Chế tạo đồng hồ mặt trời

Hàng ngày, Mặt trời đều chuyển động lướt qua vòm trời của chúng ta. Một nửa thời gian sống của chúng ta được Mặt trời soi sáng. Cũng nhờ có Mặt Trời, chúng ta mới có khái niệm về thời gian trong ngày. Do sự tình cờ, người thời cổ xưa đã nhận thấy rằng bóng của một thân cây bị cụt ngọn biến đổi khi Mặt trời di chuyển trên bầu trời. Tương tự, khi cắm một cây gậy thẳng đứng trên mặt đất, bóng cây gậy cũng di chuyển và chiều dài của bóng này thay đổi trong ngày. Bằng cách dùng các hòn đá, người thời cổ xưa đã đánh dấu vị trí của bóng mát này. Như vậy dụng cụ sơ sài dùng để đo thời gian đã thành hình hơn 4,000 năm về trước và người ta gọi nó là “đồng hồ mặt trời”.

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 3

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

4 Đối tượng nghiên cứu 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

6 Phạm vi nghiên cứu 5

PHẦN NỘI DUNG 6

I Giới thiệu khái quát 6

1 Giới thiệu đồng hồ Mặt trời 6

2 Chuyển động biểu kiến của Mặt trời 8

3 Lịch sử của đồng hồ Mặt trời 10

4 Ứng dụng của đồng hồ Mặt trời 11

II Tính toán thời gian trên đồng hồ Mặt trời 11

1 Điều chỉnh múi giờ 12

2 Phương trình điều chỉnh thời gian 12

III Các loại đồng hồ Mặt trời 14

1 Đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo 15

1.1 Đặc điểm 15

1.2 Ưu nhược điểm 16

2 Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 17

2.1 Đặc điểm 17

2.2 Ưu nhược điểm 19

3 Đồng hồ Mặt trời kiểu Đông Tây 19

3.1 Đặc điểm 19

3.2 Ưu nhược điểm 21

4 Đồng hồ Mặt trời cực 22

5 Đồng hồ Mặt trời kiểu giảm thẳng đứng 23

6 Đồng hồ Mặt trời hình cầu 24

7 Đồng hồ Mặt trời hình trụ, hình nón và hình không phẳng khác 25

IV Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời đơn giản 26

1 Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 26

1.1 Hướng dẫn 26

1.2 Tính toán 28

2 Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo 28

KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hàng ngày, Mặt trời đều chuyển động lướt qua vòm trời của chúng ta Một nửa thời gian sống của chúng ta được Mặt trời soi sáng Cũng nhờ có Mặt Trời, chúng ta mới có khái niệm về thời gian trong ngày Do sự tình cờ, người thời cổ xưa đã nhận thấy rằng bóng của một thân cây bị cụt ngọn biến đổi khi Mặt trời di chuyển trên bầu trời Tương tự, khi cắm một cây gậy thẳng đứng trên mặt đất, bóng cây gậy cũng di chuyển và chiều dài của bóng này thay đổi trong ngày Bằng cách dùng các hòn đá, người thời cổ xưa đã đánh dấu vị trí của bóng mát này Như vậy dụng cụ sơ sài dùng để đo thời gian đã thành hình hơn 4,000 năm về trước và người ta gọi nó là “đồng hồ mặt trời” (sundial)

Đồng hồ Mặt trời là thiết bị đo thời gian trong ngày dựa vào vị trí của Mặt trời Đồng hồ Mặt trời có nhiều loại, nhiều hình dạng khác nhau Trong các thiết

kế phổ biến nhất Mặt trời đổ bóng kim lên trên một mặt phẳng có khắc các đường chỉ thời gian trong ngày Khi Mặt trời di chuyển trong ngày, bóng của kim sẽ đổ xuống thẳng hàng với các đường trên mặt đĩa Thiết kế như vậy đòi hỏi kim thẳng hàng với trục quay của Trái đất Để một đồng hồ Mặt trời chỉ được giờ chính xác, kim phải song song với trục vũ trụ và góc của kim với đường ngang phải bằng vĩ độ địa lý tại nơi đặt đồng hồ Đồng hồ Mặt trời dùng

để đo giờ Mặt trời thực và là giờ địa phương Trong một số trường hợp, nó còn được sử dụng như một cái la bàn

Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu những vấn đề tổng thể liên quan đến đồng hồ Mặt trời và tự tạo cho bản thân một số mô hình đồng hồ Mặt trời thông dụng, đồng thời gắn quá trình học Vật lý với thực hành, gắn liền lý thuyết với

thực tiễn, làm tăng hứng thú cho việc học tập môn Vật lý Đây chính là lí do em

chọn đề tài: “Chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo và chân trời”

Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn hẹp cũng như kỹ năng phân tích chưa cao nên còn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp thêm ý kiến để đề tài của em thành công hơn Em xin chân thành cảm

ơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là tìm hiểu khái quát về đồng hồ Mặt trời và chế tạo được đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo và chân trời

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Giới thiệu khái quát về đồng hồ Mặt trời

Nghiên cứu để tính toán thời gian trên đồng hồ Mặt trời

Nghiên cứu một số loại đồng hồ Mặt trời thông dụng

Vận dụng những điều đã tìm hiểu để chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo và đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời

4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo

và chân trời

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu bằng phương pháp nghiên cứu lí thuyết: thu thập,

xử lí thông tin trên mạng internet, các tài liệu trong sách báo,…có liên quan đến đồng hồ Mặt trời

6 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu những vấn đề trọng tâm liên quan đến đồng hồ Mặt trời và cách chế tạo hai loại đồng hồ Mặt trời đơn giản là đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo và đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời

PHẦN NỘI DUNG

I Giới thiệu khái quát

1 Giới thiệu đồng hồ Mặt trời

Hình 1: Một đứa trẻ và một người phụ nữ nhìn vào một đồng hồ Mặt trời tại

Vườn Quốc gia Athens, Hy Lạp Đồng hồ Mặt trời có thể có nhiều loại khác nhau Một số đồng hồ Mặt trời

sử dụng bóng tối hoặc các cạnh của cái bóng trong khi một số loại đồng hồ khác lại sử dụng một vạch hoặc một đốm sáng để chỉ thời gian

Các đối tượng tạo thành bóng, được biết đến như một câykim, nó có thể

là một thanh mỏng dài, hoặc đối tượng khác với một đầu nhọn hoặc một cạnh thẳng Đồng hồ Mặt trời sử dụng nhiều loại kim khác nhau Các kim có thể được

cố định hoặc di chuyển theo mùa Nó có thể được định hướng theo chiều dọc, chiều ngang, hướng theo trục của Trái Đất, hoặc định hướng theo một hướng hoàn toàn khác và được xác định bằng toán học

Với đồng hồ Mặt trời sử dụng ánh sáng để chỉ thời gian, một vạch ánh sáng có thể được hình thành bằng cách cho phép tia sáng Mặt trời qua một khe mỏng hoặc tập trung chúng thông qua một ống kính hình trụ Một đốm sáng có

thể được hình thành bằng cách cho phép tia sáng Mặt trời đi qua một lỗ nhỏ hoặc bằng cách phản chiếu chúng từ một gương tròn nhỏ

Đồng hồ Mặt trời cũng có thể sử dụng nhiều loại bề mặt khác để nhận được ánh sáng hay bóng tối Mặt phẳng là bề mặt phổ biến nhất, tuy nhiên hình trụ, hình nón và hình dạng khác đã được sử dụng cho độ chính xác lớn hơn hoặc

để làm trang trí

Việc cài đặt nhiều đồng hồ đòi hỏi phải biết vĩ độ địa lý địa phương, kim theo phải hướng thẳng đứng, và hướng theo phương Bắc Đồng hồ di động có kim tự thẳng hàng: ví dụ, nó có thể có hai mặt đồng hồ hoạt động trên nguyên

tắc khác nhau, chẳng hạn như một đồng hồ andanalemmatic chân trời, gắn kết

với nhau trên một mặt Trong những thiết kế này, thời gian của nó phù hợp (chính xác) chỉ khi mặt phẳng cùng tính chất

Đồng hồ Mặt trời cho biết thời gian Mặt trời địa phương, trừ khi hiệu chỉnh một thời gian khác Để thu được đồng hồ thời gian chính xác, cần phải thực hiện hiệu chỉnh

Thứ nhất, quỹ đạo của Trái Đất không phải là hoàn toàn tròn và trục quay của nó không hoàn toàn vuông góc với quỹ đạo của nó Năng lượng Mặt trời chỉ định thời gian của đồng hồ Mặt trời do đó thời gian đồng hồ thay đổi bởi một lượng nhỏ và thay đổi trong suốt cả năm Đợt điều chỉnh này đó có thể là lớn khoảng 15 phút được mô tả bởi các phương trình của thời gian Một đồng hồ Mặt trời tinh vi, có thể kết hợp điều chỉnh này Thường thì thay vào đó, đồng hồ Mặt trời đơn giản được sử dụng, với một tấm bảng nhỏ cho phép chỉnh sửa tại những thời điểm khác nhau trong năm

Thứ hai, thời gian Mặt trời phải được hiệu chỉnh cho các kinh độ tại nơi đặt đồng hồ Mặt trời tương đối với kinh độ của các múi giờ chính thức Ví dụ, một đồng hồ Mặt trời nằm ở phía tây của Greenwich, Anh nhưng trong cùng một múi giờ, cho thấy thời gian sớm hơn thời gian chính thức Nó sẽ hiển thị

"buổi trưa" sau khi buổi trưa chính thức đã trôi qua, kể từ khi Mặt trời lên thiên đỉnh sau đó Đợt điều chỉnh này thường được thực hiện bằng cách xoay vạch chia giờ một góc bằng sự sai khác trong kinh độ

2 Chuyển động biểu kiến của Mặt trời

Các nguyên tắc hoạt động của đồng hồ Mặt trời được dựa trên chuyển động biểu kiến của Mặt trời Ta đã biết, trái đất quay quanh trục của nó, và quay trong một quỹ đạo hình elip quanh Mặt Trời Một phép tính gần đúng giả định rằng Mặt trời quay quanh Trái đất, còn Trái đất lại đứng yên trên thiên cầu, mà Mặt trời quay mỗi ngày khoảng 24 giờ quanh trục vũ trụ Trục vũ trụ là đường kéo dài giữa hai thiên cực Khi trục vũ trụ thẳng hàng với trục quay của Trái Đất thì độ cao của thiên cực P quan sát tại mỗi nơi có giá trị đúng bằng vĩ độ địa lý nơi nơi đó (h P  )

Không giống như những ngôi sao cố định, Mặt trời thay đổi vị trí của nó trên bầu trời, được ở một độ lệch (xích vĩ) dương vào mùa xuân và mùa hè, và ở một độ lệch (xích vĩ) âm trong mùa thu và mùa đông, và có độ chính xác với độ lệch bằng không (ví dụ, là trên đường xích đạo trời) tại các điểm phân Xích kinh của Mặt trời cũng thay đổi, thay đổi bằng một vòng quay hoàn chỉnh cho mỗi năm Quỹ đạo chuyển động nhìn thấy của Mặt trời trên nền trời sao được gọi là hoàng đạo Mặt trời đi qua mười hai chòm sao trên hoàng đạo trong một năm

Hình 2: Đồng hồ Mặt trời ở Vườn bách thảo Singapore

Mô hình chuyển động của Mặt trời sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về đồng hồ Mặt trời Nếu kim hướng theo thiên cực, cái bóng của nó sẽ quay với tốc độ không đổi, và sự quay này sẽ không thay đổi theo mùa Đây là thiết kế phổ biến nhất Trong trường hợp này, vạch chia giờ có thể được sử dụng trong suốt cả năm Vạch chia giờ trên mặt đồng hồđều đặn nếu bề mặt nhận được bóng hoặc

là vuông góc (như trong đồng hồ Mặt trời xích đạo) hoặc tròn về kim (như trong vòng hình cầu)

Trong trường hợp khác, khoảng cách giữa các vạch chia giờ không đều, mặc dù bóng quay đều đặn Nếu kim không thẳng hàng với thiên cực, ngay cả cái bóng của nó sẽ quay không đều đặn, và các vạch chia giờ phải được điều chỉnh cho phù hợp Những tia sáng chiếu tới kim, hoặc có đi qua một lỗ nhỏ, hoặc phản xạ từ một chiếc gương nhỏ, theo một hình nón thẳng hàng với thiên cực Tương ứng với chỗ đốm sáng hoặc đầu bóng, nếu nó chiếu xuống một mặt phẳng, sẽ tìm ra một đường conic, chẳng hạn như một hyperbol, hình elip hay (ở miền Bắc hay Nam cực) một vòng tròn

Đường conic này là giao điểm giữa hình nón của các tia sáng với bề mặt phẳng Hình nón này và đường conic thay đổi theo các mùa, như thay đổi độ lệch của Mặt trời; do đó, đồng hồ Mặt trời dựa theo chuyển động của ánh sáng như các điểm sáng hay bóng thường có vạch chia giờ khác nhau cho từng thời điểm khác nhau trong năm Điều này được nhìn thấy trong đồng hồ hình cầu, đồng hồ Mặt trời vòng Ngoài ra, đồng hồ Mặt trời có thể thay đổi góc hoặc vị

trí tương đối của kim với các vạch chia giờ, như trong đồng hồ Analemmatic hoặc đồng hồ Lambert

3 Lịch sử của đồng hồ Mặt trời

Hình 3: Đồng hồ Mặt trời lâu đời nhất thế giới từ Ai Cập (1500 TCN)

Các đồng hồ Mặt trời sớm nhất được biết đến từ dữ liệu khảo cổ là những cột hình tháp (3500 TCN) và đồng hồ bóng (1500 TCN) từ thiên văn học Ai Cập

và thiên văn học Babylon cổ đại Có lẽ, con người đã có khái niện về thời gian vào một ngày sớm hơn, nhưng điều này là khó khăn để xác minh Trong khoảng

700 TCN, kinh Cựu ước mô tả một đồng hồ Mặt trời - các "đồng hồ của Ahaz"

được đề cập trong Isaiah 38: 8 và II Kings Các nhà văn La Mã đã cho biết danh

sách đồng hồ và bóng đồng hồ được biết đến tại thời điểm đó Nhà thiên văn học người Ý Giovanni Padovani xuất bản một luận án về đồng hồ Mặt trời năm

1570, trong đó ông bao gồm hướng dẫn để sản xuất và đặt trên các tường (theo chiều thẳng đứng) và đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Constructio instrumenti

ad horologia solaria của Giuseppe Biancani (khoảng 1620) thảo luận về làm thế

nào để chế tạo ra một đồng hồ Mặt trời hoàn hảo Nó đã được thông dụng từ thế

kỷ 16

4 Ứng dụng của đồng hồ Mặt trời

Đồng hồ là dụng cụ giúp chúng ta chia ngày thành các khoảng thời gian nhỏ Và đồng hồ Mặt trời cũng không ngoại lệ, nó dùng để đo các khoảng thời gian của các ngày trong năm Ngoài ra nó còn có một chức năng khác, đó là sử dụng như một cái la bàn

Nếu một đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời có thể di chuyển và được sử dụng cho các vĩ độ đang quan sát, và nếu người dùng có một chiếc đồng hồ và các thông tin cần thiết để tính toán thời gian đồng hồ Mặt trời địa phương, các đồng hồ Mặt trời có thể được sử dụng để tìm phương bắc, phương nam, v v Các đồng hồ Mặt trời nên được đặt trên một bề mặt ngang, và quay quanh trục thẳng đứng cho đến khi nó cho đến khi thấy thời gian chính xác Các kim sau đó

sẽ được trỏ đến miền Bắc, ở Bắc bán cầu, hoặc vào Nam ở Nam bán cầu Phương pháp này là chính xác hơn nhiều so với sử dụng một la bàn để quan sát

và có thể được sử dụng ở những nơi mà độ lêch từ là lớn, làm cho một la bàn từ

tính không đáng tin cậy

II Tính toán thời gian trên đồng hồ Mặt trời

Lý do phổ biến nhất cho một đồng hồ Mặt trời dẫn đến sự khác biệt lớn với đồng hồ thời gian là đồng hồ Mặt trời vẫn chưa được định hướng một cách chính xác hoặc vạch chia giờ của nó đã không được đưa ra một cách chính xác

Ví dụ, hầu hết đồng hồ Mặt trời thương mại được thiết kế như đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời như mô tả ở trên Để được chính xác, đồng hồ Mặt trời đã phải được thiết kế cho các vĩ độ địa lý địa phương và kim của nó phải hướng theo trục quay của Trái đất; kim phải hướng theo phương Bắc và chiều cao của nó (góc với mặt phẳng chân trời) phải bằng vĩ độ địa lí địa phương

1 Điều chỉnh múi giờ

Một múi giờ tiêu chuẩn bao gồm khoảng 15° kinh độ, vì vậy bất kỳ điểm nào nằm trong vùng mà không phải là trên kinh độ chuẩn sẽ được thấy được sự khác biệt từ giờ chuẩn, bằng 4 phút thời gian của mỗi độ Để minh hoạ, cảnh hoàng hôn và bình minh xảy ra nhiều lần sau thời gian "chính thức" ở rìa phía tây của một múi giờ, so với Mặt trời mọc và lặn của Mặt trời ở rìa phía đông của một múi giờ Nếu một đồng hồ Mặt trời được đặt tại 5° kinh độ về phía tây kinh

độ tiêu chuẩn, ta nó rằng thời gian của nó sẽ chậm 20 phút, kể từ khi Mặt trời xuất hiện, Trái đất quay quanh trục 15° mỗi giờ Đây là một sự điều chỉnh liên tục trong suốt cả năm Đối với mặt đồng hồ có góc đều nhau như xích đạo, đồng

hồ hình cầu hoặc Lambert, điều chỉnh này có thể được thực hiện bằng cách quay

mặt đồng hồ một góc bằng sự sai khác về kinh độ, mà không thay đổi vị trí kim Tuy nhiên, phương pháp này không làm thay đổi mặt đồng hồ, chẳng hạn như đồng hồ chân trời; sự điều chỉnh phải được áp dụng bởi người quan sát

2 Phương trình điều chỉnh thời gian

Hiệu số giữa giờ Mặt trời trung bình (Tm) và giờ Mặt trời thực (T) tính

ở một thời điểm nào đó gọi là phương trình thời gian:

m

   Hay

m

T    T

Giá trị củathay đổi từng ngày trong năm và được cho sẵn trong lịch thiên văn hàng năm Như vậy bằng cách quan sát góc giờ của Mặt trời ta sẽ được giờ Mặt trời thực Tvà cộng thêm trị số củatính ở thời điểm quan sát ta sẽ được giờ Mặt trời trung bìnhTm

Hình 4: Đồ thị phương trình thời gian Mặt trời di chuyển trên mặt phẳng hoàng đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo trời một góc bằng độ nghiêng của trục quay Trái đất, do tính chất elip quỹ đạo của Trái đất (thực tế là quỹ đạo của Trái đất quay quanh Mặt trời không phải

là hình tròn) và độ nghiêng của trục quay trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo của

nó Vì vậy, thời gian đồng hồ Mặt trời thay đổi so với giờ chuẩn Trên bốn ngày đặc biệt trong năm, việc điều chỉnh có kết quả bằng không, nhưng ngày khác nó

có thể được điều chỉnh nhiều nhất (sớm hoặc muộn) khoảng một phần tư giờ Việc điều chỉnh được mô tả bởi các phương trình của thời gian Toàn bộ sự điều chỉnh này không phụ thuộc vào vĩ độ địa phương của đồng hồ mặt trời Tuy nhiên, nó thay đổi trong giai đoạn dài của thời gian, thế kỷ hoặc hơn, vì sự thay đổi chậm trong quỹ đạo và chuyển động quay của Trái đất Vì vậy, các bảng và

đồ thị của phương trình thời gian đã được thực hiện trong nhiều thế kỷ trước đây bây giờ là thiếu chính xác Việc đọc một đồng hồ Mặt trời cũ cần được hiệu chỉnh bằng cách áp dụng phương trình thời gian của ngày nay, không phải là cùng một giai đoạn khi đồng hồ đã được làm

Trong một số đồng hồ Mặt trời, phương trình điều chỉnh thời gian được cung cấp dưới dạng một tấm bảng gắn liền với đồng hồ mặt trời Trong nhiều đồng hồ Mặt trời phức tạp thì phương trình có thể được kết hợp tự động Ví dụ, một số cung đồng hồ Mặt trời xích đạo được cung cấp với một bánh răng nhỏ cho toàn bộ thời gian của năm; bánh răng này quay cung xích đạo, bù đắp thời

gian đo lường của nó Trong trường hợp khác, các vạch chia giờ có thể được uốn cong, trong đó dựa trên các thay đổi độ cao của Mặt trời trong năm để thực hiện

việc bù đắp thời gian Heliochronometer là một đồng hồ Mặt trời chính xác đầu

tiên phát minh ra trong khoảng năm 1763 bởi Philipp Hahn và được cải tiến bởi Abbé Guyoux trong khoảng năm 1827 Nó hiệu chỉnh giờ Mặt trời thực về giờ

Mặt trời trung bình hoặc một giờ chuẩn Heliochronometers thường đổi ra bao

nhiêu phút trong vòng 1 phút của giờ Quốc Tế

Trước khi phát minh đồng hồ chính xác, vào giữa thế kỷ 17, đồng hồ Mặt trời là đồng hồ sử dụng phổ biến, và được coi là "đúng" thời gian Phương trình thời gian đã không được sử dụng Sau khi phát minh ra đồng hồ chính xác, đồng

hồ Mặt trời vẫn được coi là chính xác, và đồng hồ thường là không chính xác Phương trình thời gian đã được sử dụng theo hướng ngược lại với ngày nay, áp dụng một số hiệu chỉnh để thời gian hiển thị trên một chiếc đồng hồ làm cho nó đúng với thời gian đồng hồ Mặt trời Một số xây dựng "phương trình đồng hồ", chẳng hạn như được thực hiện bởi Joseph Williamson năm 1720, kết hợp cơ chế để làm tự động điều chỉnh này (Đồng hồ Williamson có thể là thiết bị đầu tiên sử dụng bánh răng vi sai) Chỉ sau khoảng năm 1800 là không được hiệu chỉnh đồng hồ thời gian chính xác sau này là "đúng", và thời gian đồng hồ Mặt trời thường là "sai", do đó phương trình thời gian thích hợp để sử dụng cho tới ngày hôm nay

III Các loại đồng hồ Mặt trời

Các đồng hồ Mặt trời phổ biến nhất được quan sát là kiểu bóng đúc được

cố định ở vị trí và hướng theo trục quay của Trái đất, được định hướng đúng với phương Bắc và Nam, và tạo thành một góc với mặt phẳng chân trời bằng với vĩ

độ địa lý Trục này được thẳng hàng với hai cực của trái đất, tuy không phải tuyệt đối nhưng nó còn thẳng hàng với sao Bắc Đẩu Để minh hoạ, trục vũ trụ chỉ theo chiều dọc ở Bắc Cực, nơi mà nó chỉ theo chiều ngang là trên đường

xích đạo Tại Jaipur, một địa điểm nổi tiếng với đồng hồ Mặt trời, kim được nâng lên 26°55’ở trên đường chân trời, phản ánh các vĩ độ địa phương

Ngày nào cũng vậy, Mặt trời xuất hiện và quay đều quanh trục Trái đất, khoảng 15° mỗi giờ, quay một vòng đầy đủ (360°) trong 24 giờ Kim thẳng hàng với trục này sẽ phủ bóng tối rơi đối diện với Mặt trời, và cũng quay quanh trục

vũ trụ 15° mỗi giờ Bóng được quan sát rơi trên một bề mặt tiếp nhận thường là mặt phẳng, nhưng đó có thể là hình cầu, hình trụ, hình nón hoặc hình dạng khác Nếu bóng rơi vào một bề mặt vuông góc với trục vũ trụ, khi đó cái bóng sẽ quay đều trên mặt nhận bóng; vạch chia giờ trên đồng hồ Mặt trời sẽ cách đều nhau Tuy nhiên, nếu bề mặt tiếp nhận là không đối xứng (như trong hầu hết các đồng

hồ Mặt trời chân trời), bóng bề mặt thường di chuyển không đều và vạch chia giờ không đều nhau

1 Đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo

của Mặt trời đối với Trái đất bóng từ kim sẽ quét đều; điều này tạo ra một đường quay đều của bóng trên mặt phẳng xích đạo Kể từ khi Mặt trời quay 360° trong vòng 24 giờ, vạch chia giờ trên một đồng hồ xích đạo đều cách nhau 15° ngoài (360/24)

15o

E

H   t (giờ)

Tính đồng đều của khoảng cách giữa chúng tạo ra loại đồng hồ Mặt trời

dễ dàng để xây dựng Nếu vật liệu tấm đồng hồ là chắn ánh ánh, cả hai mặt của đồng hồ xích đạo phải được đánh dấu, vì bóng tối sẽ được đúc ở dưới mặt đồng

hồ vào mùa đông và ở mặt trên trong mùa hè Với tấm đồng hồ mờ (ví dụ như thủy tinh) các góc giờ chỉ cần được đánh dấu ở mặt phủ ánh nắng mặt trời, mặc

dù đánh số giờ (nếu sử dụng) cần được thực hiện trên cả hai mặt của đồng hồ, do các sơ đồ giờ khác nhau trên mặt phủ ánh nắng Mặt trời và mặt sau

Gần các điểm xuân phân và thu phân, Mặt trời di chuyển trên một vòng tròn gần giống như mặt phẳng xích đạo; do đó, không có bóng rõ ràng được tạo

ra trên đồng hồ xích đạo vào những thời điểm trong năm, đây là một nhược điểm của thiết kế

Ngày nào cũng vậy, cái bóng của kim di chuyển chủ yếu trên một vòng tròn trên mặt phẳng xích đạo và bán kính của vòng tròn đó đo độ lệch của mặt trời Một biến thể cổ xưa của đồng hồ Mặt trời xích đạo chỉ có một điểm (không

có kim) và các vạch chia giờ là vòng tròn đồng tâm được bố trí giống như một mạng nhện

1.2 Ưu nhược điểm

1.2.1 Nhược điểm

Tùy theo mùa bóng nắng sẽ xuất hiện ở cả hai bên mặt đĩa Nữa năm bóng

sẽ ở mặt đĩa phía Bắc (mùa hè), và nửa năm còn lại bóng sẽ ở mặt đĩa phía nam (mùa đông) Tuy nhiên vào gần các ngày xuân phân và thu phân (equinox) tia