Cadran solar

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 31 decembrie 2021; verificările necesită 7 modificări .

Cadran solar  - un dispozitiv pentru determinarea timpului prin modificarea lungimii umbrei de la gnomon și mișcarea acesteia de-a lungul cadranului . Apariția acestor ceasuri este asociată cu momentul în care o persoană și-a dat seama de relația dintre lungimea și poziția umbrei soarelui de la anumite obiecte și poziția Soarelui pe cer.

Cel mai simplu cadran solar arată ora reală locală, nu ora solară medie locală și nu ia în considerare diferența dintre ora oficială și ora solară locală. Poți folosi cadranul solar numai în timpul zilei cu un cer senin, sau cu nori ușori care nu interferează cu formarea unei umbre clare. Pentru a îmbunătăți acuratețea cadranului solar, trebuie luată în considerare corectarea formulei de timp .

În prezent, cadranele solare nu sunt folosite practic în scopul propus și au făcut loc diferitelor tipuri de alte ceasuri .

Istorie

Gnomonul a fost cel mai vechi instrument pentru determinarea timpului . Modificarea lungimii umbrei sale a indicat momentul zilei. Un astfel de ceas simplu este menționat în Biblie (2 Regi, 20:10, Isaia, 38:8).

Egiptul Antic

Prima descriere cunoscută a unui cadran solar în Egiptul antic  este o inscripție din mormântul lui Seti I , datată 1306-1290. î.Hr e. Vorbește despre un cadran solar care măsura timpul pe lungimea umbrei și era o placă dreptunghiulară cu diviziuni. La un capăt al acestuia este atașată o bară joasă cu o bară orizontală lungă, care aruncă o umbră. Capătul plăcii cu bara era îndreptat spre est, iar ora zilei era stabilită conform semnelor de pe placa dreptunghiulară, care în Egiptul antic era definit ca 1/12 din intervalul de timp de la răsărit până la apus. După-amiaza, capătul plăcii se îndrepta spre vest. Au fost găsite și unelte realizate după acest principiu. Una dintre ele datează din timpul domniei lui Thutmose III [1] :23 și este datată 1479-1425. î.Hr e., al doilea - din Sais [2] :88 (după alte surse - din Faiyum [3] ), datează de la 1000-600 de ani. î.Hr. Ambele instrumente sunt păstrate în Muzeul Egiptean din Berlin , primul fiind sub numărul de inventar 19744, al doilea sub numărul 19743 [3] . La capăt au doar o bară, fără bară orizontală, și există și o canelură pentru un fir de plumb pentru a da dispozitivului o poziție orizontală [2] : 83-88 .

Celelalte două tipuri de ceasuri egiptene antice care măsurau timpul după lungimea unei umbre erau ceasuri în care umbra cădea pe un plan sau trepte înclinate. Au fost lipsiți de lipsa orelor cu suprafața plană: dimineața și seara, umbra trecea dincolo de farfurie. Aceste tipuri de ceasuri au fost combinate într-un model de calcar în Muzeul Egiptean din Cairo , care este ceva mai târziu decât ceasul Sais. Pe o latură a modelului sunt două plane înclinate cu trepte, unul dintre ele a fost orientat spre est, în timp ce celălalt îndreptat spre vest. Până la prânz, umbra a căzut pe primul plan, coborând treptat treptele de sus în jos, iar după-amiaza - pe al doilea plan, urcându-se treptat de jos în sus, la amiază nu mai era umbră [1] :23 . Pe cealaltă parte a modelului sunt două planuri înclinate fără trepte, acest tip de ceas acționând similar ceasurilor cu trepte. O implementare concretă a cadranului solar de tip plan înclinat a fost ceasul portabil de la Kantara, realizat în jurul anului 320 î.Hr. e. cu un plan înclinat, pe care s-au aplicat diviziuni, și un plumb. Avionul era orientat spre Soare [2] :91-94 .

În 2013, oamenii de știință de la Universitatea din Basel au raportat descoperirea unui cadran solar vechi de 3.300 de ani, probabil vertical, pictat pe o ostracă de calcar . Au fost găsite în Valea Regilor lângă locuința muncitorilor dintre mormintele KV29 și KV61 [4] [5] .

China antică

Prima mențiune a unui cadran solar în China este probabil problema gnomonului , dată în cartea antică cu probleme chineze Zhou Bi Suan Jing , compilată în jurul anului 1100 î.Hr. e. [1] :21 În epoca Zhou din China, un cadran solar ecuatorial a fost folosit sub forma unui disc de piatră instalat paralel cu ecuatorul ceresc și pătrunzând în el în centrul unei tije instalate paralel cu axa pământului . În epoca Qing , China făcea un cadran solar portabil cu busolă : fie ecuatorial - din nou cu o tijă în centrul unui disc instalată paralel cu ecuatorul ceresc, fie orizontal - cu un fir în rolul unui gnomon deasupra unui cadran orizontal. [6] :114 .

Grecia antică și Roma antică

Potrivit poveștii lui Vitruvius , astronomul babilonian Berossus , care s-a stabilit în secolul VI. î.Hr e. pe insula Kos, a introdus grecilor cadranul solar babilonian, care avea forma unui bol sferic - așa-numitele skafi . Acest cadran solar a fost îmbunătățit de Anaximandru și Anaximenes . La mijlocul secolului al XVIII-lea, în timpul săpăturilor din Italia , au găsit exact un astfel de instrument așa cum este descris de Vitruvius. Grecii și romanii antici, ca și egiptenii, împărțeau intervalul de timp de la răsărit până la apus în 12 ore și, prin urmare, ora lor (ca măsură a timpului) era de durată diferită în funcție de anotimp [7] . Suprafața adânciturii din cadranul solar și liniile „orelor” de pe ele au fost selectate astfel încât capătul umbrei tijei să indice ora. Unghiul la care este tăiată partea superioară a pietrei depinde de latitudinea locului pentru care a fost realizat ceasul. Geometrii și astronomii ulterioare ( Eudoxus , Apollonius , Aristarchus ) au venit cu diverse forme de ceasuri solare. S-au păstrat descrieri ale unor astfel de instrumente, purtând cele mai ciudate denumiri după aspectul lor. Uneori , gnomonul , aruncând o umbră, era situat paralel cu axa pământului.

Din Grecia, cadranul solar a ajuns la Roma . În 293 î.Hr. e. Papirius Cursor a ordonat construirea unui cadran solar în templul Quirinal , iar în 263 î.Hr. e. un alt consul , Valerius Messala , a adus din Sicilia un ceas solar . Aranjate pentru o latitudine mai sudica, au aratat incorect ora. Pentru latitudinea Romei, primul ceas este setat în 164 î.Hr. e. Marcius Philippus [1] :24 . Cadranele solare au fost găsite în tot Imperiul Roman, în special, la vile, atât în ​​Roma, cât și în provincii [8] . Unul dintre cele mai cunoscute cadrane solare portabile este un ceas sub formă de pulpă de porc [8] , găsit la 11 iunie 1755 [9] în timpul săpăturilor de la Herculaneum și legat de sfârșitul secolului I î.Hr. n. e. Sunt păstrate în Muzeul Național de Arheologie din Napoli sub numărul de inventar 25494 [10] .

Cadrul solar a fost folosit în coloniile grecești antice din regiunea nordică a Mării Negre . Patru copii ale ceasurilor găsite la așezările Panticapaeum și Kitey sunt păstrate în Muzeul Kerci .

Rusia antică și Rusia

În cronicile rusești antice , era adesea indicată ora unui eveniment, ceea ce sugera că la acea vreme anumite instrumente sau obiecte erau deja folosite în Rusia pentru a măsura timpul, cel puțin în timpul zilei. Artistul de la Cernigov Georgy Petrash a atras atenția asupra modelelor din iluminarea nișelor turnului de nord-vest al Catedralei Schimbarea la Față din Cernigov de către Soare și asupra unui model ciudat („meandri”) deasupra acestora. Pe baza unui studiu mai detaliat al acestora, el a sugerat că turnul este un cadran solar, în care ora zilei este determinată de iluminarea nișei corespunzătoare, iar meandrele servesc la determinarea intervalului de cinci minute [11] [ 12] . Caracteristici similare au fost observate și în alte temple din Cernigov și s-a ajuns la concluzia că cadranul solar a fost folosit în Rusia antică încă din secolul al XI-lea [13] .

În secolul al XVI-lea, în Rusia au apărut cadranele solare portabile vest-europene. În 1980, în muzeele sovietice existau șapte astfel de ceasuri. Cele mai vechi dintre ele datează din anul 1556 și sunt păstrate la Schit , au fost concepute pentru a fi purtate la gât și sunt un cadran solar orizontal cu un gnomon de sector pentru a indica ora, o busolă pentru a orienta ceasul în direcția nord-sud. și un fir de plumb pe gnomon pentru a da ceasului o provizii orizontale. Toate aceste elemente sunt instalate pe placă, care se poate abate de la poziția orizontală, făcând posibilă utilizarea ceasului nu pe una, ci în intervalul de latitudine : 47-57 de grade [13] .

În timpul domniei Annei Ioannovna , la 23 august 1739, a fost emis un decret al Senatului [14] , conform căruia pe drumul de la Sf. Tsarskoye Selo au fost instalate pietre-obeliscuri din lemn . În loc de reperele obeliscului, au instalat mai târziu „piramide de marmură” cu decorațiuni bazate pe lucrările lui Antonio Rinaldi . Unii dintre ei aveau un ceas solar, iar călătorul putea citi distanța și timpul de la ei. „Piramidele de marmură” cu cadran solar s-au păstrat în următoarele locuri: în Sankt Petersburg, la colțul terasamentului râului Fontanka și Moskovsky Prospekt (marcând o verstă de clădirea oficiului poștal) și în Pușkin lângă Porțile Orlovsky [15] : 60-62 , situat la granița de sud parcul Ecaterinei . Pe „piramida de marmură” de la Poarta Oryol este indicată data instalării - 1775 [16] .

Evul Mediu

Astronomii arabi ( Thabit ibn Korra , Ibn ash-Shatir , Abu-l-Hasan ibn Yunis ) au lăsat tratate ample despre gnomonică sau arta de a construi un cadran solar. Baza au fost regulile trigonometriei. Pe lângă liniile „orelor”, direcția către Mecca , așa-numita qibla , a fost aplicată și pe suprafața ceasului arab . Deosebit de important a fost momentul zilei în care capătul umbrei unui gnomon așezat vertical a căzut pe linia qibla.

Odată cu introducerea orelor egale ale zilei și nopții (care nu depind de anotimp), sarcina gnomonicii a fost mult simplificată: în loc să observe locul sfârșitului umbrei pe curbe complexe, a devenit suficient să observăm direcția. a umbrei. Dacă știftul este situat în direcția axei pământului, atunci umbra sa se află în planul cercului orar al soarelui, iar unghiul dintre acest plan și planul meridianului este unghiul orar al Soarelui sau timpul real. . Rămâne doar să găsim intersecția planurilor succesive cu suprafața „cadranului” ceasului. Cel mai adesea era un plan perpendicular pe știft, adică paralel cu ecuatorul ceresc (ore ecuatoriale, sau echinocțiul); pe ea, direcția umbrei se schimbă cu 15 ° pentru fiecare oră. Pentru toate celelalte poziții ale planului cadranului, unghiurile formate pe acesta de direcția umbrei cu linia de la amiază nu cresc uniform.

Gnomonics s-a angajat în elaborarea regulilor pentru găsirea diferitelor poziții ale umbrei pe aceste suprafețe. Cadranul solar, așa cum am menționat deja, nu dă media, ci timpul solar adevărat. Una dintre sarcinile speciale ale gnomonicii a fost să traseze o curbă pe cadranul unui cadran solar care să indice amiaza „medie” în diferite perioade ale anului. În Europa medievală, gnomonia erau practicate de: Apian , Albrecht Dürer , Kircher . A trăit la începutul secolului al XVI-lea. Münster a fost recunoscut drept „părintele gnomonicii”.

Tipuri de cadran solar

Exista cadran solar ecuatorial, orizontal, vertical (daca planul cadranului este vertical si indreptat de la vest la est), dimineata sau seara (planul este vertical, de la nord la sud). Au fost construite și cadrane solare conice, sferice, cilindrice.

Ecuatorial

Cadrul solar ecuatorial este format dintr-un cadru (un avion cu diviziuni de oră) și un gnomon. Diviziunile orare pe cadru sunt aplicate la intervale regulate, ca pe cadranul unui ceas obisnuit, iar gnomonul este de obicei o tija metalica montata pe cadru perpendicular pe suprafata lui. Apoi, încadratorul este orientat în plan orizontal astfel încât linia dreaptă care leagă baza gnomonului și diviziunea orară corespunzătoare prânzului să fie îndreptată paralel cu linia amiezului spre sud - pentru emisfera nordică , sau spre nord - pentru Emisfera sudică, și se înclină față de planul orizontului, respectiv , spre nord sau spre sud la un unghi α=90°-φ, unde φ este latitudinea geografică a locului de instalare a cadranului solar [17] . Cadrul va fi paralel cu ecuatorul ceresc (de unde și numele acestui tip de cadran solar), iar din moment ce sfera cerească se rotește uniform în timpul zilei, umbra de la gnomon pentru orice oră a zilei va descrie unghiuri egale (prin urmare, împărțirile orare se efectuează în același mod ca pe orele regulate de cadran).

Intervale unghiulare egale (t=15°) între diviziunile orare adiacente, ca la cadranul ceasurilor obișnuite, și perpendicularitatea gnomonului față de încadrator sunt principalele avantaje ale cadranelor solare ecuatoriale față de cele orizontale și verticale. Principalul dezavantaj al cadranelor solare ecuatoriale este că, spre deosebire de cele orizontale, acestea vor funcționa doar din ziua echinocțiului de primăvară până în ziua echinocțiului de toamnă (în emisfera nordică, echinocțiul de primăvară este în martie, echinocțiul de toamnă este în septembrie , în emisfera sudică, echinocțiul de primăvară este în septembrie). [18] , toamna - în martie). În restul anului nu vor funcționa, deoarece Soarele va fi de cealaltă parte a planului ecuatorului ceresc, iar întreaga suprafață superioară a cadrului va fi în umbră [17] . Desigur, acest dezavantaj poate fi eliminat prin realizarea unui cadru sub formă de farfurie, aplicând diviziuni de oră atât pe suprafața superioară, cât și pe cea inferioară și continuând gnomonul sub farfurie, dar chiar și atunci, în zilele apropiate zilei echinocțiul de primăvară sau de toamnă, cadranul solar nu va funcționa - Soarele va străluci pe farfurie nu de sus și nu de jos, ci din lateral.

Orizontală

Cadranele solare orizontale, ca și cele ecuatoriale, constau dintr-un cadru și un gnomon. Cu toate acestea, în acest caz, cadrul este setat paralel cu planul orizontului. Cel mai adesea, gnomonul este un triunghi perpendicular pe planul cadrului, iar una dintre laturile sale este înclinată față de acesta la un unghi egal cu latitudinea geografică a locului de instalare a ceasului [19] . Linia de intersecție a gnomonului și a cadrului este îndreptată paralel cu linia de amiază - linia de-a lungul căreia umbra tijei verticale este îndreptată într-un loc dat la prânzul adevărat .

Dacă desemnăm latitudinea geografică a locului de instalare a ceasului prin φ, numărul de ore înainte de prânz (după prânz) prin m, atunci unghiul dintre linia prânzului și diviziunea corespunzătoare a orei pe ceas α poate fi determinat prin formula

Derivarea formulei

Pentru certitudine, vom presupune că ceasul este setat la latitudinile mijlocii ale emisferei nordice. Figura arată sfera cerească centrată în punctul O. Planul orizontului este desemnat NESW, NS este linia de amiază, Z este zenitul, Z' este nadirul, PL este axa lumii, ZNZ'S este planul meridianului ceresc. După cum se știe, unghiul de înclinare a axei lumii față de planul orizontului este egal cu latitudinea geografică a locului de observație (indicată prin litera φ din figură), deci latura OP a gnomonului de cadranul solar, indicat în figura TPO, este arătat ca coincide cu axa lumii. Unghiul dintre linia de la amiază și marginea umbrei de la gnomon, pe care trebuie să-l găsim, este indicat de α. t reprezintă unghiul dintre cercul de declinație solară PBL și planul meridianului ceresc. Poziția Soarelui, din nou pentru certitudine, este afișată înainte de prânz.

Astfel, în figură avem un triunghi sferic PNB. Rețineți că planul meridianului ceresc este perpendicular pe planul orizontului, adică unghiul PNB este drept, deci triunghiul nostru sferic este dreptunghic. Pentru a determina orice element dintr-un triunghi sferic dreptunghic, este suficient să cunoașteți oricare dintre celelalte elemente ale acestuia. În triunghiul sferic PNB, latura φ și unghiul t sunt cunoscute, trebuie să găsim latura α. Conform regulii mnemonice a lui Napier , avem:

De aici

Rămâne de notat că

Vertical

Cadranul solar vertical este de obicei plasat pe pereții clădirilor și a diferitelor structuri. Prin urmare, cadrul lor este vertical - perpendicular pe planul orizontului, dar poate fi rotit în direcții diferite. Locația diviziilor de oră pe cadru depinde de partea în care este întors cadrul. Acestea vor fi simetrice față de împărțirea amiezului doar cu un cadru orientat strict spre sud (geografică, nu magnetică!) - , sau nord - în emisfera sudică, cu alte cuvinte - cu un cadru perpendicular pe linia amiezului. Pentru un astfel de cadru dirijat, gnomonul trebuie să se afle în planul meridianului ceresc, cu alte cuvinte, să fie perpendicular atât pe planul cadrului, cât și pe planul orizontului, iar una dintre laturile sale trebuie să fie paralelă cu axa pământului. , din care rezultă că trebuie să facă un unghi cu planul cadrului egal cu 90°-φ, unde φ este latitudinea locului de instalare [1] :26 . Formula pentru unghiul de înclinare a liniilor orare față de diviziunea la amiază este derivată similar unui ceas orizontal - din luarea în considerare a unui triunghi sferic dreptunghic format din cercul de declinare al Soarelui, planul cadrului și planul meridianului ceresc. Arată ca [20] :

,

unde φ este latitudinea setării ceasului, m este numărul de ore înainte de prânz (după prânz), α este unghiul dintre diviziunea la amiază și diviziunea orară corespunzătoare, t este unghiul dintre cercul declinației solare și plan a meridianului ceresc.

Planetariul din Moscova are un cadran solar vertical  (link inaccesibil) , care arată ora și data.

Cadran solar în filatelie

Cadranul solar din Santo Domingo , instalat în 1753, a fost dedicat unei serii de mărci poștale din Republica Dominicană 1931-1933.  ( Sc #C10—C17) [21] . Patru din șase ștampile ale seriei dedicate exponatelor Salonului de Fizică și Matematică de Stat din Dresda , lansate în 1983 în RDG  ( Sc # 2345-2348) sunt dedicate diverselor ceasuri solare de masă antice . Cadrul solar din Muzeul Gugong , împreună cu motivul drapelului național al RPC , este reprezentat pe o ștampilă poștală din 2001 din RPC de la începutul noului mileniu - Intrarea în seria secolului 21   ( Sc #3082) [22] [23] [24] .

Fapte interesante

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Stanislav Michal. Hodiny : Od gnómonu k atomovým hodinám. - Ed. a II-a. - Praga : Státní nakladatelství technické literature (SNTL), 1987. - 269 p. Prima ediție a cărții a fost tradusă în rusă de Stanislav Mikhal. Ceas. De la gnomon la ceas atomic. - M . : Cunoașterea , 1983. - 256 p. - ( Literatură populară tradusă ).
  2. ↑ 1 2 3 4 Marshall Clagett. Știința egipteană antică . - 2004. - V. 2. - ISBN 9780871692146 . Arhivat pe 4 decembrie 2014 la Wayback Machine
  3. ↑ 1 2 3 Vodolazhskaya, 2014 , p. 9.
  4. ↑ Cadran solar antic descoperit în Egipt . Consultat la 16 martie 2013. Arhivat din original pe 16 martie 2013.
  5. ↑ Bickel S., Gautschy R. Eine ramessidische Sonnenuhr im Tal der Könige  (germană)  // Zeitschrift für Ägyptische Sprache und Altertumskunde. - 2014. - Bd. 96 , nr. 1 . - S. 3-14 . - doi : 10.1515/zaes-2014-0001 .
  6. ↑ Cultura spirituală a Chinei / Editori de volum M. L. Titarenko, A. I. Kobzev, V. E. Eremeev, A. E. Lukyanov. - M . : Literatura orientală, 2009. - V. 5. Știință, gândire tehnică și militară, sănătate și educație. — 1087 p. — ISBN 9785020363816 .
  7. ↑ Shukhardin S. V., Laman N. K., Fedorov A. S. Aplicarea dispozitivelor // Tehnologia în dezvoltarea sa istorică. De la apariția uneltelor de mână până la dezvoltarea tehnologiei de producție a mașinilor din fabrică . - M .: Nauka , 1979. Copie de arhivă datată 12 noiembrie 2010 la Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 Pipunyrov, 1982 , p. 52.
  9. ↑ Le pitture antiche d'Ercolano e contorni . - Napoli : Nella Regia Stamperia, 1762. - Vol. 3. — P. V. Arhivat 12 mai 2019 la Wayback Machine
  10. ↑ James Evans. Timpul și cosmosul în antichitatea greco-romană . - Princeton University Press, 2016. - P. 83,85.
  11. ↑ Cadranul solar al orașului antic a fost păstrat la Cernigov (foto) . Preluat la 20 septembrie 2011. Arhivat din original la 15 august 2011.
  12. ↑ Yu. Yu. Shevchenko, T. G. Bogomazova „Cea mai veche biserică creștină care a supraviețuit din Rusia” . Consultat la 20 septembrie 2011. Arhivat din original pe 25 septembrie 2010.
  13. ↑ 1 2 V. Yu. Matveev. Cadran solar 1556 din colecția Schitului  // Cercetări istorice și astronomice . - M . : Nauka , 1980. - Numărul. XV . - S. 177-180 . Arhivat din original pe 6 septembrie 2010.
  14. ↑ Textul decretului: Culegere completă de legi ale Imperiului Rus, din 1649 . - 1830. - T. X. 1737-1739. - S. 880-881. Arhivat pe 25 iulie 2014 la Wayback Machine
  15. ↑ Radchenko B.G. Umbra măsoară timpul // Ceasul din Leningrad. - L . : Lenizdat , 1975. - S. 59-69.
  16. ↑ Autostrada Petersburg. Perspectiva Țarskoie Selo. Repere . Preluat la 7 iulie 2014. Arhivat din original la 14 iulie 2014.
  17. ↑ 1 2 Moiseev A. Cadran solar în grădina ta  // Știință și viață . - 1992. - Nr 9 . - S. 65-66 .
  18. ↑ Articolul Equinoxul de primăvară 2008 Arhivat 26 noiembrie 2015 la Wayback Machine pe site-ul Observatorului Sydney 
  19. ↑ Trankovsky S. Cadran solar  // Știință și viață . - 1983. - Nr 8 . - S. 133-135 .
  20. ↑ Cadran solar // Marea Enciclopedie Sovietică  / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M .  : Enciclopedia Sovietică , 1976. - T. 24, carte. I: Câini - String. - S. 148. - 631.000 exemplare.
  21. ↑ Ștampile Space & Astronomy - Republica Dominicană (República Dominicana)  (link nu este disponibil)
  22. ↑ 中华人民共和国邮票目录。2013  (chineză) / 《集邮》杂志社编. —北京: 人民邮电出版社, 2013. — P. 140. — ISBN 978-7-115-32332-3 .
  23. ↑ 跟着邮票游故宫之建筑篇（附带《国家宝藏》最新消息）  (chineză) . kknews (10 octombrie 2018). Preluat: 12 decembrie 2020.
  24. ↑ Întinerirea Chinei . Colnect. Preluat: 12 decembrie 2020.
  25. ↑ Această viteză este aproximativ egală cu lungimea paralelei împărțită la 24 de ore (înălțimea aeronavei, dacă este de câțiva kilometri, precum și nesfericitatea Pământului, pot fi ignorate într-o aproximare aproximativă), pt. de exemplu, pentru o latitudine de 55 de grade, acesta este km / h

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Ceas
Conform principiului acţiunii
Prin programare
Tip
Detalii și mecanisme de ceasuri
celebrul ceas
 Clădiri ale parcului conac
Clădire
forme mici