Στην προσπάθειά μου να υπολογίσω τη χρονική στιγμή που μεσουρανεί ο ήλιος σε ένα τόπο μελέτησα τα ηλιακά ρολόγια, μιας και αυτά όταν δείχνουν 12:00 τότε μεσουρανεί ο ήλιος σε αυτόν τον τόπο. Έτσι αποφάσισα να φτιάξω μερικά χάρτινα μοντέλα ηλιακών ρολογιών, για εκπαιδευτικούς κυρίως σκοπούς αλλά και για να τα χρησιμοποιήσουμε στη επανάληψη της μέτρησης του Ερατοσθένη. Τα ηλιακά ρολόγια τα δοκίμασα (δούλεψαν τέλεια) την Κυριακή 28-11-10 και τη Δευτέρα θα τα φέρω στο σχολείο. Θα ήταν ευχής έργο αν τα χάρτινα αυτά μοντέλα αποκτούσαν και πραγματική μορφή φτιαγμένα από ανθεκτικά υλικά, μάρμαρο, μέταλλα, ώστε να κοσμήσουν τις αυλές των σχολείων μας αλλά και τις όμορφες πλατείες των πόλεών μας. Η γνώση για να τα κατασκευάσουμε υπάρχει, πρέπει να βρεθεί και η βούληση για να υλοποιηθούν.  

Το οριζόντιο ηλιακό ρολόι

Αποτελείται από μια οριζόντια πλάκα όπου χαράσσονται οι γραμμές των ωρών. Η γραμμή που δείχνει την ώρα 12:00 θα πρέπει να δείχνει προς την κατεύθυνση που γεωγραφικού Βορρά. Ο γνώμονας (δείκτης) σχηματίζει γωνία με την οριζόντια πλάκα ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, δηλαδή δείχνει την κατεύθυνση προς τον Πολικό Αστέρα.

Το ισημερινό ηλιακό ρολόι.

Η πλάκα πάνω στην οποία χαράσσονται οι γραμμές των ωρών είναι παράλληλη με τον ισημερινό. Πάνω στη ισημερινή πλάκα σχεδιάζουμε ένα ημικύκλιο. Οι οριζόντιες ακτίνες αντιστοιχούν στις ώρες 6:00 και 18:00 ενώ η κάθετη στις οριζόντιες ακτίνες δείχνει την 12:00. Κάθε γραμμή ώρας σχηματίζει  με τη γραμμή της επόμενης ώρας γωνία 15ο (24x15=360). Η πλάκα των ωρών έχει δύο όψεις όμοιες. Η πάνω όψη μετρά το χρόνο από τις 22 Μαρτίου έως και τις 21 Σεπτεμβρίου, ενώ η κάτω πλάκα μετρά το χρόνο από τις 22 Σεπτεμβρίου μέχρι τις 21 Μαρτίου, μιας και ο ήλιος βρίσκεται πάνω από τον Ισημερινό και κάτω από τον Ισημερινό αντίστοιχα. Από το κέντρο του κύκλου περνά ο γνώμονας ο οποίος σχηματίζει γωνία με τον ορίζοντα ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και προσανατολίζεται προς τον Πολικό Αστέρα.

Συνδυασμός Ισημερινού - Οριζοντίου ηλιακού ρολογιού

Ο συνδυασμός των δύο προηγούμενων ηλιακών ρολογιών δίνει το παρακάτω ρολόι όπου φαίνονται και συγκρίνονται οι αρχές λειτουργίας και των δύο τύπων ρολογιών. Ο κοινός γνώμονας σχηματίζει και στους δύο τύπους ρολογιού γωνία με τον ορίζοντα ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου και προσανατολίζεται προς τον Πολικό Αστέρα. Έτσι η σκιά του κοινού γνώμονα στην οριζόντια πλάκα δείχνει την αληθή ηλιακή ώρα στο οριζόντιο ρολόι ενώ η σκιά στην ισημερινή πλάκα δείχνει την αληθή ηλιακή ώρα στο ισημερινό ρολόι.

Πώς να φτιάξτε το δικό σας ισημερινό ηλιακό ρολόι:

Υλικά που απαιτούνται: Μία ράβδος(για τον ωροδείκτη), μοιρογνωμόνιο, πυξίδα και μια επίπεδη επιφάνεια.

Το ισημερινό ρολόι είναι το πιο εύκολο να σχεδιαστεί, ο ωροδείκτης  είναι μια ράβδος που διασχίζει και είναι κάθετη προς την όψη του ρολογιού. Δεδομένου ότι ο ωροδείκτης πρέπει να δείχνει προς το Βόρειο Ουράνιο Πόλο η επιφάνεια του ρολογιού είναι, ως εκ τούτου, παράλληλη με τον Ισημερινό. Αυτό ονομάζεται ισημερινό ρολόι.

Σχεδιάστε έναν κύκλο και χωρίστε τον σε τμήματα των 15 μοιρών (χρησιμοποιήστε το μοιρογνωμόνιο).

Γιατί 15 μοίρες;  Μια μέρα έχει 24 ώρες, ή το χρονικό διάστημα που χρειάζεται ο ήλιος «για να γυρίσει γύρω από τη γη». Έτσι, μέσα σε 24 ώρες ο ήλιος "κινείται" κατά 360 μοίρες (θυμηθείτε ότι ο κύκλος χωρίζεται σε 360 μοίρες). Επομένως, για να βρούμε πόσες μοίρες αντιστοιχούν σε 1 ώρα διαιρούμε το 360 με 24. 360/24=15 μοίρες, αυτό ονομάζεται ωριαία γωνία του ήλιου.

Αριθμείστε τις γραμμές όπως φαίνεται, αυτό είναι η πάνω επιφάνεια του ρολογιού.

Μετά γυρίστε το ρολόι απ’ την άλλη μεριά και αριθμείστε τις ίδιες γραμμές. Αυτές αριθμείστε τις αντίστροφα.

Στη συνέχεια βιδώστε τον ωροδείκτη στο κέντρο του δίσκου διασφαλίζοντας ότι η επιφάνεια του ρολογιού είναι κάθετη προς αυτόν. Στήστε το ρολόι έτσι ώστε ο ωροδείκτης να είναι στραμμένος προς τον πραγματικό βορρά και να είναι υπερυψωμένος από την κατακόρυφο κατά γεωγραφικό πλάτος (όπως μετρήθηκε σε μοίρες) και η ένδειξη 12:00 η ώρα να είναι στραμμένη προς το έδαφος.

Γιατί δύο επιφάνειες στο ρολόι;

Δεδομένου ότι ο ήλιος είναι βόρεια του Ισημερινού το μισό του έτους και νότια του Ισημερινού το άλλο μισό κάθε επιφάνεια θα πάρει  φως του ήλιου μόνο το μισό του έτους.

Το επάνω ρολόι δέχεται ηλιακό φως από την 21η Μαρτίου (την άνοιξη ή την εαρινή ισημερία) μέχρι την 21η Σεπτεμβρίου (το φθινόπωρο ή τη φθινοπωρινή ισημερία). Συνεπώς, το πάνω ρολόι δέχεται φως από την πρώτη ημέρα της άνοιξης μέχρι το καλοκαίρι και σταματά το φθινόπωρο.

Το κάτω ρολόι δέχεται ηλιακό φως από την 21η Σεπτεμβρίου (το φθινόπωρο ή τη φθινοπωρινή ισημερία) μέχρι την 21η Μαρτίου (την άνοιξη ή την εαρινή ισημερία).  Συνεπώς, το κάτω ρολόι δέχεται φως από την πρώτη ημέρα του φθινοπώρου μέχρι το χειμώνα και σταματά την άνοιξη.