Gnomon – najprostszy przyrząd astronomiczny

RcUYXUPaX3OlU

Na planszy znajduje się zegar słoneczny. Zrobiony jest z szarego kamienia i stoi na piaszczystym, pomarańczowo‑brązowym podłożu, ma podłużną podstawę i okrąg, na którym znajduje się zielona płyta z cyframi rzymskimi oraz cienką wskazówką, ustawioną pod kątem 60 stopni.

1. Jak działa gnomon?

RSUecnQ519onm1

Na planszy widoczne jest zielone wzniesienie, na środku którego stoi podłużny, czerwony pal z okręgiem na wierzchu. W zależności od intensywności światła słonecznego jego cień jest w innym miejscu oraz o innej długości.

Gnomon jest urządzeniem o bardzo prostej konstrukcji. To po prostu słupek, dzięki któremu możemy obserwować zmianę położenia oraz długości cienia w zależności od padania słońca w ciągu dnia. W południepołudnie słonecznepołudnie słupek daje najkrótszy cień, który wyznacza kierunek północny. Gdy za pomocą linii przedłużymy cień w kierunku odwrotnym niż północny, wyznaczymy południe. Linia prostopadła w stosunku do stworzonej osi północ–południe wskazuje kierunek wschodni (po prawej stronie, gdy stoimy przodem w kierunku północnym) i zachodni (po lewej).

Więcej informacji o pozornym ruchu Słońca na niebie znajdziesz w e‑materiale pt. Wędrówki SłońcaD1AYpgoxOWędrówki Słońca.

Wyznaczanie kierunków świata za pomocą gnomonu przeprowadza się w słoneczny dzień, żeby zachmurzenie nie zakłóciło widoczności cienia rzucanego przez słupek. By pomiary były jak najdokładniejsze, wokół gnomonu można dodatkowo wytyczyć okręgi (lub półokręgi). Oznacza się na nich punkty, dokąd sięga cień o danej godzinie, a następnie odszukuje dwa punkty, które leżą na tym samym okręgu. W połowie odległości między nimi znajduje się kierunek północny.

Co ważne, gnomon wyznacza południe słonecznepołudnie słonecznepołudnie słoneczne, które prawie nigdy nie pokrywa się z południem zegarowym. Ta różnica wynika z faktu, że „wędrówka” Słońca po niebie nie jest ruchem jednostajnym, a także z tego, że stosujemy zmianę czasu z zimowego na letni (przesuwamy wówczas wskazówki o godzinę do przodu) – latem górowanie słońca występuje godzinę później niż w czasie zimowym. To dlatego najkrótszy cień gnomonu w ciągu dnia oznacza się na podstawie minimum trzygodzinnej obserwacji, a nie na podstawie tego, gdzie się ten cień znajduje, gdy na naszym zegarze wybije południe. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w e‑materiale „Dzień i nocDWVusCAsrDzień i noc”.

R1YhJDTBhBGK5

Na planszy znajduje się malowany gnomon. Jest on podłużny, brązowy, w kształcie walca. Wokół niego widoczne są trzy kolorowe, z malowanymi kwiatami okręgi.

Obejrzyj poniższy film, by zobaczyć, w jaki sposób za pomocą gnomonu można wyznaczyć kierunki świata.

2. Wyznaczanie kierunków świata za pomocą gnomonu

Gnomon możesz skonstruować samodzielnie – do jego wykonania wystarczy patyk. Musi on być prosty, dlatego może się okazać, że łatwiej będzie użyć rurki, gwoździa czy nawet zapałki – długość gnomonu nie ma znaczenia.

Do wykonania dokładnych pomiarów potrzebne będą:

• patyk (o długości ok. 10 cm);

• zegar;

• arkusz sztywnego papieru lub karton w rozmiarze A2 z narysowanymi okręgami;

• plastelina;

• ołówek;

• cyrkiel;

• linijka i ekierka.

1. Za pomocą cyrkla narysuj na arkuszu papieru 15 okręgów. Pierwszy okrąg powinien mieć promień 1 cm, a przy wykonywaniu każdego następnego okręgu zwiększ rozwartość cyrkla o kolejny 1 cm. Najlepiej przygotuj okręgi na komputerze (wówczas będą idealnie równe), następnie je wydrukuj i naklej na arkusz.

2. W słoneczny dzień wybierz odpowiednie, niezacienione stanowisko do obserwacji.

3. Umocuj gnomon za pomocą plasteliny na środku najmniejszego okręgu (w miejscu, w którym był wbity cyrkiel) na arkuszu papieru.

   R1IsFHgZm0mOQ

   Grafika przedstawia schemat konstrukcji gnomonu. Na płaskim podłożu narysowano 15 okręgów. W ich centrum znajduje się krótki , podłużny fragment.

   

4. Około godziny 11.00 przed południem rozpocznij obserwację. W równych odstępach czasu oznaczaj, dokąd sięga cień gnomonu (im częściej będziesz nanosić punkty, tym dokładniejsze będą pomiary). Wpisz aktualną godzinę przy każdym punkcie.

5. Zakończ obserwację około godziny 13.00.

   R6NQ4iJa5y4rF

   Grafika przedstawia schemat gnomonu. Na płaskim podłożu narysowano 15 okręgów. W ich centrum znajduje się krótki patyk rzucający cień. Na okręgach zaznaczone są punkty tworzące łuk. W prawym górnym rogu widać zegar wskazujący godzinę 13:30.

   

6. Odszukaj dwa punkty leżące na tym samym okręgu i za pomocą linijki wyznacz połowę odległości między nimi. Narysuj linię przechodzącą przez nowy punkt, zaczynając od podstawy gnomonu – jej koniec wskazuje kierunek północny.

7. Przedłuż tę linię w odwrotnym kierunku, niż padały cienie – wyznaczysz w ten sposób kierunek południowy.

8. Za pomocą ekierki stwórz linię dzielącą na pół stworzoną oś północ–południe. Linia ta wskaże kierunki wschodni i zachodni.

9. Możesz też stanąć przodem w kierunku północnym z wyprostowanymi na boki rękami. Obserwuj swój cień: prawa ręka wyznacza kierunek wschodni, lewa – zachodni.

10. Sprawdź, o której godzinie cień był najkrótszy. To wtedy Słońce górowało na niebie, czyli według czasu słonecznego trwało wówczas południe. Zauważ, że nie była to godzina 12.00 czasu zegarowego.

Podsumowanie

• Gnomon to prosty instrument astronomiczny, za pomocą którego można w łatwy sposób wyznaczyć główne kierunki świata. Ma postać pionowego pręta lub słupa na poziomej podstawie. Według długości i kierunku jego cienia wyznacza się położenie Słońca na niebie.

• Gnomon można samodzielnie skonstruować z patyka lub innego podłużnego przedmiotu.

• Czas słoneczny nie pokrywa się z czasem wyznaczanym przez zegary (tzw. czasem urzędowym). Tym samym górowanie Słońca występuje o różnych godzinach, a nie równo o 12.00.

Słownik

Zadania

Bibliografia

• Egert M., Polskie Towarzystwo Gnomoniczne, Gnomon – najprostszy przyrząd astronomiczny, „Foton” 2004, nr 85, s. 29–37.

• Encyklopedia PWN

• Flis J., Szkolny słownik geograficzny, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1985.

• Wizerkaniuk Anna, Obserwacje przy użyciu gnomonu, Astronet.pl, 28 kwietnia 2020.