นาฬิกาแดดทำงานอย่างไร?

เนื้อหา

• ป้อนนาฬิกาแดด: พื้นฐาน
• เรียนรู้เกี่ยวกับ Sundials
• เส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้า
• สุริยุปราคา
• ข้อกำหนดทางดาราศาสตร์มาตรฐานอื่น ๆ
• ประวัตินาฬิกาแดด
• ชิ้นส่วนและการทำงานของนาฬิกาแดด
• ประเภทของนาฬิกาแดด
• ทำมันเอง Sundial

ลองจินตนาการถึงโลกที่ไม่มีอินเทอร์เน็ต อย่างน้อยก็ น้อย อึดอัดใช่มั้ย ตอนนี้เอาอุปกรณ์มือถือทุกชนิดออกจากสมการพร้อมกับกล้องดิจิตอลและเทคโนโลยี GPS

เมื่อคุณก้าวต่อไปและนำนาฬิกาข้อมือและนาฬิกาแขวนผนังออกจากส่วนผสมสิ่งต่าง ๆ เริ่มรู้สึกตื่นตระหนกอย่างรวดเร็ว มันยากที่จะเชื่อในวันนี้จนถึงต้นปี 1800 นาฬิกาแดด เป็นวิธีหลักของมนุษย์ในการรักษาเวลาหลายพันปี!

สิ่งนั้นเป็นการเตรียมการสำหรับคำถามจริงทั้งหมด: ถ้าคุณไม่สามารถบอกเวลาได้ ที่ทั้งหมดหรือไม่ เช่นเดียวกับในถ้าชีวิตไม่มีการต่อต้านใด ๆ สำหรับการตรึงความคิดทั้งหมดของ "เมื่อ" ในสิ่งที่คล้ายกับความรู้สึกทันที? (Earthling ที่ทันสมัยนั้นไม่พร้อมที่จะเผชิญหน้ากับคำถามนี้อาจเป็นไปไม่ได้ที่คุณจะกำจัดความคิดของคุณในเรื่องของแนวคิดวินาทีวินาทีและชั่วโมงและความสามารถในการคาดการณ์ของเวลาทั้งหมดที่มีโครงสร้าง)

เมื่อถึงจุดหนึ่งในวิวัฒนาการทางปัญญาของมนุษย์บรรพบุรุษของคุณได้พัฒนาความสามารถในการเชื่อมโยงกิจวัตรหรืออย่างน้อยปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ด้วยการผ่าน "เวลา" จำนวนคงที่ไม่ว่าอะไรก็ตามและอย่างไรก็ตามพวกเขารู้สึกถึงปริมาณนี้ แม้ว่าจะมีวิธีการบัญชีในคณิตศาสตร์และฟิสิกส์)

ตัวอย่างคือการเพิ่มขึ้นและการตั้งค่าของดวงอาทิตย์ดวงดาวและดวงจันทร์ในแต่ละวันขั้นตอนของดวงจันทร์และวิธีที่ท้องฟ้าหมุนผ่านการเปลี่ยนแปลงที่แม่นยำและคาดการณ์ได้ทุกครั้งที่โลกหมุนรอบหมุนรอบแกนอีกรอบ (เป็น "วัน") ) หรือเที่ยวรอบดวงอาทิตย์ ("ปี")

ป้อนนาฬิกาแดด: พื้นฐาน

ในขั้นตอนที่กำหนดในวิวัฒนาการของมนุษย์หรือมนุษย์ก่อนการสร้างเครื่องมือที่ซับซ้อนอนุญาตให้บรรพบุรุษของคุณเร่งการแยกอย่างมีประสิทธิภาพจากลิงอื่น สมองของ Hominid มีความซับซ้อนพอที่จะเห็นคุณค่าความสัมพันธ์ชั่วคราวระหว่างความจำเป็นทางกายภาพในสภาพแวดล้อมและความเป็นจริงทางชีวภาพที่พวกเขาจำเป็นต้องรู้ตัวเช่นความจริงที่ว่ามันง่ายต่อการนอน "ตอนกลางคืน" (นั่นคือในความมืด) ความจริงที่ว่านักล่าที่อันตรายบางคนไปด้อม ๆ มองๆเมื่อมันมืด

นาฬิกาแดดคืออะไร? อย่างเป็นทางการก็คือ เครื่องวัดระยะเวลา (เช่นนาฬิกา) ที่ใช้ร่มเงาที่เกิดจากแสงแดดที่ตกลงบนแกนแนวตั้งเพื่อแสดงเวลาท้องถิ่น ด้วยเหตุผลที่คุณจะเห็นในไม่ช้าคันเรียกว่า แสงแดด, จะต้องวางในแนวขนานกับแกนโลกของการหมุนและชี้ไปที่ตำแหน่งในท้องฟ้าที่สอดคล้องกับทิศเหนือที่กำหนดหรือ ท้องฟ้าขั้วโลกเหนือ (CNP).

ดังนั้นที่ละติจูดทางภูมิศาสตร์ใด ๆ แท่งจะต้องเอียงในมุมที่ขอบฟ้า (นั่นคือแนวนอน) ที่เหมือนกับขนาดของละติจูดนั้น

ตัวอย่างเช่นคนที่สร้างนาฬิกาแดดที่ละติจูด 40 °ในโบลเดอร์, โคโลราโด, ในสหรัฐอเมริกา, จะมุ่งเป้าไปยังโนมอน 40 องศาเหนือกลางฟ้าเหนือเพียงแค่ครึ่งทางจนถึงจุดเหนือหัวโดยตรง สุดยอด) อย่างที่คุณอาจทราบเนื่องจากมีวงกลม 360 องศาวงกลมครึ่งหนึ่งเหมือนท้องฟ้าครอบคลุม 180 องศา นี่หมายความว่าระยะทางเชิงมุมจากขอบฟ้าใด ๆ ถึงจุดสูงสุดครึ่งหนึ่งของค่านี้หรือ 90 องศา

เรียนรู้เกี่ยวกับ Sundials

การมีข้อเท็จจริงที่ถูกต้องเกี่ยวกับนาฬิกาแดดขั้นพื้นฐานนั้นจำเป็นต้องจดจำชื่อของชิ้นส่วนที่ไม่เคลื่อนไหว แต่ก็หวังว่าคุณจะเข้าหาความคิดนี้เหมือนนักดาราศาสตร์และได้รับการชื่นชมไม่เพียง แต่งานฝีมือที่น่าตื่นตาตื่นใจของนาฬิกาแดดเท่านั้น วิทยาศาสตร์ที่อนุญาตให้อุปกรณ์ประเภทนี้ทำงานเดี่ยวไม่มีที่สิ้นสุดสำหรับประวัติศาสตร์มนุษย์เป็นพัน ๆ ปี

คุณจะได้สัมผัสกับคำศัพท์ใหม่ ๆ ที่น่าสนใจทุกรูปแบบเมื่อคุณอ่านบทความนี้และคุณจะได้รับการทรงตัวเพื่อสร้างนาฬิกาแดดของคุณเองไม่ว่าจะสุภาพหรือซับซ้อนตามเวลาที่คุณอ่าน แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับคุณที่จะพยายามจดจ่อที่นี่คือความสัมพันธ์ระหว่าง เกี่ยวกับสุริยุปราคา, เส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้า, และ เสาสวรรค์.

คุณจะเห็นว่าเมื่อเรียนรู้เกี่ยวกับนาฬิกาแดดคุณไม่ได้เรียนรู้วิธีสร้างความแปลกประหลาดหากเครื่องมือที่ไม่น่าสนใจอีกต่อไปต้องขอบคุณการกระโดดที่ใหญ่โตและกระโดดอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีของมนุษย์ คุณเอนตัวไปมากเกี่ยวกับกรอบของดาราศาสตร์ - วัตถุตั้งอยู่และติดป้ายอย่างไรและวัฏจักรของสวรรค์ที่คุณเห็นและรับอนุญาตนั้นถูกรวมเข้ากับแม้แต่นาฬิกาแดดที่เก่าแก่ที่สุดตั้งแต่ 1500 ปีก่อนคริสตศักราช

เส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้า

ผู้สร้างดั้งเดิมของนาฬิกาแดดได้รับการยอมรับความสัมพันธ์ระหว่างรูปทรงเรขาคณิตที่เรียบง่ายและพฤติกรรมหรือโดยเฉพาะ เห็นได้ชัด พฤติกรรมของวัตถุในท้องฟ้า ความแตกต่างมีความสำคัญเพราะเพื่อจุดประสงค์ของนาฬิกาแดดโลกได้รับการแก้ไขด้วยสิ่งอื่น ๆ "ขึ้น" และ "การตั้งค่า" และ "ข้ามท้องฟ้า" - คำอธิบายที่เหมาะสมจากจุดอ้างอิงของผู้สังเกตการณ์โลกเท่านั้น และทำไมบัญชีสมัยก่อน เคยทำ คิดอย่างเข้าใจว่าทุกอย่างในจักรวาลหมุนรอบโลกอย่างแท้จริง

วิธีที่ง่ายที่สุดที่จะจินตนาการว่าระบบที่ใช้ทำแผนที่วัตถุในท้องฟ้าคือการใช้สิ่งที่นี่บนโลก (ละติจูดและลองติจูด) และรูปภาพเส้นจำนวนจินตภาพที่ถูกฉายลงบนทรงกลมจินตภาพ ของมัน) ในท้องฟ้า ระนาบที่ลากผ่านกลางโลกผ่านเส้นศูนย์สูตรตัดกัน ทรงกลมสวรรค์ ในวงกลมซึ่งแสดงเป็นเส้นที่เรียกว่า เส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้า.

สุริยุปราคา

ในขณะเดียวกันเส้นวงกลมอีกวงหนึ่งในท้องฟ้านั้นถูกสร้างขึ้นโดยส่วนขยายของระนาบของการปฏิวัติโลกรอบดวงอาทิตย์ เส้นสมมุตินี้เรียกว่า เกี่ยวกับสุริยุปราคาและแสดงให้เห็นถึงเส้นทาง 360 องศาที่ชัดเจนของดวงอาทิตย์ในแต่ละปีด้วยความเคารพต่อดาวพื้นหลังที่ห่างไกล ดาวเหล่านี้ ปรากฏ ไม่เคลื่อนไหวเมื่อเปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์เพราะวิธีหนึ่งที่เราวัดความเคลื่อนไหวของสิ่งที่อยู่หลังนั้นกำลังปฏิบัติกับอดีตในฐานะกรอบอ้างอิง "คงที่"

เนื่องจากแกนการหมุนของโลกเอียงไป 23.4 °จากระนาบการหมุนรอบดวงอาทิตย์สุริยุปราคาและเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าจึงถูกชดเชย (เอียง) ด้วยจำนวนนี้ แต่พวกเขาพบกันที่จุดสองจุดเช่นการตัดฮูลาฮูพที่มีขนาดเท่ากัน ดวงอาทิตย์ติดตามเส้นศูนย์สูตรของท้องฟ้าในสองวันนี้ทุกที่บนโลกบน วสันตวิษุวัต (เปลี่ยนจากฤดูหนาวเป็นฤดูใบไม้ผลิในซีกโลกเหนือ) และเปลี่ยนจากฤดูร้อนเป็นฤดูใบไม้ร่วง (ฤดูใบไม้ร่วง Equinox).

ข้อกำหนดทางดาราศาสตร์มาตรฐานอื่น ๆ

บนโลกเส้นละติจูดนั้นขนานกันไปตลอดทางตั้งแต่เส้นศูนย์สูตรไปจนถึงขั้วทั้งสอง เส้นในท้องฟ้าที่สอดคล้องกับเส้นละติจูดเรียกว่าเส้นของ การปฏิเสธและสร้างที่ตั้งมิติเหนือ - ใต้

ในทางกลับกันเส้นลองจิจูดนั้นเรียกว่าเส้นเมอริเดียนบนโลก สิ่งเหล่านี้สามารถจินตนาการได้ว่าเปล่งประกายออกมาจากจุดสองจุดที่เกิดขึ้นจากขั้วฟ้าและพบกันอีกครั้งที่ขั้วตรงข้ามแม้ว่าจะไม่มีผู้ชม Earth เห็นทั้งสองขั้วพร้อมกัน เส้นที่ผ่านจากทิศเหนือโดยตรงไปยังขอบฟ้าผ่านสุดยอดและไปทางทิศใต้เนื่องจากขอบฟ้าตรงข้ามเป็นที่รู้จักกันในชื่อ "เที่ยง" ในศัพท์แสงท้องฟ้า

เมื่อระบุตำแหน่งทิศตะวันออก - ตะวันตกในท้องฟ้าของวัตถุท้องฟ้าส่วนหนึ่งของพิกัดนี้จะเรียกว่า สวรรค์ที่ถูกต้อง.

ประวัตินาฬิกาแดด

คุณได้สังเกตเห็นอย่างแน่นอนว่าเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า (เช้าตรู่หรือตอนบ่าย) เงาจะยาวกว่าเมื่อดวงอาทิตย์อยู่เหนือคุณโดยตรง แต่ดวงอาทิตย์กำลังข้ามท้องฟ้าด้วยความเร็วเดียวกันตลอดเวลาแม้ว่าเงาจะเปลี่ยนขนาดและรูปร่างด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน

แรงบันดาลใจของรูปทรงเรขาคณิตนี้เป็นแรงบันดาลใจให้นาฬิกาแดดเครื่องแรกในขณะที่นักประดิษฐ์ของพวกเขาตระหนักว่า "เวลา" สามารถแบ่งได้อย่างน่าเชื่อถือไม่เพียง แต่เป็นวัน แต่เป็นบางส่วนของวัน ความง่ายในการปรับปรุงการจัดกิจกรรมชีวิตภายใต้ระบบดังกล่าวชัดเจน

เชื่อกันว่านาฬิกาแดดที่เก่าแก่ที่สุดมีต้นกำเนิดมาจากอียิปต์ราว 1,500 ปีก่อนคริสตศักราช ขนาดเหล่านี้บางขนาดเท่ากระเป๋าจริงและสามารถพกพาไปได้เพราะ แสงแดด (กรีกสำหรับ "เสา") อาจเป็นรูเข็มแทนที่จะเป็นแท่ง พวกเขากลายเป็นประโยชน์สำหรับการจับเวลาแม้กระทั่งนาทีที่นาฬิกาจักรกลเวลากลายเป็นเรื่องธรรมดาและเชื่อถือได้และถูกนำมาใช้อย่างดีในยุค 1800 เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของนาฬิกา "ของจริง"

ชิ้นส่วนและการทำงานของนาฬิกาแดด

แสงแดด ถูกกล่าวถึงแล้ว มันต้องมีคุณสมบัติสองอย่าง: มันต้องชี้ไปที่ขั้วฟ้าและมันจะต้องเอียงที่มุมกับขอบฟ้าเท่ากับละติจูดของผู้สังเกตการณ์ มันมักจะทำในรูปของครีบ

แผ่นหน้าปัด คือพื้นผิวลงบนซึ่งฉายแสงของดวงอาทิตย์ มันสามารถเป็นทรงกระบอกหรือแบนและทำเครื่องหมายลงในหน่วยงานใดก็ได้ที่ผู้ผลิตเลือกตราบเท่าที่สิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับเวลาที่ถูกต้อง

เส้นชั่วโมง ถูกค้นพบด้วยเหตุผลที่เห็นได้ชัดด้วยตนเองในแทบทุกนาฬิกาแดดและทำเครื่องหมายจุดที่แน่นอน (แม้ว่าจะเลือกโดยพลการในบางแง่มุม) ในเวลา

nodus เป็นรอยบากใน gnomon ที่อนุญาตให้กำหนดตำแหน่งที่แน่นอนและคมชัดตามแนวเงาซึ่งอาจจะคลุมเครือ

ประเภทของนาฬิกาแดด

นาฬิกาแดดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทพื้นฐาน ระดับความสูง และ หมุนทิศทาง.

หน้าปัดระดับความสูง ช่วยให้การกำหนดเวลาโดยใช้ระยะทางของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า ในทุกกรณีสิ่งเหล่านี้จะต้องมุ่งไปที่ทิศทางของเข็มทิศในขณะที่ดวงอาทิตย์อื่น ๆ นั้นเป็นจุดอ้างอิง ชนิดที่เลือก ได้แก่ ปุ่มหมุนเครื่องบินปุ่มหมุนทรงกระบอกแป้นหมุนแบบละเอียดและวงแหวนแบบหมุน

ปุ่มหมุนทิศ ต้องอาศัยราบ (ทิศทางเข็มทิศ) และมุมของดวงอาทิตย์ในขณะที่มันใกล้เที่ยงวันเที่ยง ชนิดย่อยประกอบด้วยปุ่มหมุนแนวนอนแนวตั้งแนวราบเสาหินแอซิมัททัลและ Equinoctal

ในทุกกรณีคุณสามารถจินตนาการว่าดวงอาทิตย์ขึ้นแล้วหล่อเงากว้างจากด้านหนึ่งซึ่งค่อยๆแคบลงเป็นเส้นเมื่อใกล้เข้าเที่ยงจากนั้นทำซ้ำ "ภาพยนตร์" ในด้านตรงกันข้ามของแผ่นหน้าปัดจนกระทั่งพระอาทิตย์ตก

ทำมันเอง Sundial

คำแนะนำสำหรับการสร้างนาฬิกาแดดของคุณเองนั้นหาได้ง่ายและสิ่งหนึ่งที่จะช่วยให้คุณเริ่มต้นได้รวมอยู่ในแหล่งข้อมูล โปรดจำไว้ว่ามันไม่ใช่วัสดุที่ถูกต้องหรือลักษณะของการสร้างที่มีความสำคัญที่สุด; มันเป็นสิ่งที่คุณเข้าใจฟิสิกส์และสามารถอธิบายให้ทุกคนด้วยความรู้สึกที่ดีที่จะถามคุณเกี่ยวกับการทำงานหนักของคุณ

โอ้และหนึ่งเคล็ดลับสุดท้าย: อย่าเลือกวันที่ฝนตกสำหรับการสาธิตของคุณ - นี่จะทำให้การออกกำลังกายมากขึ้น "ส่องสว่าง" สำหรับทุกคนในปัจจุบัน!