¿Cómo funciona un reloj de sol?

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Actualizado el 07 de septiembre de 2019

Por Kevin Beck

Trate de imaginar un mundo sin Internet. Eso es al menos un poco incómodo, ¿verdad? Ahora, elimine de la ecuación los dispositivos móviles de cualquier tipo, junto con las cámaras digitales y la tecnología GPS.

Cuando vas aún más lejos y expulsas los relojes de pulsera y de pared de la mezcla, las cosas comienzan a sentir casi pánico a toda prisa. Hoy es difícil creer que hasta principios del siglo XIX, la reloj de sol ¡Había sido la forma principal de la humanidad de medir el tiempo durante miles de años!

Sin embargo, todo eso es una preparación para la pregunta real: ¿Qué pasaría si no pudieras decir la hora? ¿En absoluto? Como en, ¿qué pasaría si la vida careciera de contexto para precisar la noción completa de «cuándo» en algo parecido al sentido inmediato? (Un terrícola moderno está mal preparado para siquiera enfrentarse a esta pregunta; probablemente no le sea posible purgar su mente de todo el concepto de segundos, minutos y horas, y de la previsibilidad que ofrece todo el esquema del tiempo estructurado).

En algún momento de la evolución cognitiva humana, sus antepasados ​​desarrollaron la capacidad de asociar fenómenos astronómicos rutinarios, o al menos regulares, con el paso de cantidades fijas de «tiempo», cualquiera que sea y como sea que conciban esta cantidad (que aún hoy elude una descripción adecuada). incluso si hay una forma de explicarlo en matemáticas y física).

Algunos ejemplos son la salida y la puesta del sol, las estrellas y la luna cada día, las fases de la luna y la forma en que el cielo pasa por una transformación precisa y predecible cada vez que la Tierra completa otro giro alrededor de su eje de rotación (un «día» ) o viaje alrededor del sol (un «año»).

Introduzca el reloj de sol: los conceptos básicos

En una etapa determinada de la evolución humana o prehumana, la creación de herramientas elaboradas permitió a sus ancestros acelerar su separación efectiva de otros simios. Los cerebros de los homínidos se volvieron lo suficientemente sofisticados como para apreciar la relación temporal entre las inevitabilidades físicas de su entorno y las realidades biológicas que debían conocer, como el hecho de que es más fácil dormir «de noche» (es decir, en la oscuridad), pero también la hecho de que ciertos depredadores peligrosos andan al acecho cuando está oscuro.

¿Qué es un reloj de sol? Formalmente, es un cronómetro (es decir, un reloj) que usa la sombra producida por la luz del sol que cae sobre una barra vertical para mostrar la hora local. Por razones que verá en breve, la varilla, llamada estilo, debe colocarse paralelo al eje de rotación de la Tierra y apuntar hacia una posición en el cielo que corresponda al norte exacto, o al polo norte celeste (CNP).

Por lo tanto, en cualquier latitud geográfica dada, la varilla debe estar inclinada en un ángulo con respecto al horizonte (es decir, la horizontal) que sea idéntico a la magnitud de esa latitud.

Por ejemplo, alguien que construya un reloj de sol a 40° de latitud en Boulder, Colorado, en los Estados Unidos, apuntaría el gnomon 40 grados por encima de la mitad del horizonte norte, justo por debajo de la mitad del punto directamente arriba (el cenit). Como sabrás, dado que hay 360 grados en un círculo, un semicírculo como el cielo cubre 180 grados; esto significa que la distancia angular desde cualquier horizonte hasta el cenit es la mitad de esto, o 90 grados.

  • Nota: Las instrucciones de este artículo están dirigidas a los lectores del hemisferio norte. Otros deberían invertir las direcciones norte-sur a medida que surjan situaciones que lo requieran.

Aprendiendo sobre los relojes de sol

Tener un manejo adecuado de los hechos básicos del reloj de sol requiere memorizar los nombres de algunas partes inmóviles, pero se espera que aborde este pensamiento como un astrónomo y aprecie no solo la asombrosa artesanía de un reloj de sol de alta calidad, sino también la ciencia que ha permitido que esta clase de dispositivos realicen su trabajo único e interminable durante miles de años de historia humana.

Estará expuesto a todo tipo de términos nuevos e interesantes a medida que lea este artículo, e incluso estará preparado para construir su propio reloj de sol, ya sea sencillo o elaborado, para cuando termine. Pero lo más importante en lo que debe tratar de enfocar su pensamiento aquí es en las relaciones entre los eclípticala Ecuador celestialy el polos celestes.

Verá, cuando aprende sobre relojes de sol, en realidad no está aprendiendo cómo hacer una herramienta pintoresca, aunque fascinante, que ya no es necesaria gracias a los saltos colosales y continuos en la tecnología humana. Estás aprendiendo mucho sobre el marco mismo de la astronomía: cómo se ubican y etiquetan los objetos, y cómo los ciclos celestiales que ves y das por sentado se integraron incluso en los primeros relojes de sol del 1500 a. C. más o menos.

El ecuador celeste

Los creadores originales del reloj de sol reconocieron la relación entre la geometría simple y el comportamiento, o específicamente el aparente comportamiento, de los objetos en el cielo. La distinción es importante, porque para los propósitos de un reloj de sol, la Tierra se trata como fija, con otras cosas «ascendiendo», «poniendo» y «cruzando el cielo», descripciones que solo tienen sentido desde el punto de referencia de un observador de la Tierra. y que explican por qué los antiguos hizo Es comprensible pensar que todo en el cosmos literalmente gira alrededor de la Tierra.

La forma más fácil de imaginar el sistema utilizado para mapear objetos en el cielo es tomar el que se usa aquí en la Tierra (latitud y longitud) e imaginar las líneas imaginarias que se proyectan en una esfera imaginaria (en realidad, un hemisferio, ya que solo puede ver la mitad de ella) en el cielo. Un plano dibujado a través del medio de la Tierra a través de su ecuador intersecta este esfera celestial en un círculo, que se presenta como una línea llamada Ecuador celestial.

la eclíptica

Mientras tanto, otra línea circular en el cielo está formada por la extensión del plano de revolución de la Tierra alrededor del sol. Esta línea imaginaria se llama eclíptica, y representa la trayectoria aparente de 360 ​​grados del sol a lo largo de cada año con respecto a las estrellas de fondo distantes. estas estrellas Aparecer inmóvil en comparación con el sol y los planetas, porque una forma en que medimos el movimiento de este último es tratando al primero como un marco de referencia «fijo».

  • Durante un viaje en automóvil, cosas lejanas como nubes y montañas lejanas parecen estar moviéndose con usted, incluso cuando establece rápidamente una distancia horizontal entre usted y los árboles, vacas y otros objetos que están mucho más cerca de la carretera. Esto es cierto a pesar de que esas montañas, como estrellas distantes, de hecho se están desplazando con respecto a tu propia posición; simplemente están haciendo mucho, mucho más lentamente.

Debido a que el eje de rotación de la Tierra está inclinado 23,4° con respecto a su plano de revolución alrededor del sol, la eclíptica y el ecuador celeste están desplazados (inclinados) en esta cantidad. Pero se encuentran en dos puntos, como aros de hula hula del mismo tamaño que se cruzan. El sol sigue el ecuador celeste en estos dos días en todas partes de la Tierra, en el equinoccio de primavera (transición de invierno a primavera en el hemisferio norte) y transición de verano a otoño (equinoccio de otoño).

  • La rotación diaria de la Tierra y el hecho de que no hay estrellas visibles cuando el sol sí lo es, dificulta la visualización de la eclíptica para un recién llegado. ¡Asegúrese de consultar los diagramas con frecuencia mientras lee sobre los relojes de sol!

Otros términos astronómicos estándar

En la Tierra, las líneas de latitud son paralelas entre sí desde el ecuador hasta ambos polos. Las líneas en el cielo correspondientes a las líneas de latitud se llaman líneas de declinacióny establecer la ubicación dimensional norte-sur.

Las líneas de longitud, por otro lado, también se llaman meridianos en la Tierra. Estos pueden imaginarse como radiando hacia afuera desde los dos puntos formados por los polos celestes y encontrándose nuevamente en el polo opuesto, aunque ningún observador de la Tierra puede ver ambos polos a la vez. La línea que pasa directamente desde el norte en el horizonte a través del cenit y hacia el sur en el horizonte opuesto se conoce como «el» meridiano en la jerga celeste.

  • Debido a que el meridiano separa la esfera celeste en mitades este y oeste, juega un papel crítico en el diseño y posicionamiento del reloj de sol.

Al identificar la posición este-oeste en el cielo de un objeto celeste, esta parte de la coordenada se conoce como ascensión recta.

Historia del reloj de sol

Seguramente habrás notado que cuando el sol está cerca del horizonte (temprano en la mañana o al final de la tarde), las sombras son más largas que cuando el sol está más directamente sobre ti. Sin embargo, el sol cruza el cielo a la misma velocidad todo el tiempo, incluso si las sombras cambian de tamaño y forma a diferentes velocidades.

Este capricho de la geometría inspiró los primeros relojes de sol, ya que sus inventores se dieron cuenta de que el «tiempo» podía dividirse de manera confiable no solo en días sino en porciones de un día. La facilidad mejorada de programar las actividades de la vida bajo un sistema de este tipo es obvia.

Se cree que los primeros relojes de sol se remontan a Egipto, alrededor del año 1500 a. Algunos de estos eran en realidad de tamaño de bolsillo y se podían llevar, porque el estilo (Griego para «poste») en realidad podría ser un agujero de alfiler en lugar de una varilla. Se habían vuelto útiles para medir el tiempo incluso al minuto cuando los relojes mecánicos se volvieron comunes y confiables, y se usaron hasta bien entrado el siglo XIX para verificar la precisión de los relojes «reales».

Partes y funcionamiento de un reloj de sol

los estilo ya ha sido mencionado. Debe tener dos características: debe apuntar hacia el polo celeste y debe estar inclinado en un ángulo con el horizonte exactamente igual a la latitud del observador. A menudo se hace en forma de aleta.

los placa de marcación es la superficie sobre la que se proyecta la sombra del sol. Puede ser cilíndrico o plano, y marcado en las divisiones que elija su creador, siempre que se alineen con el tiempo exacto.

Líneas de hora se encuentran por razones evidentes en prácticamente todos los relojes de sol y marcan puntos exactos (aunque seleccionados arbitrariamente, en cierto sentido).

los nudo es una muesca en el gnomon que permite determinar una posición exacta y nítida a lo largo de la línea de la sombra, que de otro modo sería borrosa.

tipos de relojes de sol

Los relojes de sol se pueden dividir en dos tipos básicos, diales de altitud y diales direccionales.

Un esfera de altitud permite la determinación del tiempo utilizando la distancia del sol sobre el horizonte. En todos los casos, estos deben estar orientados a una dirección de la brújula, mientras que en otros el propio sol es un punto de referencia. Los tipos seleccionados incluyen esferas planas, esferas de cilindro, esferas de escafa y esferas de anillo.

A dial direccional se basa en el acimut (dirección de la brújula) y en el ángulo del sol a medida que se acerca al meridiano al mediodía. Los subtipos incluyen diales horizontales, verticales polares, azimutales y equinocciales.

En todos los casos, puede imaginar el sol saliendo y proyectando una amplia sombra desde un lado que gradualmente se estrecha hasta convertirse en una línea a medida que se acerca el mediodía y luego repite la «película» al revés en el otro lado de la placa del dial hasta que se pone el sol.

Reloj de sol hágalo usted mismo

Las sugerencias para hacer su propio reloj de sol son fáciles de encontrar, y en los Recursos se incluye una para comenzar. Recuerde, lo más importante no son los materiales exactos o cuán adornada se ve la creación; es que entiendes la física y puedes explicársela a cualquiera que tenga el buen sentido de preguntarte sobre tu arduo trabajo.

Ah, y un último consejo: no elija un día lluvioso para su demostración, ¡esto hará que el ejercicio sea mucho más «esclarecedor» para todos los presentes!

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