Sluneční hodiny

Z Multimediaexpo.cz

(Rozdíly mezi verzemi)
m (1 revizi)
m (1 revizi)
 

Aktuální verze z 17. 11. 2013, 12:30

Broom icon.png Tento článek potřebuje úpravy. Můžete Multimediaexpo.cz pomoci tím, že ho vylepšíte.
Jak by měly články vypadat, popisují stránky Vzhled a styl a Encyklopedický styl. 		Broom icon.png
sluneční hodiny

Sluneční hodiny jsou zařízení pro určování času, v závislosti na zdánlivém pohybu Slunce. Sluncem ozařovaný předmět vrhá stín a podle aktuální pozice stínu lze určit čas. Určování času je matematicky odvozeno z kombinace dvou základních pohybů Země a Slunce. Z pravidelné rotace Země kolem své osy (čas v rozmezí dne) a z rotace země kolem slunce (rozmezí roku). Představují pravděpodobně nejstarší a zároveň i nejvíce rozšířené hodiny z tzv. elementálních (tedy přírodních živlů využívajících) časoměrných přístrojů, k nimž dále řadíme hodiny přesýpací, vodní, olejové i jiné.

Obsah

Historie

Nejstarší historie

Jako prvotní ukazatel slunečních hodin sloužil velice pravděpodobně dřevěný kolík zaražený kolmo do země. Ten byl následně nahrazen opracovaným kamenem – gnómonem.

Nejstarší sluneční hodiny jsou známy z archeologických vykopávek v Knowthu (Irsko, středo-východ). Pocházejí přibližně z roku 5000 př.n.l. Kolem roku 3500 př.n.l se už používaly v Egyptě, Babylónii, Indii a Číně obelisky, sloužící jako gnómon

V letech 2000-1500 př.n.l je prokázáno používání Egyptských stínových hodin (pravděpodobně první přenosný typ. Počátek jejich historie je možné nalézt v Egyptě druhého tisíciletí př. n. l., kdy vznikaly dřevěné, kovové i kamenné hodiny. V podstatě se jednalo o vodorovná pravítka s hodinovými ryskami a kolmo nasazenými vodorovnými ukazateli na jednom konci. Později, v helénistické době byly opatřovány ryskami pro různé roční doby. Jako přenosné byly používány i menší varianty skafé.

Ve Starém zákonu je zmíněn typ slunečních hodin bez gnómonu (Izaiáš 38:8) (cca. 700 př.n.l).

Starověké Řecko

Předpokládá se že staré řeky seznámil s konstrukcí slunečních hodin Anaximandres z Milétu kolem roku 560 př.n.l. Podle Herodota staří řekové získali znalost slunečních hodin od babylóňanů, a celou vědu týkající se konstrukce a znalosti slunečních hodin dále rozvíjeli. Umožnovali jim to pokročilé znalosti matematiky a geometrie, a speciálně znalosti kónického řezu jako je hyperbola, parabola a elipsa, což jsou křivky vykreslované nodem. Theodosius z Bithynie (160-100 př.n.l) matematik a astronom, představil řeckému světu sluneční hodiny které mohou být použity na kterémkoliv místě na Zemi. Dále bylo časté použití hodin vertikálních, s vodorovným ukazatelem – stylusem, a číselníkem temporálních hodin. Příklad můžeme vidět na athénské Věži větrů, postavené v letech 50 až 41 př. n. l.

Starověký Řím

Sluneční hodiny v Brně

Roku 25 př.n.l. římský autor Vitrivius sepsal všechny známé typy slunečních hodin v VIII knize jeho svazku "Deset knih o architektuře" (De architectura libri decem) a uvedl je spolu s jejich řeckými vynálezci. Všechny z nich pravděpodobně používali nodus a lišili se pouze v povrchu na který dopadal stín. Deset knih o architektuře obsahovalo:

  • Hemicyclum od Berosuse Chaldézského: oříznutý, konkávní, polosférický povrch
  • Hemisférium nebo skafé od Aristarchuse ze Sámu: plný, konkávní, polosférický povrch
  • Discus (disk na rovném povrchu) od Aristarchuse ze Sámu: Celokruhový rovníkový ciferník s nodem
  • Arachne (Pavoučí síť) od Eudoxuse z Cnidu nebo od Apolloniuse z Pergy: Polokruhový rovníkový ciferník s nodem
  • Plinthium nebo Lacunar od Scopinase ze Syrakůs: jako příklad těchto hodin odkazuje na římský Circus Flaminius.
  • Pros ta historoumena (Univerzální hodiny) od Parmeniho
  • Pros pan klima od Theodosiuse z Bithynie and Andrease
  • Pelekinon od Patrocla: klasický design dvoubřité sekery (dvou hyperbol natocenými proti sobě vrcholy)na dvojrozměrném povrchu.
  • Dyonisodorův kužel: konkávní, kuželovitý povrch
  • Quiver (toulec) od Apollonia z Pergy
  • Conarachne
  • Konické Plinthium
  • Antiboreum : polokoule, hemisféra směřující k severu , do níž vstupuje sluneční světlo skrz malý otvor.

Římané si osvojili konstrukci a využití slunečních hodin od Řeků natolik, že si Plautus v jedné ze svých her stěžuje, že jeho den je rozsekán na kousky těmi všudypřítomnými slunečními hodinami. Největší sluneční hodiny antického světa tzv. "Solarium Augusti" postavili římané v Římě kolem roku 10 př.n.l. Jednalo se velkou plochu s 30 metrovým obeliskem z červené žuly uprostřed, mramorovými chodníky a pozlacenými bronzovými linkami uvnitř plochy určujícími jednotlivé časové ůdaje.

Z roku 38 n.l pochází známý římský obelisk umístěný na náměstí svatého Petra vysoký 35,5 m, který sem nechal dopravit z Héliopole (nedaleko dnešní Káhiry) císař Caligula. Taktéž archeologické práce prováděné na římském náměstí del Popolo, kde se nachází obelisk egyptského původu ze 12. století př. n. l. o výšce 36 m, odhalily rozsáhlý, urbanisticky pojatý číselník.

Evropa prvního tisíciletí

Objev polosu (ukazatele paralerního s osou otáčení země) bývá datován do 1. století n. l. Po několika stech letech však upadl v zapomnění. Kolem roku 605 nařídil papež Sabinianus instalování slunečních hodin na kostelech. Následně se začínají na zdech křesťanských kostelů a klášterů objevovat sluneční hodiny opět s horizontálním ukazatelem a dělením dne na 4, 8 nebo 10 částí. Nejstarší hodiny tohoto typu na území Německa, nacházející se na zdi kostele sv. Michala ve Fuldě, nechal zhotovit roku 822 opat Hrabanus Maurus

Do roku 800 n.l. se datují nejstarší sluneční hodiny v anglii (pomineme-li ty v Knowthu) za něž je považován tzv. "Bewcastle Cross", v Cumbrii na severo-zapade Anglie. Ciferník je rozdělen na 4 části pracovniho dne které ovlivňovali vikingy a jejich námořní kulturu.

Sluneční hodiny a islámský svět

Řecké ciferníky byli dále převzaty a zdokonalovány Islámskou kulturou a v evropě v období post-renesance. Řecké hodiny využívali nodu a přímých hodinových přímek, tudíž zobrazovali nepřesný čas. Říká se mu "Temporární čas". Tzn. čas který se mění podle ročního období. Každý den byl rozdělěn do 12-ti stejných úseků a tudýž hodina ukazovaná takovými hodinami byla v zimě časově kratší než skutěčná délka hodiny. Naopak hodina zobrazená v létě byla časově delší. Takovéto hodiny měřily přesně tedy jen a pouze při dnech rovnodennosti. Aby se odstranil tento problém tak roku 1371 n.l. Abu'l-Hasan Ibn al-Shatir zdokonalil hodiny tím způsobem že směr gnómonu změnil ze směru "kolmého na povrch umístěni" na "směr daný osou rotace země", tudíž směřující k polárce. Toto významné vylepšení bylo dáno také tím že al-Shatir využil velkého pokroku v trigonometrii učineném Muhammadem ibn Jabir al-Harrani al-Battani (Albategni). Ibn al-Shatir si uvědomil že použití gnomonu, který je paralerní na osu rotace země umožní vytvořit sluneční hodiny, které budou zobrazovat stejně dlouhé úseky hodiny během jakéhokoliv dne v roce. Jeho hodiny jsou nejstaršímy polárnímy hodinami které se dochovaly. Tento koncept se později začal objevovat u slunečních hodin na západě, nejméně od roku 1446.

Evropa a české země

Nejstarší sluneční hodiny v čechách pocházejí z 15. století přibližne z let kolem roku 1450 n.l. Řadí se mezi ně:

  1. Kolín - na vystouplém kameni schodištní vížky na jižní straně chóru chrámu sv. Bartoloměje v Brandlově ulici v Kolíně jsou patrné zbytky slunečních hodin z poloviny 15. století.
  2. Telč - do kamenných pilířů kostela svatého Jakuba v Telči na náměstí Zachariáše z Hradce je vytesána dvojice svislých slunečních hodin. Vytvořeny někdy kolem roku 1450.
  3. Slavonice - na kamenných zdech poutního kostela svatého Ducha ve Slavonicích jsou vyznačeny troje sluneční hodiny. Pocházejí také z 15 století.

Evropa renesanční

Francouzský astronom Oronce Finé roku 1524 n.l. zkostruoval sluneční hodiny ze slonoviny. V roce 1525 Albrecht Dürer v Norimberku vydal pojednání "Underweysung der Messung mit dem Zirckel und Richtscheyt". Zde názorně popisuje konstrukci ciferníku horizontálních i vertikálních slunečních hodin za použití pravítka a kružidla. Kniha obsahuje i jeho vlastní návrh slunečních hodin na desetistěnu. V Evropě se začaly šířit v 16 století různé typy přenosných a kapesních hodin po rozšíření kompasu v pol. 16. století. Oblíbené byly např. cestovní rovníkové z mosazi, též cestovní diptychové (neboli destičkové) ze slonoviny, případně levnější varianty ze dřeva, dále stolní horizontální z mosazi či ušlechtilejších druhů kamene. Roku 1570 n.l. italský astronom Giovanni Padovani publikoval traktát (pojednání), kde zpracoval postup výroby a následné umístění, jak horizontálních tak vertikálních slunečních hodin. Dále roku 1620 n.l. Giuseppe Biancani napsal "Constructio instrumenti ad horologia solaria" kde popsal jak vytvorit sluneční hodiny i s připojenými ilustracemi.

Soumrak praktického používání slunečních hodin

Rozvoj průmyslu, manufaktur, cestování a jiných oborů lidské společnosti vyžadoval stále větší nutnost využívání přesnějších způsobů měření času a také kladl větší nároky na jeho mobilitu. Potřebnost slunečních hodin postupně klesala v souvislosti se zdokonalováním mechanických kolečkových hodin, avšak ještě dlouho byly využívány například k seřizování věžních hodin. Skutečný soumrak praktického používání slunečních hodin však znamenala dohoda o zavedení pásmového času na konferenci ve Washingtonu v roce 1884. (U nás byl pásmový čas zaveden od 1. 1. 1912). Dnes mají sluneční hodiny spíše funkci dekorativní než užitnou, měří totiž tzv. pravý sluneční čas, který se od středního slunečního času může lišit až o +16 minut nebo -12 minut (viz časová rovnice).

Princip slunečních hodin

Planeta Země provádí dva důležité pohyby, rotaci kolem své osy a oběh kolem Slunce. Otáčí-li se Země kolem své osy, způsobuje tím zdánlivý oběh Slunce od východu k západu. Během roku si můžeme všimnout,že zdánlivá dráha Slunce po obloze se během roku mění. Toto je způsobeno eliptickou oběžnou dráhou Země kolem Slunce, kdy Slunce je v jednom jejím ohnisku. Vzdálenost Země od Slunce se tedy během roku mění, nejmenší je v periheliu, největší v afeliu. V důsledku 2. Keplerova zákona se Země pohybuje nejrychleji v periheliu a naopak nejpomaleji v afeliu. Navíc zemská osa není k rovině zemské dráhy kolmá, ale je od kolmice odkloněna přibližně o 23,5°. Z obou těchto příčin vyplývá, že délka hodiny na slunečních hodinách se během roku mění. Sluneční hodiny udávají zpravidla pravý sluneční čas místního poledníku. Hodinky ukazují středoevropský čas, tzn. čas 15. poledníku, procházejícího například městy (Český Dub či Jindřichův Hradec, a to jen v zimě a přibližně. Jsme-li tedy od 15. poledníku o jeden stupeň na východě (třeba Holice, Velké Meziříčí), musíme si od času slunečních hodin 4 minuty odečíst, na západě (např. Nižbor, Příbram) pak přičíst. Otáčí-li se Země kolem své osy asi jednou za 24 hodin, můžeme světovou sféru rozdělit na 24 dílů hodinovými kružnicemi, které budou procházet póly. Protože plnému úhlu 360° sluneční dráhy během dne odpovídá 24 hodin, připadá na 1 hodinu úhel 15°.

Zdánlivý pohyb slunce

Pochopení principu slunečních hodin je nejsnažší a nejjednodušší na středověkém modelu pohybu slunce. Bylo vědou prokázáno že Země rotuje kolem své osy a otáčí se na eliptické dráze kolem slunce. Nicméně k získání těchto detailních znalostí bylo třeba astronomického pozorování a fyzikálních experimentů. Pro navigaci a účely návrhu slunečních hodin je výborným zjednodušením a ulehčením předpokládat, že se slunce otáčí kolem statické Země uvnitř Celestiální sféry (koule), která rotuje každých 23 hodin a 53 minut kolem její celestiální osy (přímka vytyčena mezi celestiálními póly). Pokud celestiálnní osa je shodná s osou Země, pak její úhel s lokální rovinou se rovná lokální geografické zeměpisné šířce. Zatímco hvězdy jsou v této celestialní sféře statické a neměnící svou pozici, slunce se pohybuje po celestiánské sféře, mající v létě pozitivní sklon (deklinaci), v zimě negativní sklon (inklinaci), a mající přesně nulový sklon v den rovnodennosti (tzn.Slunce je na celestiánském rovníku).Trasa Slunce po celestiánské sféře je známá jako "Ekliptika" a prochází všemi 12 znameními zvěrokruhu během jednoho roku. Takovýto model slunečního pohybu pomůže lépe pochopit princip slunečních hodin. Jestliže stín-vrhající ukazatel je shodný s celestiánskými póly, pak jeho stín se otáčí stejnou rychlostí a tato rotace se nebude měnit díky ročním období. Výše popsaný princip je ten najznámější design a v takových případech i stejné množství hodinových čar je používáno během celého roku. Hodinové čáry jsou rozděleny pravidelně, pokud povrch na který dopadá stín, je buď kolmý (stejně jako rovníkové sluneční hodiny), nebo kruhově symetrický kolem ukazatele (stejně jako v armilární sféře, kdy výraz "Armilla" je název pro "model celestiální sfery").V ostatních případech nejsou mezery mezi dílky stupnice rozloženy pravidelně, dokonce i když stín rotuje rovnoměrně, a tudíž stupnice číselníku musí být upraveny odpovídajícím způsobem. Paprsky světla které dopadají na vrchol ukazatele, nebo procházející úzkou štěrbinou, vykreslují kužel který je soouosý s póly celestiánské sféry. Odpovídající bod světla nebo vrcholek stínu který dopadne na plochý povrch, znázorní kuželovitý úsek podobný hyperbole, elipse, nebo (na severním nebo jižním pólu) kruhu. Tato kuželovitá část je výsledkem protnutí kužele paprsků světla s plochým povrchem. Tento kužel a jeho kuželovitá část se mění podle sezóny tzn. dle toho jak se mění sklon (deklinace/inklinace) slunce. Tudíž sluneční hodiny které využívají tohoto pohybu světelného bodu nebo vrcholku stínu, mají často rozdílne číselníky pro různé roční období.(jako např. Sluneční hodiny v podobě Pastýřské Hole, Sluneční hodiny jako prsten a vertikální gnómón jako obelisk).

Oficiální čas vs pravý sluneční čas a jeho korekce

Sluneční hodiny ukazují lokalní sluneční čas (pokud nejsou jakkoliv upraveny). K získání standardního času je třeba na nich provést tři základní korekce.

  • Za prvé, sluneční čas je třeba upravit s ohledem na zeměpisnou délku místa kde jsou sluneční hodiny umístěny a zeměpisnou délku daného časového pásma. Např. sluneční hodiny umístěné na západě (Nižbor, Příbram) od 15 poledníku (Jindřichův Hradec) , ale stále ve stejné časové zóně, ukazují pozdější čas než je oficiální čas. Tudíž pakliže jsme v daném časovém pásmu tak čím později budeme mít slunce nad hlavou a čím západněji budeme, tím větší bude rozdíl mezi polednem na našich slunečních hodinách a našich náramkových hodinkách ukazující oficiální čas. Tato korekce je často řešena posunutím stupnice o úhel odpovídající rozdílu zeměpisné délky definované pro dané časové pásmo a skutečnou zeměpisnou délkou odpovídající umístení slunečních hodin.
  • Za druhé, praxe v používání letního a zimního času nás nutí posunout údaje stupnice vždy o hodinu. Tato korekce je často řešena očíslováním stupnice dvěma údaji, vždy o hodinu posunutými.
  • Za třetí, oběžná dráha země kolem slunce není ideální kruh ale elipsa , a její rotační osa není kolmá k jejímu orbitu (přesný sklon země je 23 stupňů a 27 minut což je 23,45 stupňů). Tyto fakty pospolu způsobují rozdíly v počítání a zobrazení slunečního času během roku. Tato korekce (Která činí maximálně 15 minut) je popsána takzvanou „Časovou rovnicí“. Více komplikované provedení slunečních hodin takovouto korekci již zahrnuje , nicméně korekce může být jednoduše řešena přiložením plakety s grafem, který umožní zjistit odchylku pro daný čas připočtením či odečtením potřebných minut k zobrazovanému slunečnímu času.

Rozčlenění typů (Kategorizace)

MootHallSundial.JPG

Kategorizace slunečních hodin může být vytvořena mnoha způsoby.

1) Způsob zobrazení

Některé sluneční hodiny využívají jako ukazatele času světelný bod nebo světelnou linku, zatímco jiné používají hranu stínu nebo jeho špičku. V prvním případě bod světla ukazující čas může být formován slunečními paprsky jdoucími skrze malý otvor, nebo odrážející se od kulatého zrcátka. Podobně světelná linka může být formována pokud necháme sluneční paprsky procházet tenkým řezem v materiálu nebo je necháme procházet cylindrickými čočkami, které průchozí světlo formují do úzkého pruhu (oproti čočkám sférickým které světlo formují do bodu). V dalším případě , objekt vrhající stín může být nejčastěji proveden jako tenká tyč, nebo jako jakýkoliv objekt s ostrou špičkou nebo rovnou hranou.

2) Typy ukazatelů

Ukazatel může být umístěn napevno, nebo může být pohyblivý v závislosti na ročním období. Může být orientován vertikálně, horizontálně,zarovnaný na osu země, nebo také orientován ve všech možných směrech matematicky odvozených.

3) Povrch pro zobrazení údajů

Sluneční hodiny používají mnoho typů povrchu pro zobrazení světelného bodu nebo čáry, nebo vrcholku stínu nebo hrany stínu. Rovný povrch je nejběžnější základnou. Ovšem využívají se i neúplné koule, cylindry nebo kužele. Pro zpřesnění odečtu nebo čistě jen pro výraznější estetické ztvárnění jsou využívány i mnohem více komplikované tvary.

4) Přenositelnost

Sluneční hodiny se liší v jejich přenositelnosti, a jejich nutnosti orientace. Umístění mnoha slunečních hodin vyžaduje znalost lokalní zeměpisné šířky, přesný vertikální směr (určený vodováhou nebo olovnicí), a směr pravého severu. Znalost těchto všech věcí neplatí v případě „samo-zaměřujících se slunečních hodin” To mohou být například dva ciferníky pracující každý na jiném principu. (horizontální a analeptické sl. hodiny které můžou být připevněny na jednom podkladě a jejich čas je pak shodný pouze v případě že jsou nastaveny a umístěny správně.)

Části slunečních hodin

  • Stylus, Stylos - obecně ukazatel
  • Gnómón - ukazatel kolmý k rovině číselníku.
  • Polos - ukazatel rovnoběžný se zemskou osou, tzn. vždy leží ve svislé severo-jižní rovině a s vodorovnou rovinou svírá úhel rovný zeměpisné šířce stanoviště, a to nezávisle na orientaci stěny. Polos se používá u vertikálních slunečních hodin ve formě tyčky zakončené zpravidla kuličkou – nodem. Časové i kalendářní údaje určuje nikoliv směr stínu, ale pouze poloha stínu nodu na číselníku.
  • Nod, Nodus - kulička (nebo jinak umělecky ztvárněný konec ukazatele, nebo jiná značka na ukazateli), jejíž stín ukazuje časové nebo kalendářní údaje.

Související články

Externí odkazy

Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Sundial
Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Slune%C4%8Dn%C3%AD_hodiny“