wp?ywu refrakcji. Na og? b??dy zegara nie o wiele przekraczaj? ±1 minut?.
Liczbowo wyprowadza L飉chner stosunek powy?szych b??d闚 w budowie zegara do b??d闚 jego wskaza? jak nast?puje: aby maksimum b??du wskaza? zegara nie przenosi?o 1 minuty czasu, musz? poszczeg鏊ne jego cz??ci posiada? dok?adno?? nast?puj?c? (w minutach ?uku):
W zegarze pionowym wschodnim Ω=45 i zachodnim Ω=135 b??dy, jak wida? z wykres闚, s? dla tej samej dok?adno?ci wskaza? dopuszczalne o mniej wi?cej 1/4 w azymucie i 1/3 w pochyleniu strza?ki mniejsze, ni? w zegarach po?udniowych.
Rys. 12Dla zegar闚 r闚nikowych danych u L飉chnera nie znajdujemy; b??dy azymutalne zegara wywo?uj? tu b??dy wskaza? takie same, jak w zegarach poziomych, b??dy za? spowodowane wadliwym pochyleniem zegara s? przy δ=0 w og鏊e r闚ne zeru, a przy innych δ r闚ne tylko r?nicom, jakie zachodz? w zegarze poziomym mi?dzy b??dami przy tych δ i b??dami przy δ=0.
Unikaj?c zatem budowania zegar闚 zbyt sko?nych wzgl?dem p?aszczyzny po?udnika i stosuj?c w naszych szeroko?ciach geograficznych dok?adno?? do 1/4, otrzymamy dok?adno?? wskaza? do 1 minuty. ?e poprawno?? rysunku podzia?ki tarczy dok?adno?ci tej nie zmniejsza, a wymiar zegara na odpowiednio dok?adny odczyt – zw?aszcza przy zastosowaniu 5 lub 10-minutowej podzia?ki – pozwala, mo?na uwa?a? za warunek stale do osi?gni?cia.
Rys. 13Przez powi?kszenie wymiaru mo?na oczywi?cie dok?adno?? odczytu znacznie spot?gowa?, jak tego mamy liczne przyk?ady. W wiekach ?rednich urz?dzano gnomony do okre?lania pewnego tylko momentu dnia, np. po?udnia; w gnomonie urz?dzonym w r. 1468 w Katedrze Florenckiej otw鏎 ?wietlny po?o?ony by? na wysoko?ci 277 st鏕 nad lini? poziom? godziny 12 i pozwala? na obserwacj? kulminacji s?o?ca z dok?adno?ci? do 1/2 sek. W Indiach Wschodnich w Delphi znajduje si? zbudowany oko?o r. 1724 zegar r闚nikowy (rys. 14) z podzia?em o kilkunastu metrach ?rednicy; strza?k? tworzy ?ciana d?ugo?ci 36 m, wysoko?ci 18 m; dok?adno?? wskaza? tego zegara, kt鏎ej, niestety, poda? nie mo?emy, musi by? znaczna. Zegar pionowy na ?cianie obserwatorium Flamariona w Juvisy, zbudowany w r. 1906, posiada wymiary 8,5 X 4,5 m i wskazuje po?udnie z dok?adno?ci? kilku sekund.
Zaznaczy? nale?y, i? istniej? i dzi? gnomony, s?u??ce do okre?lania po?udnia, kt鏎e przy rozmiarach przeno?nego instrumentu daj? dok?adno?? do u?amka sekundy dzi?ki zastosowaniu soczewek, ciemni, libel itp., lecz s? to ju? przyrz?dy, kt鏎e do u?ytku powszechnego si? nie nadaj?.
Rys. 14Osi?gni?cie wspomnianej dok?adno?ci 1/4 w ustawieniu poszczeg鏊nych cz??ci zegar闚 s?onecznych jest stosunkowo ?atwe, o ile dotyczy ustawienia tarczy poziomo, wzgl?dnie pionowo, lub r闚nolegle do r闚nika, jak r闚nie? pochylenia strza?ki pod w?a?ciwym k?tem do tarczy. K?opotliwszym natomiast jest zorientowanie zegara wzgl?dem po?udnika, kt鏎e dla zegara sta?ego osi?ga si? jednorazowo czy to przez obserwacje astronomiczne, czy przez u?ycie dok?adnego chronometru, czy przez nawi?zanie do sieci triangulacyjnej, kt鏎e jednak w zegarach przeno?nych wymaga prostszych sposob闚 ze wzgl?du na cz?stokrotno?? stosowania.
Dawniej uciekano si? do pomocy ig?y magnesowej, co oczywi?cie nie dawa?o dostatecznej dok?adno?ci i wymaga?o znajomo?ci deklinacji magnetycznej danego miejsca. O ile zegar przeznaczony by? dla jednej tylko, wiadomej, szeroko?ci geograficznej, to orientacj? osi?gano jeszcze w ten spos鏏, i? budowano dwa lub wi?cej zegar闚 na r?nych p?aszczyznach jednej i tej samej bry?y: by?a ona zorientowana dobrze, o ile wszystkie jej zegary wskazywa?y t? sam? godzin?. Przyk?ad takiej bry?y o kilkunastu zegarach przedstawia rys. 15.
Rys. 15Praktyczne rozwi?zanie zadania daje wspomniana na pocz?tku zasada zale?no?ci cienia od pory roku. Je?eli przy tym zamiast d?ugo?ci cienia pos?ugiwa? si? b?dziemy, co na jedno wychodzi, kierunkiem promienia s?onecznego, tworz?cego ten cie?, a wi?c np. celownikiem, kierowanym na s?o?ce, i przez obr鏒 przyrz?du w p?aszczy?nie poziomej, b?dziemy si? starali nie osi?ga? nie okre?lon? d?ugo?? cienia, lecz natrafianie na ?rodek s?o?ca celownika, pochylonego odpowiednio do szeroko?ci geograficznej i deklinacji – to do wspomnianego sposobu orientacji nadawa?yby si? ju?: i przyrz?d Jastrz?bowskiego i pod wzgl?dem mechanizmu analogiczny z nim cho? ozdobniejszy angielskiej roboty zegar z rys. 7, pochodz?cy z pierwszej po?owy XVIII w. My?li tej nie mieli jednak autorzy wspomnianych instrument闚, gdy? pierwszy podaje dla swego przyrz?du inne, do?? ?mudne, sposoby orientacji, a drugi zaopatrzy? sw鎩 zegar w ma?o pewn? ig?? magnesow?.
Od do?? dawna s? u?ywane do okre?lania po?udnika na powy?szej zasadzie – specjalnej konstrukcji teodolity ameryka?skie, przy czym dzi?ki lunecie osi?ga si? dok?adno?? do 1 lub 2 minut. W gnomonice za? zastosowana zosta?a ta zasada przez dra Maurera w Hamburgu [7] w zegarze r闚nikowym przeno?nym, zbudowanym przez niego dla 20 stacji meteorologicznych w niemieckiej Afryce Wschodniej, gdzie obserwacje astronomiczne nie by?y wykonalne i deklinacja magnetyczna nie by?a znana.
Rys. 16Zegar ten (rys. 16) mo?e by? ustawiony bez obserwacji astronomicznych i bez pomocy busoli w ka?dej miejscowo?ci, kt鏎ej szeroko?? geograficzna jest znana z dok?adno?ci? do 1/2, wi?c np. z mapy; a mianowicie: je?eli kwadrant Q stoi pionowo, i pion S wskazuje na nim k?t szeroko?ci geograficznej – to zegar jest wtedy wzgl?dem po?udnika ustawiony dobrze, kiedy cie? n wyci?cia N, zrobionego na ?rodku grzbietu K-K, pada i przez ca?y dzie? pozostaje na jednym z k? cylindrycznej powierzchni podzia?owej w takiej odleg?o?ci od ko?a ?rodkowego m-m, jaka odpowiada chwilowej deklinacji s?o?ca i jaka wskazana jest w mm dla ka?dego dnia roku w tabeli, znajduj?cej si? przy zegarze. Cie? grzbietu K-K (b?d?cego osi? cylindra i strza?k? zegara), wskazuje wtedy pory dnia na liniach godzinnych r闚noleg?ych do K-K i przecinaj?cych prostopadle ko?a r闚nikowe. Wymiar zegara: 20x20x10 cm, podzia?ka godzinna na wk?adanych arkuszach papieru – do 5 min. odst?p k? r闚noleg?ych 1 mm, dok?adno?? wskaza? oko?o 1 minuty.
Udogodniony typ takiego zegara przedstawia zegar Holendra Fergusona (rys. 17). Cylinder podzia?owy jest tu wisz?cy, wi?c niezale?ny od r闚no?ci podstawy, statyw sk?adany, podzia? na celuloidzie; ko?a r闚noleg?e oznaczone s? wprost datami, co czyni tabel? zbyteczn?. B??d ma nie przenosi? 2 minut.
W tej?e wreszcie kategorii zegarze francuskim, Vicomte'a de Montmorin, cie? pewnego punktu winien przy w?a?ciwym do po?udnika ustawieniu zegara pada? zawsze na jedno i to? samo ko?o r闚nikowe, natomiast odpowiednio do pory roku nale?y sam punkt (otworek w blaszce) przestawia? po teoretycznej linii strza?ki wed?ug tabeli.
© 2015 by GNOMONIKA.pl
Autor: Emil Voellnagel
liczba wizyt: 4556 | ocena: brak | komentarze: brak
Przypisy
  • Dr. Hans L飉chner: 鈁er Sonnenuhren, Graz 1906.
  • Zegar ten zbudowa?em w r. 1912 do w?asnego u?ytku. Strza?ka wraz z obsad? wykonana zosta?a w fabryce instrument闚 geodezyjnych "&. Gerlach" w Warszawie.
  • Zeitschrift fur Instrumentenkunde, 1903.
Seria: Emil Voellnagel – Zegary s?oneczne 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.