بخشی از مقاله
- 1 گروه نجوم، پژوهش سرای دانش آموزی اراک، آموزش و پرورش ناحیه یک، اراک، ایران چکیده: ساعت آفتابی ابزاری است که زمان را با استفاده از مکان خورشید در آسمان می سنجد. اساس کار ساعت های آفتابی از اصول ثابتی پیروی می نماید که عبارتند از:
الف - ایجاد سایه شاخص.
ب - تغییر طول سایه.
پ - حرکت سایه.
دو نوع کلی ساعت های آفتابی عبارتند از:
الف - ساعتهای آفتابی ارتفاعی که شامل: حلزونی، حلقوی، استوانه ای و . . .
ب - ساعتهایی آفتابی جهتی که شامل: افقی، عمودی و مایل - قطبی، استوایی - می شود. در ساعت آفتابی استوایی: صفحه ساعت، موازی با استوای زمین است و به فاصله های 15 درجه تقسیم می شود. شاخص، عمود بر صفحه قرار می گیرد و هر دو روی صفحه، درجه بندی می شود. نمونه ای از یک ساعت آفتابی استوایی می تواند روی یک برگ مقوایی آ4 طراحی و ساخته شود که برای عرض های جغرافیایی مختلف، سبک، تاشو و قابل حمل باشد.
.1 مقدمه
ساعت های آفتابی یکی از ابزارهای سنجش زمان است. آنها با وجود ساعت های مکانیکی و الکترونیکی، هنوز جایگاه خود را در مسایل آموزشی، پژوهشی و در برخی امکان عمومی حفظ نموده اند. ساعت های آفتابی تنوع زیادی دارند اما اساس کار آنها از اصول ثابتی پیروی می کند. با توجه به روابط حاصل از این اصول، می توان ساختمان یک ساعت آفتابی را متناسب با ویژگی های مورد نظر، طراحی کرده و بسازیم.
.2 اصول ساخت ساعت های آفتابی
ساعت آفتابی، زمان را با استفاده از مکان خورشید در آسمان می سنجد. هرگاه جسمی بین خورشید و سطح زمین قرار گیرد، سایه تشکیل می شود. به دلیل حرکت دورانی زمین یا حرکت ظاهری خورشید در آسمان، این سایه حرکت می کند، کوتاه و بلند می شود. چنانچه اطراف محل تشکیل سایه مدرج شود، می توان از آن برای تعین زمان استفاده کرد.
در ساخت ساعت های آفتابی، تغییر ارتفاع ]یا تغییر زاویه مشاهده خورشید نسبت به سطح افق[ و تغییر جهت - سمت یا زاویه ساعتی - ]یا تغییر زاویه ساعتگرد مشاهده خورشید نسبت به شمال جغرافیایی[ خورشید نقش اساسی در تغییر طول یا تغییر جهت سایه دارد. این مطلب در محاسبات برای درجه بندی صفحه ساعت یا تعیین جهت و طول شاخص لحاظ می گردد. شکل و نحوه قرار گیری شاخصی که تشکیل سایه می دهد و صفحه ی مدرجی که سایه بر روی آن حرکت می کند به صورت های گوناگون می باشد.[1]
.3 انواع ساعت های آفتابی
تنوع ساعت های آفتابی بسیار زیاد بوده و لذا دسته بندی آنها گاهی به طرز استقرار، شکل ظاهری، قابلیت حمل، محل مورد استفاده و سایر موارد صورت گرفته است. اما با توجه به اصولی که ساخت ساعت های خورشیدی بر آنها استوار است، می توان ساعت های خورشیدی را به دو دسته کلی تقسیم نمود: یکی ساعتهای خورشیدی که بر اساس ارتفاع خورشید ]یا فاصله زاویه ای خورشید از افق[ کار می کنند، و دیگری ساعتهایی که بر اساس سمت و یا زاویه ساعتی خورشید ]یعنی زاویه تصویر شعاع حامل خورشید بر صفحه ساعت با جهت ساعتگرد شمال جغرافیایی[ کار می کنند. [2]
ساعت های آفتابی ارتفاعی نیز برای خود انواعی دارند: حلزونی، حلقوی، استوانه ای و . . . . [3] ساعت های جهتی که صفحه آنها تخت است، سه دسته اصلی: مایل، عمودی و افقی را در بر می گیرند. ساعت های افقی معمولا در جهت شمال- جنوب قرار می گیرند و ساعت های مایل و عمودی به دو دسته مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شوند. ساعت های غیرمستقیم رو به جهت خاص جغرافیایی نیستند. [4]
در ساعت آفتابی مایل، صفحه ساعت مایل بین صفر تا 90 درجه با افق زاویه می سازد. اگر صفحه رو به یکی از جهت های مشخص جغرافیایی قرار بگیرد، ساعت مایل مستقیم است. دو نوع از ساعت های مایل مستقیم، بیش از انواع دیگر رواج دارد. یکی نوع قطبی و دیگری نوع استوایی. در نوع استوایی ]حلقوی، استوانه ای، کاسه ای[؛ این ساعت ها رو به جنوب قرار می گیرند و صفحه ساعت موازی با صفحه استوای زمین است.
برای همین، زاویه ساعت با سطح افق برابر با متمم عرض جغرافیایی محل استقرار ساعت است ] زیرا عرض جغرافیایی هر منطقه برابر ارتفاع زاویه ای مشاهده ستاره قطبی در آن نقطه می باشد و شاخص ساعت که عمود بر صفحه ساعت می باشد باید در راستای ستاره قطبی قرار گیرد.[ با توجه به اینکه خورشید هر ساعت 15 درجه نسبت به نصف النهار جهان جا به جا می شود، اگر با تقریب فرض کنیم که خورشید روی استوا حرکت می کند، می توانیم صفحه ساعت را به فاصله های 15 درجه تقسیم کنیم.
در این ساعت، شاخص، عمود بر صفحه قرار می گیرد و با توجه به اینکه خورشید در بهار و تابستان بالای استوا و در پاییز و زمستان، پایین استوا قرار دارد، باید هر دو روی صفحه درجه بندی شود و در نیمی از سال صفحه رویی و نیمی دیگر از سال بخش زیر صفحه استفاده شود. ساعت های آفتابی استوایی را می توان به صورت حلقه ای، کاسه ای، استوانه تو خالی و شکل های متنوع دیگری از سنگ یا فلز ساخت. [4]
.4 روش طراحی و ساخت ساعت آفتابی استوایی
می توان با استفاده از یک برگ آ4 مقوایی، نقشه ساعت را طراحی نمود بدین ترتیب که: 3 - 1 مربع به ابعاد 10 در 10 سانتی متر مربع را بطور طولی ومتوالی در وسط مقوا رسم می نمائیم. - 2 به مرکز دو مربع وسط و کنار، دایره هایی به شعاع کمتر از 5 سانتی متر رسم می نماییم. - دایره وسط برای صفحه رویه ساعت و دایره کناری برای صفحه زیرین ساعت می باشد - سپس توسط نقاله، دایره ها را به 24 قاچ تقسیم می نمائیم - یعنی هر قارچ معادل 15 درجه و برابر یک ساعت
زمانی خواهد بود.
صفحه ساعت را متناسب با مدت حداکثر روز سال مدرج می نمائیم - مثلا در ایران از 6 تا 21 ساعت - به گونه ای که وقتی صفحه مربعی وسط از پشت به صفحه مربعی کناری منطبق می شود؛ اعداد ساعت بر هم منطبق گردند. - 3 دو عدد نقاله 90 درجه به شعاع کمتر از 5 سانتی متر را بیرون صفحه مربعی نا مدرج و در گوشه های متصل به صفحه مربعی مدرج وسط رسم می نمائیم به گونه ای که صفرهای نقاله ها مماس به صفحه مربعی نا مدرج باشد.
شکل:1 طراحی نقشه ساعت آفتابی استوایی روی کاغذ برای ساخت ساعت آفتابی با استفاده از مواد و ابزار: نقشه مقوایی ساعت آفتابی، قیچی، خودکار یا مداد، خط کش، چسب کاغذی و یا چسب ماتیکی، سنجاق و سیخ چوبی. - شکل - 2 مراحل زیر طی می شود: - 1 توسط قیچی، نقشه ساعت را از روی برگ مقوایی بُرِش می زنیم. - 2 زاویه متمم عرض جغرافیایی منطقه را از روی نقاله پیدا نموده و با خود کار و خط کش، خط آن زوایه را رسم می نماییم. - 3 توسط خط کش نقاط نقطه چین سه صفحه مربعی را تا می زنیم. - شکل3 تا - 8
