07-10-15

Zonnewijzers

Open agenda:

 

Jan) Hoe zit het met sonde Horizon bij Pluto?

Franky) Venus , waarom noemt me die de ochtendplaneet? En hoe zit dat met Mercurius?

Dirk) Hoe zit het met Dawn bij planetoïde Ceres?

Lambert) Hoe zit het met ontsnappingssnelheid?

 

  1.  Beelden van Pluto, gemaakt door New Horizon geven momenteel een scherp afgeleide planeetschijf met daarop duidelijk zichtbare donkere vlekken. Op dit moment moet de sonde nog 17 dagen verder reizen om z’n kortste nadering te hebben. We hopen op betere beelden.

  2. Waarom noemt men Venus de ochtendplaneet?  Venus zien we zowel ’s morgens als ‘s avonds. Beide ongeveer even lang.  Eerst achter de zon, dan weer voor de zon!  Jan tekende de banen op het bord en verduidelijkte hiermee het fenomeen “ochtendster” – “avondster”. Van een ster is evenwel geen sprake! Voor Mercurius geldt hetzelfde.

  3. Hoe zit het met Dawn bij Ceres? Deze week verscheen het bericht dat er piramidevormige structuren op Ceres gezien zouden zijn en meer reflecterende vlekken. Ceres heeft een diameter van 950 kilometer en is meteen onze grootste planetoïde.  

  4. Hoe zit het met de ontsnappingssnelheid?  Met een constante snelheid, minder dan de ontsnappingssnelheid kom je niet weg. Je “valt” om de aarde heen! Deze vraag bracht ons bij vliegtuigvleugels en reizen om de aarde…… De bedoeling was er weg te geraken J

     

    Verslag van de vergadering.

 

ZONNEWIJZERS

 

Toen onze rondtrekkende voorouders sedentair werden, kwam de behoefte aan tijdsbepaling en werd er gezocht naar instrumenten om tijd te meten. Daarvoor leefden ze gewoon met het ritme van dag en nacht. Opstaan als de zon opkomt en slapen gaan als de zon ondergaat. Al vroeg is men gebruik gaan maken van de aardrotatie, maar ook de Maan en de sterren speelden een rol bij het zoeken naar een betrouwbaar gegeven om de tijd te bepalen en zo ontston­den de eerste primitieve “tijdmeetintrumenten”.

 

Het eerste tijdmeetapparaat was de ‘schaduwklok’. Het is een T-vormig instrument dat werd teruggevonden bij de Egyptenaren. Hiermee kon men zien hoever in de loop van de dag een schaduw reikte. Al snel evolueerde het dan naar de beter gekende zonnewijzers.

De meest voorkomende types zijn de horizontale, de verticale en de equatoriale zonne­wijzers. De analemmatische komt minder voor. Later zijn er nog heel veel andere en soms erg vreemde modellen ontworpen.

 

Werking

 

  1. Een horizontale zonnewijzer

De meest eenvoudige zonnewijzer ben je zelf of een stok die je in de grond steekt. (de gnomon)Als de zon op gelijk welke dag op haar hoogste punt staat is de schaduw het kortst. In de winter en de zomer wijst de schaduw wel niet altijd even ver. Dit heet “culminatie” van de zon. De zon staat dan in het zuiden en geeft het midden van de dag aan, vandaar ‘middag’. Ze heeft dan vanaf zonsopgang even lang geschenen als ze nog zal schijnen tot zonsondergang. Bij dit type is de richting van de schaduw meestal niet geschikt om de tijd aan te duiden omdat het noorden niet be­kend is. Alleen de schaduw van het uiteinde van een gnomon kan dienen en men spreekt dan ook van een ‘puntzonnewijzer’.

Opdat de zonnewijzer ook in de rest van de dag de tijd zou kunnen aanwijzen had de stok niet recht in de grond moeten steken maar schuin. Hoe schuin? Dat hangt af van de plaats op de wereld waar je bent. De hoek tussen de stok en de grond moet gelijk zijn aan de breedtegraad van de plaats. Bij ons is die overal ongeveer 51 graden.

De stok – het juiste woord is de 'stijl' van de zonnewijzer – moet hier met de grond een hoek van 51 graden maken. Bovendien moet het bovenste uiteinde van de stijl naar het noorden wijzen. Naar de noordpool dus, daarom heet hij 'poolstijl'. Op die wijze is de stijl evenwijdig met de as waarrond de aarde draait. Een zonnewijzer uit Spanje kan je dus hier niet gebruiken.

Een poolstijl is dus geen gnomon want dat is een stijl die loodrecht staat.

 

  1. Een verticale zonnewijzer

Tot nu toe hadden we het over een horizontale zonnewijzer. Een ver­ticale zonnewijzer hangt tegen een verticaal vlak, bijvoorbeeld op een muur. De stijl maakt in Vlaanderen een hoek van 51 graden met het horizontale vlak en wijst dwars door het verticale vlak in de richting van het noorden. De 12-uurlijn is een verticale lijn op de muur en de uurcij­fers van klein naar groot lopen op in tegen-uurwij­zerzin.

Tot hiertoe gingen we ervan uit dat het verticale vlak pal naar het zuiden gericht is. Voor een naar het zuiden gerichte muur is het tekenen van een zonnewijzer even gemakkelijk als voor een horizontale zonnewijzer. Meestal staat de muur echter niet naar het zuiden gericht en moet je weten hoeveel hij verdraaid is om de hoeken tussen de uurlijnen te kennen. Het uurlijnenpatroon links en rechts van de 12-uurlijn is dan ook niet meer het spiegelbeeld van elkaar.

Is de zonnewijzer precies naar het westen of naar het oosten gericht dan is er geen 12-uurlijn en zijn de an­dere uurlijnen parallel aan elkaar. Ook op een noordelijk gerichte muur kan een zonnewijzer staan. Die krijgt in de zomer 's morgens vroeg en 's avonds laat even zonlicht.

(Verticale zonnewijzers die je in een tuincentrum koopt zijn alleen bruikbaar tegen een muur die precies naar het zuiden gericht is).

 

  1. Een equatoriale zonnewijzer          

Vaak zie je zonnewijzers waarop je het uur afleest op een ringvormige band die als een stuk hoepel rond de stijl is aangebracht. De stijl staat (in Vlaanderen) schuin met een helling van 51 graden t.o.v. het horizontale vlak en wijst naar het noorden. De stijl en het vlak waarin de hoepel ligt staan loodrecht op elkaar.

Bij dit soort zonnewijzers zijn de uurlijnen op de band evenwijdig met elkaar en ze staan op gelijke afstand van elkaar. Zoals de rand van een taart die je in 24 stukken snijdt.

Vermits de stijl evenwijdig is aan de aardas is het vlak van de hoepel evenwijdig met het vlak waarin de evenaar ligt. Een moeilijker woord voor evenaar is equator, vandaar dat men dit type zonnewijzer een ‘equatoriale’ zonnewijzer noemt. Nog juister is sferische equatoriale zonnewijzer, omdat er ook vlakke equatoriale zonnewijzers zijn. We onderscheiden twee types sferische equatoriale zonnewijzers, de open en de gesloten. Als de zon schijnt is de open sfe­rische equatoriale zonnewijzer in Achel het hele jaar door af­leesbaar. De gesloten sferische heeft een volledige doorlopende equatorband en hierdoor zal er bij de equi­noxen geen schaduw zichtbaar zijn.

 

  1. Een analemmatische zonnewijzer

Op sommige zonnewijzers kan je ook de datum aflezen. Als op de poolstijl een merkteken aangebracht is (bv. een bolletje, een puntje) en ook datumlijnen zijn aangebracht (of lijnen die de periodes van de dieren­riem afbakenen) dan zal de schaduw van het merkteken de datum aanduiden, of op de periode van de dieren­riem tonen hoever die periode gevorderd is.

Een analemmatische zonnewijzer is vaak horizontaal op de grond uitgevoerd.

Het voorwerp dat de schaduw geeft (kan ook een persoon of een stok zijn) staat loodrecht en wordt verplaatst over een datumschaal, een soort kalender. De uuraanduidingen bevin­den zich op een ellips. We kunnen hiermee dan zowel de plaatselijke tijd als de datum be­palen.

 

Vanouds werd dus op elke plek op aarde de lokale tijd gehanteerd. Nog niet zolang geleden verschilde die tijds­aanduiding nog van land tot land en soms zelfs van stad tot stad.  Als de zon op haar hoogste punt stond, was dit ter plaatse het mid­den van de dag (vandaar => middag).

Door de komst van spoorwegen ging men zich steeds meer over grotere afstanden verplaatsen en kwam de noodzaak om één algemeen geldende tijd in te voeren over de hele wereld. 

Hoe moest dit gebeuren want veel tijdsperiodes die we momenteel nog gebruiken komen al van heel vroege beschavingen. Voor ons begon de nieuwe dag om middernacht, maar in de Joodse cultuur werd de onder­gang van de zon als begin van de nieuwe dag gekozen. Bij de Hindoes was het de opkomst van de zon.

De meridiaanconferentie van 1884 moest hierover uniformiteit brengen.

Omdat de aarde ieder uur 15 graden verder draait t.o.v. de zon. (360°/24h=15°) werd op die conferentie de aarde verdeeld in 24 zones van elk 1 uur. In iedere zone is het overal even laat.

De nulmeridiaan van Greenwich werd aange­nomen als begin en eindpunt voor alle tijdzones op aarde. De nulmeridiaan van Greenwich is het centrum van tijdzone 0. Die zone strekt zich dus uit van 7,5° wester­lengte tot 7,5° oosterlengte van Greenwich. Dit wordt de Universele Tijd of Greenwich Mean Time (UTC of GMT) genoemd. De Midden-Europese tijdzone strekt zich dan in theorie uit van 7,5° oosterlengte tot 22,5° oosterlengte.

Onze officiële tijd is afgestemd op de zonnetijd van de 15e oostelijke lengtegraad. Die ligt ongeveer op de grens tussen Duitsland en Polen. Als de zon er het hoogst staat is het daar middag. Alle uurwerken in West-Europa, behalve in Engeland, Ierland, Portugal en IJsland, wijzen dan volgens afspraak 12 uur aan.
De aarde moet echter nog een tijdje verder draaien voordat de zon in Achel het hoogst staat en het er echt middag is, namelijk 4 minuten per lengtegraad die we meer verwijderd zijn van de 15e oostelijke lengte­graad.

Achel: (5°28’ oosterlengte) = 15° - 5°28’ = 9°32’ of 9,51° Het duurt dus 9,51 x 4 minuten = 38,04 minuten minuten voordat de zon er het hoogst staat.

Hasselt (5°20' oosterlengte) ligt 15° - 5°20' = 9°40' of 9,7° verwijderd van de 15e oostelijke lengtegraad. Het duurt dus 9,7 x 4 minuten = 38,8 minuten voordat de zon er het hoogst staat.

 

Toch kent de plaatselijke zonnetijd niet altijd dezelfde afwijking met de middelbare tijd. Om de zonnetijd af te stemmen op de middelbare tijd is er een tijdsvereffening nodig. Deze varieert van dag tot dag, in de lente en de zomer tussen +6 en -6 minuten, in de herfst en de winter tussen +14 en -16 minuten (zie grafiek).

(Als de zomertijd geldt komen daar nog 60 minuten bij).

 

De oorzaken van de tijdsvereffening

 

Ten eerste is de baan van de aarde om de zon licht elliptisch, wat gevolgen heeft voor de hoeksnelheid. (tweede wet van Kepler). Begin januari staat de aarde het dichtst bij de zon en is de baan- of hoeksnelheid het grootst. De aarde moet namelijk verder om zijn as draaien om de zon weer recht voor zich te krijgen. Begin juli is de aarde het verst van de zon verwijderd en de hoeksnel­heid laag. De langzamere snelheid zorgt dat de zon sneller recht voor de aarde staat.

Een tweede bijdrage komt van de helling van de aardas ten opzichte van de baan om de zon. Die veroorzaakt de seizoenen en beïnvloedt ook de lengte van de zonnedag.

Aan het begin van de zomer en de winter is de aardas naar de zon toe gekanteld. De baanbeweging van de zon is vrijwel van oost naar west gericht. Het duurt relatief lang voordat de aardrotatie deze beweging in­haalt. Bij het begin van de lente en de herfst staat de aardas scheef voor de zon. De baanbeweging is nu niet geheel in de oost-west richting en wordt sneller ingelopen door de draaiing van de aarde om zijn as.

 

Om met behulp van de zonnewijzer de MET of de GMT te bepalen moeten we dus het plaatsverschil met de uurlijn van de tijdzone berekenen en hierop de  tijdsveref­feningslus toepassen.

 

In de huidige tijd met kwartsuurwerken, computers en atoomklokken hebben zonnewij­zers nog slechts be­perkte functies. Ofwel als historisch of decoratief ornament of als we­tenschappelijke spielerei voor de beoefe­naars van de gnomotica.

Veel mensen blijven geboeid door het mysterieuze van tijd, omdat die altijd onveranderd in één richting voortschrijdt en niet kan omkeren. We kunnen met onze zintuigen ook geen tijd waarnemen.

We kunnen tijd dus enkel omschrijven als

- - een middel waarmee de volgorde en de duur van gebeurtenissen kan worden aangegeven.of - - een middel dat na hoogte, breedte en lengte toegepast wordt als vierde dimensie.

                                                                                                                                                                       Jan Hermans

11:21 Gepost door Lambert Beliën | Commentaren (0) |  Facebook | |

De commentaren zijn gesloten.