RELOJ SOLAR ANALEMATICO

Un reloj de sol confiere al entorno en el que se ubica un carácter decorativo, cultural y didáctico.Vestigio de una época en la que se sabía” tener tiempo” (que ahora no), los relojes solares son un eslabón que nos une al pasado, en la maravillosa aventura de la Humanidad.¿No fueron los primeros hombres de las civilizaciones mediterráneas los que, observando la sombra proyectada en el suelo por un palo vertical (El gnomon), descubrieron que su longitud decrecía desde la salida del sol hasta el momento en que alcanzaba su máxima altura en el cielo de mediodía (meridia en latín, y de ahí meridiano) para crecer de nuevo hasta la puesta de sol?Estas observaciones provocaron una larga reflexión y meditación en el pensamiento humano durante los dos milenios en que se trazaron y perfeccionaron los relojes de sol y la medida del tiempo.Un reloj de sol, por simple que sea, constituye un instrumento didáctico que nos permite evocar los estrechos lazos que unen el ritmo de nuestra vida al movimiento de la gran maquinaria del Universo: la rotación de la Tierra sobre su eje y alrededor del Sol, el recorrido aparente del sol en el cielo, el ritmo de las estaciones.Un reloj de sol nos hace reflexionar sobre datos científicos que parecían inútiles cuando los estudiábamos de forma abstracta en los libros; nos permite concretar el eje del mundo, el ecuador, el meridiano local, la latitud del lugar…Los relojes de sol en definitiva, siempre tienen interés desde el punto de vista artístico y científico. Incluso hoy, en la época de los cronómetros de cuarzo y relojes atómicos, vuelven a estar de moda y hasta pueden dar la “hora exacta” aplicándoles las correcciones oportunas como las que nos indica la gráfica de la ecuación del tiempo

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1.-FuncionamientoPero sabiendo las posibilidades que este reloj tiene para el conocimiento de la Astronomía de posición, y el provecho didáctico que se le pude sacar a su estudio en el campo de la enseñanza, quisiera a partir de ahora hacer una descripción minuciosa de su funcionamiento y de las aplicaciones didácticas que se pueden extraer de su especial diseño. La estructura elegida para el soporte de este reloj es la ecuatorial, es decir, que sus horas en la escala semicircular están separadas 15º entre sí, no habiendo por tanto proyección de éstas sobre la pared como lo hacen los relojes verticales o sobre el suelo como lo hacen los relojes horizontales. La principal característica del reloj es la sustitución de lo que en un reloj ecuatorial típico sería el gnomon de varilla, por una placa giratoria en la que se ha impreso la figura del analema, de forma tal que esa figura pueda ser proyectada por el sol, sobre la escala horaria. Así pues el reloj consta de dos partes fundamentales: la escala horaria y el gnomon analemático y calendario.

La escala horaria en realidad es una escala doble, ya que contiene divisiones horarias con precisión de un minuto tanto para la hora civil como para la hora solar local. Para que esta lectura sea precisa, la escala de hora civil y la de hora solar local están desfasadas de forma que se corrige la variación por longitud, este ajuste o desfase se define en la instalación del reloj.

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El gnomon analemático contiene una cantidad de información tal, que permite conocer la fecha de la observación así como la declinación solar expresada en grados y la ecuación del tiempo expresada en minutos para todos los días del año

La idea principal que subyace en el reloj es aprovechar el movimiento anual del sol para que él mismo seleccione la parte del analema que corresponde al día de la observación, proyectando sobre las escalas tanto la línea tradicional recta que señala la hora solar, que se correspondería con la sombra de la varilla de cualquier reloj solar ecuatorial, como la línea analemática curva que corrige la ecuación del tiempo pudiéndose obtener así la hora civil en lectura directa en cualquier instante del día.

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La proyección por el sol de la figura analemática contenida en el gnomon como líneas de luz sobre las escalas y la intersección de estas líneas de luz sobre ellas, es la que permite hacer las lecturas de las diferentes horas, a saber: hora solar local, hora solar media, hora solar en el meridiano central del huso horario y hora civil.

La forma de hacer la lectura de la fecha sobre el gnomon analemático es tan sencilla como deslizar un dedo o papel sobre la figura curva del analema hasta que la sombra del papel coincida con el centro de la escala, y ese punto del analema nos indicará la fecha en el calendario que éste lleva impreso.

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Como se podrá apreciar la interacción del observador con el reloj es imprescindible, pues las lecturas requieren el manejo del gnomon, girando éste para que el sol proyecte la figura sobre las escalas, y efectuar la operación anteriormente citada para la lectura de la fecha. Esta interactividad implica que el observador no va ha ser pasivo como en los relojes de sol tradicionales, que incluso se sitúan en las paredes a una altura inaccesible. Esta participación tiene por sí misma un valor didáctico pues la implicación requiere un mayor esfuerzo que se ve recompensado con la mejor comprensión de la mecánica celeste. Todos sabemos que en los museos modernos de ciencia hay una norma básica: “prohibido no tocar”, porque en los museos se han dado cuenta que para comprender mejor las cosas hay que poner todos los sentidos en ellas y así uno se “construye” su propia idea del mundo que le rodea. He usado el término “construye” entre comillas para fijar la atención sobre uno de los conceptos didácticos más actuales, conocido como “constructivismo”, que implica que cuando uno participa en la construcción de sus propios conocimientos estos quedan mejor fijados que si es otro el que te los sirve demasiado elaborados. Ésta es la razón por la que muchos de los que se acercan por primera vez a este reloj se sienten incapaces de hacer las lecturas, debido a que están acostumbrados a no poner nada de su parte en la comprensión del funcionamiento de los relojes de sol, sino que simplemente se limitan a leer la hora y comprobar con decepción que nunca coincide con su reloj de pulsera. En realidad el reloj lleva escritas en el gnomon suficientes instrucciones para poder ser manejado sin ningún problema.

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2.-ConstruccionA la vista de lo expuesto hasta ahora deducimos que el proceso para determinar la hora oficial a partir de la medida de un reloj de Sol, es un proceso un tanto incómodo y engorroso que nos obliga a tener delante una tabla con la ecuación del tiempo y además conocer con exactitud la longitud geográfica del lugar de observación, aparte las opera-ciones matemáticas a realizar. Sería deseable disponer de algún sistema para medir la hora exacta de una forma directa, al igual como hacemos cuando consultamos nuestro reloj de pulsera. Es decir, un reloj de Sol que corrigiera automáticamente la ecuación del tiempo y la longitud geográfica. Dicho reloj existe, ha sido diseñado por D. Juan Vi-cente Pérez Ortiz del Círculo Astronómico de Alicante y su diseño vamos a estudiar a continuación. Su fundamento teórico consiste en desplazar la sombra una distancia equivalente a la ecuación del tiempo del día de observación. Los relojes de Sol tradicionales constan de un gnomon fijo que proyecta una sombra sobre un limbo y a partir de esa medida sumamos o restamos la ecuación del tiempo. El reloj de Sol analemático desplaza la sombra justo el valor de la ecuación del tiempo y por consiguiente, su lectura directa nos proporciona la hora exacta. Está basado en el reloj de Sol anular. Es decir, disponemos de un limbo circular graduado, orientado según el ecuador celeste, pero ese limbo está desplazado una distancia igual a la longitud del lugar. Es decir, si lo construimos en Alicante con una longitud geográfica aproximadamente igual a 2 minutos Oeste, cuando el sol medio alcanza el meridiano de Alicante el reloj marca las 12 h (solar media) y 2 minutos. Como en España vamos adelantados 1 h en invierno con relación al Tiempo Uni-versal y 2 h en verano, para facilitar su lectura, en el punto del mediodía señala las 13 h en invierno y las 14 h en verano. Hasta aquí el diseño es el tradicional, la originalidad reside en sustituir el gnomon por una re-gleta orientable donde se ha dibujado (vaciado) una zona determinada por la ecuación del tiempo y por la declinación del Sol de todo el año. Es decir, la curva resultante de unir los puntos obtenidos por intersección de la ecuación del tiempo y la declinación solar durante los 365 días del año. Dicha curva recibe el nombre de analema.

Veamos ahora con detalle el proceso de construcción

En primer lugar partimos de un limbo semicircular cuyo radio sea de 300 mm, por ejemplo. La longitud del arco valdrá pues.

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Una vez diseñado el limbo, pasamos a diseñar el analema. Para ello tomamos un sistema carte-siano formado por dos ejes perpendiculares. El eje horizontal representa la ecuación del tiempo. To-mamos los valores positivos a la derecha (Sol atrasado) y los valores negativos a la izquierda (Sol adelantado). El eje vertical representa la declinación solar que oscila de 0 a +23,5º en la parte positiva del eje y de 0 a –23,5º en la parte negativa del eje. La escala del eje horizontal es la misma del limbo semicircular; 1 minuto = 1,3 mm y para el eje vertical tomamos como longitud total.

L = 2 · R · tg 23,5º = 260,9 mm

La posición de cada grado estará a una posición del centro igual al producto del radio por la tangente del ángulo.

-1 grado estará a una distancia del centro igual a tg 1° · R

-2 grados estará a una distancia del centro igual a tg 2° · R

-3 grados estará a una distancia del centro igual a tg 3° · R

-4 grados estará a una distancia del centro igual a tg 4° · R

-y así, sucesivamente, hasta...

-23,5 grados estará a una distancia del centro igual a tg 23,5° · R

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Una vez dibujado el analema marcamos sobre cada punto, el día del año La lectura del reloj se hace orientando la placa móvil en la dirección perpendicular a los rayos del Sol. Con un objeto delgado, un lápiz por ejemplo, señalamos el día del año y su sombra leída sobre el limbo semicircular nos da la hora exacta sin necesidad de realizar ningún cálculo suple-mentario.

3.-Otro tipo de reloj analematico

Haciendo uso de un gnomon, Esta palabra deriva del griego “bastón” y consiste en un palo rígido clavado o sujeto firmemente al suelo. Podemos situarlo verticalmente o bien formando un cierto ángulo (latitud) con la horizontal. Es imprescindible que permanezca fijo y la superficie de apoyo sea perfectamente horizontal.El “gnomon” es tal vez el instrumento astronómico más antiguo.Su uso fue común en la astronomía egipcia, y no otra cosa eran los obeliscos que se erigían en todas las ciudades importantes y centros religiosos. Con ellos se pretendía rendir culto al dios Ra. Pero en realidad se usaban para medir la altura del Sol, con lo que los sacerdotes- astrónomos egipcios podían saber la fecha dentro del año.Su teoría es simple: la observación de la sombra que arroja un poste o columna vertical sobre un piso horizontal nos da la información suficiente para calcular la altura del Sol. Los rayos solares llegan al suelo con determinado ángulo b (altura), y un objeto vertical de altura h arrojará una sombra s sobre el piso. Una sencilla relación trigonométrica nos da el valor del ángulo b

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Este reloj consta de una elipse dibujada en el suelo sobre la que se colocan los dígitos con las horas, y una zona central en que una persona debe colocarse en un punto concreto según la fecha, y su propia sombra determina la hora al proyectarse sobre la elipse.

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