Στα πλαίσια του προγράμματος Σχολικών Δραστηριοτήτων, τη σχολική χρονιά 2013- 2014, οι μαθητές Γιαννιώτης Σωκράτης, Γκρίζη Παναγιώτα, Κονδύλη Σταυρούλα, Κατσιφός Δημήτριος, Μπούρμπος Αλέξανδρος, Νιαβή Όλγα, Σαϊνης Σταύρος, Σβερώνης Λάμπρος και Χόντου Δέσποινα του τμήματος Β’ Σχεδιαστών Δομικών Έργων με τους καθηγητές τους Λάμπο Γεώργιο (ΠΕ17.01), Μαστραπά Παναγιώτη (ΠΕ 20), και Τσιλίκα Παναγιώτη (ΔΕ 01) αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με κάτι που θα μας κέντριζε το ενδιαφέρον.
Έτσι καταλήξαμε μετά από συζητήσεις, ότι το ηλιακό ρολόι θα ήταν κάτι εντυπωσιακό, γιατί εκτός από το θεωρητικό πλαίσιο, η κατασκευή του και η τοποθέτησή του στον προαύλιο χώρο του του Ι. Ν. των Ευρυτάνων Αγίων θα έδινε τη δυνατότητα σε όλους τους μαθητές να έρθουν άμεσα σε επαφή με αυτό.
ΗΛΙΑΚΟ ΡΟΛΟΪ
Η ιδέα ξεκίνησε με την παρατήρηση ότι η σκιά ενός σώματος που το φωτίζει ο ήλιος , αλλάζει θέσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το Ηλιακό ρολόι είναι μία συσκευή που μετρά το χρόνο, από την σκιά που ρίχνει ο ήλιος πάνω σε ένα αντικείμενο. Τα ηλιακά ρολόγια είναι ο αρχαιότερος τύπος ρολογιών Στους πιο συνηθισμένους τύπους ηλιακών ρολογιών, ο ήλιος ρίχνοντας τις ακτίνες του σε ένα στύλο, που ονομάζεται γνώμονας και πέφτει η σκιά του σε ένα επίπεδο όπου είναι χαραγμένο το διάγραμμα των ωρών και ονομάζεται ωροπλάκα (ή ωρολογόπλακα).
Ο ΓΝΩΜΟΝΑΣ
Ο γνώμονας σε κάθε ηλιακό ρολόι είναι παράλληλος στον άξονα περιστροφής της Γης. Επομένως σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία ίση με το γεωγραφικό πλάτος (φ) του τόπου που βρίσκεται το ρολόι.
ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟ ΠΛΑΤΟΣ
Το γεωγραφικό πλάτος είναι ένα από τα δύο μεγέθη των γεωγραφικών συντεταγμένων με τα οποία προσδιορίζεται η θέση των διαφόρων τόπων στην επιφάνεια της γης.. Συγκεκριμένα, προσδιορίζει την γωνιακή απόσταση των διάφορων τόπων από τον Ισημερινό, ο οποίος έχει γεωγραφικό πλάτος ίσο με 0. Συμβολίζεται με το γράμμα (φ). Το γεωγραφικό πλάτος αποδίδεται σε μοίρες, πρώτα και δεύτερα της μοίρας. Οι μοίρες του γεωγραφικού πλάτους αποδίδoνται πάντα με διψήφιο αριθμό από 00° – 90° Β (Βόρειο), ή 00° – 90° Ν (Νότιο) Γεωγραφικό Μήκος Καρπενησίου = 21° 46’ Γεωγραφικό Πλάτος Καρπενησίου = 38° 55’
ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ
Το ηλιακό ρολόι θα πρέπει να τοποθετείτε έτσι ώστε να είναι προσανατολισμένο ακριβώς με τη διεύθυνση του γεωγραφικού βορρά Αυτό γίνεται αν στοχεύσουμε με τον γνώμονα (δείκτης του ρολογιού) προς τον Πολικό Αστέρα (το τελευταίο αστέρι της Μικρής Άρκτου).
ΩΡΟΠΛΑΚΑ
Η ωροπλάκα είναι ένα επίπεδο στο οποίο είναι χαραγμένο το διάγραμμα των ωρών Το διάγραμμα των ωρών για ένα Ηλιακό Ρολόι είναι ότι το «καντράν» σε ένα κοινό ρολόι. Η σχεδίασή του είναι μια εργασία που απαιτεί ακρίβεια (σχεδιαστική)
ΗΛΙΑΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΗΜΟΣ ΧΡΟΝΟΣ
Διόρθωση ώρας
Ο Επίσημος χρόνος είναι συμβατικός, δηλαδή τίθεται κατόπιν συμφωνίας, ακολουθώντας το Σύστημα των Ωριαίων Ατράκτων. Αλλά το Ηλιακό Ωρολόγιο μετρά τον Αληθή Ηλιακό Χρόνο. Πρέπει επομένως να υπάρχει ένας Πίνακας διορθώσεως της ώρας του Ωρολογίου, ώστε να συμφωνεί με τα μηχανικά ή ηλεκτρονικά μας ρολόγια. Για να μετατρέψουμε τον αληθή ηλιακό χρόνο που μετρά το ηλιακό ρολόι στην επίσημη ώρα Ελλάδας χρησιμοποιούμε την σχέση :
E= Η + Δ
όπου Δ = ( ν – λ) – ε Ε: Επίσημος Χρόνος (Ελλάδας) Η : Αληθής Ηλιακός χρόνος (αυτός που δείχνει η σκιά του ρολογιού) Δ :Η διόρθωση Δ , είναι διαφορετική από ημέρα σε ημέρα και διαφορετική για δύο διαφορετικούς τόπους την ίδια μέρα μ : το γεωγραφικό μήκος του τόπου, εκφρασμένο σε λεπτά ώρας. ν : ωριαία άτρακτος (= -2) γιατί βρισκόμαστε στον δεύτερο μεσημβρινό ανατολικά του Γκρίνουιτς ε : η εξίσωση χρόνου ( Η διαφορά ε μεταβάλλεται από μέρα σε μέρα σ’ όλη την διάρκεια του έτους και υπολογίζεται από το παρακάτω διάγραμμα για μια τυπική ημέρα εκάστου μηνός) παράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι η ένδειξη της σκιάς του ηλιακού ωρολογίου στο Καρπενήσι στις 20 Μαρτίου είναι 10h
Η = 10 h
Για το Καρπενήσι : Γεωγραφικό Μήκος: μ = 21° 46’ Θα μετατρέψουμε το γεωγραφικό πλάτος από μοίρες σε ώρες χρησιμοποιώντας την αναλογία: 360° ισοδυναμούν με 24 h Άρα μ = (21° 46’ / 360°) Χ 24 h = 1h και 43 min = 103 min ν = 2 Χ 60 min = 120 min (Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι για το χρονικό διάστημα που ισχύει η Θερινή ώρα, πρέπει να προσθέτουμε μία ώρα.) ε= – 8min από το διάγραμμα εξίσωσης χρόνου Ώστε η διόρθωση Δ είναι : Δ = (ν – μ) – ε = 120 – 103 – (–8) = 25 min Άρα ο Επίσημος Χρόνος (Ελλάδας) είναι E = Η + Δ = 10h + 25 min (ώρα Ελλάδας) Επομένως η ώρα που μας δείχνουν τα ρολόγια μας είναι 10 και 25 λεπτά. Η διόρθωση Δ, της ώρας, για κάθε ημέρα όλου του έτους για την πόλη του Καρπενησίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα εξίσωσης του χρόνου:
ΕΙΔΗ ΗΛΙΑΚΩΝ ΡΟΛΟΓΙΩΝ
Τα ηλιακά ρολόγια ανάλογα με τον προσανατολισμό της ωρολογόπλακας διακρίνονται σε: Οριζόντιο ηλιακό ρολόι. Σ’ αυτά η ωρολογόπλακα είναι παράλληλη με τον ορίζοντα του τόπου. Ο γνώμονας σχηματίζει με το επίπεδο της ωρολογόπλακας γωνία ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου είναι παράλληλος με τον άξονα της γης και δείχνει τον Πολικό Αστέρα. Επομένως δεν μπορούμε να κατασκευάσουμε οριζόντιο ηλιακό ρολόι στον ισημερινό που το γεωγραφικό πλάτος είναι Ο° . Ισημερινό ηλιακό ρολόι. Όταν ο ωρολογόπλακα είναι παράλληλη στο επίπεδο του Ισημερινού της Γης. Ο γνώμονας είναι κάθετος στο επίπεδο της ωρολογόπλακας και σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο γωνία ίση με το γεωγραφικού πλάτους του τόπου. Το ισημερινό ηλιακό ρολόι έχει δύο όψεις: • τη βόρεια για το διάστημα από 21 Μαρτίου (Εαρινή Ισημερία) έως 23 Σεπτεμβρίου (Φθινοπωρινή Ισημερία) • και τη νότια από 23 Σεπτεμβρίου έως 21 Μαρτίου . Κατακόρυφο ηλιακό ρολόι. Σ’ αυτά η ωρολογόπλακα είναι κάθετη με τον ορίζοντα του τόπου (κατακόρυφο). Ο γνώμονας είναι παράλληλος με τον άξονα της γης δηλ. σχηματίζει με το κατακόρυφο επίπεδο γωνία ίση με τη συμπληρωματική γωνία του γεωγραφικού πλάτους (90°-φ). Αναλημματικό ηλιακό ρολόι. Ένας άλλος τύπος ηλιακών ρολογιών είναι τα αναλημματικά που δεν έχουν σταθερό γνώμονα. Ο τύπος αυτός του ηλιακού ρολογιού είναι ο κατάλληλος για την υλοποίηση στην αυλή ενός σχολείου, μιας και το ρόλο του γνώνομα μπορεί να πάρει ένας μαθητής και οι γραμμές των ωρών μπορούν να σχεδιαστούν στο δάπεδο της αυλής. Πολικό ηλιακό ρολόι. Στα πολικά ηλιακά ρολόγια η ωρολογόπλακα και o γνώμονας είναι παράλληλα με τον άξονα της γης. Σφαιρικό ηλιακό ρολόι. Αποτελεί μοντέλο της ουράνιας σφαίρας (Βόρειος και Νότιος πόλος, ισημερινός, μεσημβρινός) δείχνει : – την αληθή ηλιακή ώρα -τις ισημερίες (21 Μαρτίου, 22 Σεπτεμβρίου) – τη μεσουράνηση του ήλιου – τον πολικό αστέρα – αν κάποια άστρα μεσουρανούν – αν τα άστρα είναι βόρεια ή νότια του ουράνιου ισημερινού.
Το Ισημερινό μας ηλιακό ρολόι
Το έργο μας είναι αντίγραφο του γλύπτη Ανδρέα Γαλανάκη και εκθέτεται σε πλατεία του Π. Φαλήρου στον Πειραιά. Το ηλιακό ρολόι των μαθητών του ΕΠΑΛ Καρπενησίου εκθέτεται στον προαύλιο χώρο του Ιερού Ναού των Ευρυτάνων Αγίων στην πόλη του Καρπενησίου.
ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΡΟΛΟΓΙΟΥ
Στο ισημερινό ηλιακό ρολόι ο γνώμονας (δείκτης) είναι σταθερός και, παράλληλος με τον άξονα περιστροφής της γης και σχηματίζει γωνία με το οριζόντιο επίπεδο ίση με το γεωγραφικό πλάτος του Καρπενησίου φ= 38°,55
Η ωρολογοπλάκα είναι παράλληλη με το ισημερινό επίπεδο της γης, είναι κάθετη στον γνώμονα και σχηματίζει γωνία με τον ορίζοντα του τόπου ίση με τη συμπληρωματική του γεωγραφικού πλάτους. ω = 90 ° – φ = 90° – 38°,55’ = 51°,45’
ΧΑΡΑΞΗ ΤΩΝ ΩΡΩΝ ΣΤΗΝ ΩΡΟΠΛΑΚΑ
Σε 24 ώρες η σκιά του ήλιου διαγράφει ένα κύκλο 360°, οπότε σε μια ώρα η σκιά του ήλιου θα διαγράψει γωνία 360° : 24 = 15°. Πραγματικά οι γραμμές που ορίζουν τις ώρες στο ισημερινό ηλιακό ρολόι, σχηματίζουν γωνία με την επόμενη ώρα 15°.
ΕΥΡΕΣΗ ΕΠΙΣΗΜΗΣ ΩΡΑΣ
Για να βρούμε την επίσημη ώρα Ελλάδος, πρέπει στην ώρα του ηλιακού ρολογιού να προσθέσουμε τη χρονική διόρθωση, ανά μήνα :
Ιανουάριος + 41’ Ιούλιος + 1ώρα + 38’
Φεβρουάριος + 46’ Αύγουστος + 1ώρα + 35
Μάρτιος + 41’ Σεπτέμβριος + 1ώρα + 27’
Απρίλιος + 1ώρα + 33’ Οκτώβριος + 1ώρα + 19’
Μάιος + 1ώρα + 29’ Νοέμβριος + 19’
Ιούνιος + 1ώρα + 33’ Δεκέμβριος + 29’
Κατά την χρήση της θερινής ώρας προσθέτουμε 1 ώρα επιπλέον
π.χ. σήμερα όταν η σκιά του γνώμονα δείξει 14:00, η επίσημη ώρα είναι :
14 + 1ώρα + 29’ = 15:29’ δηλαδή 3 και ½ μ.μ.
