|
|
Gnomika:
Historia zegarów słonecznych jest tak długa jak długa
jest historia dziejów świadomego obcowania z czasem i potrzebom jego mierzenia.
Można przyjąć, że pierwsze konstrukcje mierzące czas były oparte na gnomonach
(pionowe skierowane ku zenitowi obeliski, kolumny lub pręty) wykonanych
przez Babilończyków, znano je również w Indiach i Chinach, a także w Egipcie
później w Grecji i Rzymie. Były to pierwsze instrumenty obserwacyjne pomagające
w ustaleniu nie tylko położenia słońca na sferze niebieskiej, ale też i
innych obiektów astronomicznych. Ogólnie rzecz biorąc, pierwszym krokiem
w kierunku rozwoju zegarów słonecznych wiele tysiącleci przed n.e. było
wprowadzenie linii wyznaczającej lokalny południk, w momencie najwyższego
położenia słońca na niebie i równocześnie wyznaczającego kierunek północny.
Następnym znaczącym krokiem było podzielenie dnia na godziny, jednak nie
były to godziny równe do których jesteśmy przyzwyczajeni obecnie, lecz ich
długość zmieniała się wraz ze zmianą pór roku. W większości wspomnianych
wyżej cywilizacji dzielono dzień na 6, 8, 10 czy 12 godzin liczonych od
wschodu do zachodu, a to oznacza, że godziny zimowe były krótsze od letnich
i jedynie dwa razy w roku, podczas równonocy wiosennej i jesiennej długość
dnia i nocy się wyrównywała. Na przestrzeni wieków radzono sobie na wiele
sposobów z godzinami nierównymi (horae inequales) przy tym wymyślając różne
typy zegarów słonecznych mierzących również godziny równe (horae inaequales),
których tarcze umieszczano w płaszczyźnie horyzontu (zegary horyzontalne),
na ścianach budynków (zegary wertykalne), oraz w półkulistej przestrzeni
wydrążonej w kamiennych bloków, znane też były zegary przenośne, wspominane
w pracy Vitruviusa architekta Jullisza Cezara i Oktawiana Augusta napisanej
w I w. p.n.e. w której zresztą autor podaje wykreślny sposób sporządzenia
analematu pomocnego przy budowie zegarów słonecznych. Zasadniczo do czasów
Ptolemeusza (II w. n.e.) nie wprowadzono wielu zmian w budowie zegarów słonecznych,
dopiero jego traktat Analemma miał znaczący wpływ na technikę ich tworzenia.
Ptolemeusz opisuje w nim sposoby wykreślania z matematyczną dokładnością
skal godzinnych zegarów słonecznych, usytuowanych na różnych powierzchniach
pod dowolnymi kątami. Pod koniec pierwszego tysiąclecia n.e. uczeni islamscy
rozwinęli aparat matematyczny pozostawiony przez Ptolemeusza, oni też wprowadzili
wskazówkę równoległą do osi ziemskiej.
Gdy gnomonika arabska wykazywała już dość znaczne zaawansowanie, w Europie
dopiero dokonywano pierwszych kroków w tej dziedzinie, między innymi dzięki
przenikaniu islamskich doświadczeń naukowych do istniejących już europejskich
uniwersytetów. Od tego czasu notuje się stały i znaczny wzrost wiedzy gnomonicznej,
aż do XV wieku i następnych, kiedy osiągnięto jej szczyt rozwoju.
Pojawiają się nowe konstrukcje gnomoniczne, a zegary słoneczne są umieszczane
w wielu miejscach i przybierają różnorodne formy. W XVII i XVIII w. kilka
ośrodków europejskich stało się miejscem wręcz przemysłowej produkcji przenośnych,
kieszonkowych zegarów słonecznych.
Zmierzch praktycznego zastosowania zegarów słonecznych przypada na koniec
XIX w., kiedy dokładność zegarów mechanicznych znacznie wzrosła, oraz fakt,
że ze względów praktycznych wprowadzono 24 strefy czasowe, unifikując w
ten sposób system mierzenia czasu i zarzucając pomiar czasu oparty na czasie
prawdziwym miejscowym.
Wiek XX to czas realizacji wielu projektów gnomonicznych, teraz jednak spełniają
już inne funkcje, stały się dziełami sztuki użytkowej ozdabiającej ogrody,
elewacje ścian budynków, miejskich skwerów, a część z nich awansowała do
rangi zabytków dających świadectwo ludzkiej wiedzy i rzemieślniczego kunsztu.
Rodzaje zegarów słonecznych
Zgodnie z podstawową zasadą budowy nowoczesnych (tj.
takich które wskazują godziny równe) zegarów słonecznych, podstawowym
elementem tych przyrządów jest polos inaczej zwany wskazówką, w postaci
pręta lub krawędzi rzucającej cień, czy też w postaci punktu. W typowych
zegarach słonecznych wskazówka musi być ustawiona w ten sposób, by zajmowała
położenie równoległe do osi ziemskiej, istnieją też zegary słoneczne u
których wskazówka zegara, podobnie jak gnomon w starożytnych konstrukcjach
- ustawiona jest pionowo, celując w zenit, jednak by taki zegara wskazywał
godziny równe - wykres skali godzinnej musi przybrać bardziej skomplikowany
kształt od tych jakie postaram się pokrótce omówić. Podziałka godzinna
może być umieszczona bardzo różnie i zależnie od jej położenia można rozróżniać
kilka podstawowych typów zegarów słonecznych:
- równikowe,
- horyzontalne,
- wertykalne.
Równikowe:
Podziałka godzinna znajduje się na płaszczyźnie lub
pierścieniu równoległym do równika ziemskiego i jest określona w ten sposób,
że każdej godzinie odpowiada zmiana kierunku cienia o 15o. W praktycznym
wykonaniu możemy zastosować kilka rodzajów tych zegarów. W jednym z nich
umieszczamy na płaskiej tarczy podziałkę godzinną w postaci linii rozchodzących
się promienisto z punktu środkowego. Nad tym punktem środkowym, prostopadle
do powierzchni tarczy, ustawiamy pręt. Całość obracamy w ten sposób, że
jej część południowa będzie wzniesiona do góry pod kątem (90o - j). Podziałki
godzinne należy zaopatrzyć w napisy tak, aby linia skierowana na północ
określała godz. 12, linia zachodnia godz. 6, linia zaś wschodnia 18. Przy
tym układzie wystąpi jednak pewna niedogodność. Mianowicie w okresie zimowym,
kiedy Słońce znajduje się pod równikiem niebieskim, promienie jego oświetlają
dolną powierzchnię tarczy równikowej. Należałoby więc przedłużyć pręt
po podstawę i umieścić od dołu podziałkę analogiczną do podziałki górnej.
Trudność ta nie wystąpi, jeżeli zamiast pełnej tarczy równikowej umieścimy
płaszczyznę z wyciętym otworem w kształcie koła, przez którego środek
przechodzi pręt rzucający cień na obwód koła. Dzięki takiemu ułożeniu
wewnętrzna ścianka obwodu jest zawsze dobrze oświetlona i cień w postaci
ciemnej smugi jest wyraźnie widoczny na jasnym tle ścianki. Jeżeli zastosujemy
pełne koło otaczające pręt środkowy, wystąpi jako ujemna cecha tego modelu
ta właściwość, że w okresach zrównania dnia z nocą, kiedy Słońce znajduje
się w płaszczyźnie równika (21 marca i 23 września), część południowa
koła będzie rzucać cień na część północną i cały obwód z podziałką będzie
stale zakryty przed promieniami Słońca. Celem uniknięcia tego zjawiska
możemy odrzucić część południową koła, tym bardziej że i tak nie umieszczamy
na niej podziałki godzinnej. Ten model zapewnia możliwość odczytania zegara
zawsze z wyjątkiem dwóch początkowych i końcowych godzin w dniach równonocy.
Dalszą ewolucję tego typu zegara możemy przeprowadzić w ten sposób, że
skalę godzinną umieścimy na pasie okrążającym spiralnie pręt środkowy.
Spirala taka może posiadać cały zwój lub tylko odpowiednią część, tak
aby pomieścić na niej 16 godzin i aby poszczególne części spirali nie
rzucały cienia na podziałkę w tych porach dnia, kiedy dana część podziałki
powinna być oświetlona celem uwidocznienia cienia pręta. Jeżeli spirala
będzie częścią bocznej ściany walca, którego oś stanowi pręt rzucający
cień, podziałki godzinne będą rozmieszczone równomiernie. Możemy jednak
celem uzyskania efektów dekoracyjnych zwężać lub rozszerzać poszczególne
części spirali nadając jej dowolny kształt, a nawet zamiast spirali zastosować
linię łamaną. Zmieni to tylko umieszczenie podziałek skali. Do określania
tych podziałek pomocna nam będzie zasada, że miarą czasu jest kąt, o jaki
przesuwa się cień, i dlatego poszczególne podziałki musimy umieszczać
w ten sposób, aby niezależnie od kształtu i rozmiarów skali każdej godzinie
odpowiada zmiana kierunku cienia o 15 stopni. Jako uzupełnienie podam,
że zamiast pręta możemy umieścić całą płaszczyznę której krawędź będzie
spełniała rolę pręta rzucającego cień. Krawędź ta musi więc być odpowiednio
ustawiona.
Horyzontalne:
Podziałki godzinne umieszczone na płaszczyźnie równikowej
są jednostajne, tzn. że jednakowym odstępom czasu odpowiadają jednakowe
kąty na podziałce. Często jednak wygodniej jest stosować zegar o płaszczyźnie
poziomej. Pręt rzucający cień pozostaje w takiej pozycji, jak przy zegarach
równikowych, tylko samą podziałkę przenosimy na płaszczyznę poziomą. Przeniesienie
to powoduje zmianę podziałki z jednostajnej na niejednostajną - równym
odstępom czasu odpowiadają nierówne kąty między liniami podziałki. Godzinę
12 oznacza nadal linia skierowana na północ, zaś godziny 6 i 18 linie
zachodnia i wschodnia. Tylko pośrednie podziałki są przesunięte.
Zegary poziome spotykamy często na postumentach jako dekoracje parków
i ogrodów, pręt zaś jest często zastąpiony krawędzią odpowiednio umieszczonej
blachy.
Wertykalne:
Innym typem zegarów słonecznych są zegary umieszczone
na ścianach pionowych. Tak jak w poprzednich typach pręt rzucający cień
jest ustawiony w sposób opisany wyżej. Górnym swoim końcem przymocowany
jest do ściany i odchylony od niej w stronę południową w ten sposób, że
z poziomem tworzy kąt j, czyli ze ścianą pionową (90o-j). Podziałka umieszczona
na ścianie składa się z linii rozchodzących się promieniście od punktu
przymocowania pręta i podobnie jak przy zegarze poziomym jest niejednostajna.
Najprostszą postać posiada wtedy, kiedy ściana, na której umieszczony
jest zegar, zwrócona jest dokładnie w stronę południową, czyli znajduje
się w płaszczyźnie wschód-zachód. Pręt rzucający cień odchylony dolnym
końcem w stronę południową znajduje się w płaszczyźnie pionowej prostopadłej
do ściany. Godzina 12 określona jest linią pionową skierowaną w dół od
punktu przymocowania pręta; podziałki odpowiadające godz. 6 i 18 przebiegają
poziomo, inne zaś godziny umieszczone są symetrycznie po obu stronach
godz. 12.
Stowarzyszenia:
North American Sundial Society
Adres w sieci: http://sundials.org/
Austrian Astronomical Society - Working Group for Sundials
Adres w sieci: http://tirol-php.highway.
telekom.at/k.schwarzinger/gsagb.htm
The British Sundial Society
Adres w sieci: http://www.sundialsoc.org.uk/
Deutsche Gesellschaft für Chronometrie
Adres w sieci: http://www.dg-chrono.de/
The National Association of Watch & Clock Collectors
Adres w sieci: http://www.nawcc.org/
Swiss Society of Chronometry
Adres w sieci: http://www.centredoc.ch/ssc/
La Commission des Cadrans solaires du Québec
Adres w sieci: http://cadrans_solaires.scg.ulaval.ca/
Sezione Quadranti Solari
Adres w sieci: http://www.mclink.it/mclink/astro/
uai/sez_gqs/intvind.htm
Societat Catalana de Gnomonica
Adres w sieci: http://www.gnomonica.org/
O historii gnomoniki:
A Brief History Of Sundials
Adres w sieci: http://www.bullheadcity.com/
sundials_history.htm
Equinox--The Mayan Astronomers
Adres w sieci: http://www.piramideinn.com/equinox.htm
sundials_history.htm
Źródło informacji:
Marcin Egert
marcin.egert@zegarysloneczne.pl
http://www.zegarysloneczne.pl/old_serwis/index.html
|
|