[FONT="]CÁC KIỂU ĐỒNG HỒ MẶT TRỜI[/FONT]
Từ thời thượng cổ, để đo các khoảng thời gian trong một ngày, con người đã sáng tạo ra các loại đồng hồ như đồng hồ nước, đồng hồ cát, đồng hồ lửa. Khoảng thời gian được xác định bằng lượng nước, lượng cát chảy qua một ống dẫn, đồng hồ lửa được tính thời gian theo độ dài vật bị cháy, đồng hồ lửa có báo giờ, bằng cách trên những khoảng cách nhất định của dây cháy chậm ( như loại hương vòng hiện nay) có gắn những hạt sỏi hay kim loại, khi cháy đến các hạt này, chúng sẽ rơi xuống một cái khay kim loại để phát ra tiếng động báo giờ. Ngoài ra, con người còn sáng tạo ra loại đồng hồ mà khoảng thời gian được đo bằng góc quay của bóng que thẳng, được tạo thành do ánh sáng mặt trời chiếu lên một mặt phẳng.
Ngày nay, có nhiều loại đồng hồ cơ khí và điện nên các loại đồng hồ nước, các hay lửa không được dùng nữa, nhưng đồng hồ mặt trời còn có thể dùng để làm vật trang trí ở các cung điện cổ, ở các cung văn hóa, các quảng trường trong thành phố, nhất là ở các vườn địa lý hay sân chơi trong trường học.
Đồng hồ mặt trời kiểu xích đạo
Mặt đồng hồ là một tấm bằng gỗ, kim loại hay bê tông đặt song song với mặt phẳng xích đạo, nghĩa là làm với phương nằm ngang một góc 90º - ⱷ, với ⱷ là vĩ độ địa lý nơi đặt đồng hồ, kim đồng hồ là một que thẳng xuyên qua tâm và thẳng góc với mặt đồng hồ, làm với mặt phẳng ngang một góc bằng vĩ độ địa lý ⱷ. Do nhật động của Mặt trời từ Đông sang Tây, mà bóng của que cũng quay đều trên mặt đồng hồ từ Tây sang Đông mỗi giờ 15º. Do đó, vạch chia để ghi giờ trên mặt đồng hồ cách đều nhau. Lúc giữa trưa, Mặt trời ở trên kinh tuyến trời nên bóng que nằm trên phương Bắc – Nam và chỉ 12 giờ. Từ ngày Xuân phân đến ngày Thu phân. Mặt trời ở phía Bắc xích đạo trời nên đọc giờ ở mặt Bắc ( mặt trên), từ ngày Thu phân đến ngày Xuân phân năm tiếp theo, đọc giờ ở mặt Nam ( mặt dưới), do đó phải chia độ cả hai phía của mặt đồng hồ.
Đồng hồ mặt trời kiểu chân trời.
Đồng hồ là mặt phẳng nằm ngang, nghĩa là nằm trong mặt phẳng chân trời. Kim đồng hồ là một que thẳng đặt theo phương trục của vũ trụ, nghĩa là làm với mặt phẳng nằm ngang một góc bằng vĩ độ địa lý ⱷ, hình chiếu của kim lên mặt phẳng nằm ngang là phương Bắc – Nam. Do nhật động, Mặt trời quay quanh trục vũ trụ, bóng của kim chỉ quay đều trong mặt phẳng thẳng góc với kim, mặt đồng hồ kiểu này làm với kim một góc bằng ⱷ nên bóng của que sẽ quay không đều trên mặt đồng hồ, mỗi giờ bóng của kim quay được những góc khác nhau. Lúc 12 giờ trưa, bóng của que nằm theo hướng Bắc – Nam. Gọi góc của vạch chỉ giờ nào đó làm với vạch chỉ giờ 12 giờ là x, dùng lượng giác cầu đối với tam giác cầu trên thiên cầu do bóng que ở thời điểm ấy kéo dài cắt thiên cầu lại một điểm trên đường chân trời. Người ta tìm được công thức.
Tgx = sinⱷtgx
Trong đó, ⱷ là vĩ độ nơi đặt đồng hồ, t là số giờ tính bằng đơn vị góc. Ví dụ, vạch chia chỉ 9 giờ sáng và 3 giờ chiều đối xứng qua vạch 12 giờ ứng với t = 3h =45º. Các vạch chia 6,7,8,9, 10,11 giờ sáng đối xứng qua vạch 12 giờ chiều. Đối với Hà Nội có vĩ độ ⱷ = 21º, các góc x tạo bởi vạch chia giờ và vạch 12 giờ có các giá trị sau đây.
x| \[{5,5}^{o}\]| \[{11,7}^{o}\]| \[{19,7}^{o}\]| \[{31,7}^{o}\]| \[{33,2}^{o}\]| \[{90}^{o}\]
Ở miền Nam nước ta có vĩ độ bé, nên kim đồng hồ mặt trời nằm gần sát mặt đất, các vạch ở cạnh vạch 12 giờ, rất gần nhau, nên kiểu này rất bất tiện. Ở các nước ôn đới có vĩ độ tương đối lớn, kiểu đồng hồ mặt trời này rất phổ biến trong sách giáo khoa vật lí trường Trung học cơ sở ở Pháp, đồng hồ mặt trời kiểu chân trời được giới thiệu trong chương ánh sáng truyền thẳng của quang hình học.
Đồng hồ mặt trời kiểu thẳng đứng.
Mặt đồng hồ là mặt phẳng thẳng đứng theo hướng Đông – Tây, kim đồng hồ theo phương của trục vũ trụ, các vạch chia độ trên mặt đồng hồ cũng không đều, tương tự như việc chia vạch chỉ giờ trên mặt đồng hồ kiểu chân trời. Đối với mặt thẳng đứng Đông – Tây, cũng dùng lượng giác cầu ta tìm được công thức:
Tgx = cosⱷtgt.
Đối với Hà Nội có vĩ độ ⱷ = 21º, góc x tạo bởi vạch chia chỉ 12 giờ vá các vạch chia các giờ theo bảng sau đây.
x| \[{14,0}^{o}\]| \[{23,3}^{}\]| \[{43,0}^{o}\]| \[{58,3}^{o}\]| \[{74,0}^{o}\]| \[{90}^{o}\]
Mặt đồng hồ kiểu thẳng đứng cũng cần chia độ cả hai phía, vì các nước miền nhiệt đới như nước ta, có nhiều ngày gần ngày Hạ chí, lúc giữa trưa Mặt trời đi qua kinh tuyến trời ở phía Bắc thiên đỉnh, nên đọc giờ trên mặt đồng hồ phía Bắc, những ngày còn lại trong năm, đọc giờ trên mặt hướng về phía Nam.
Đồng hồ mặt trời kiểu chân trời có thể xây dựng trên bức tường ở cổng những ngôi nhà ngoảnh mặt về phía Nam.
[FONT="]Nguồn NXBDG.
[/FONT]
Sửa lần cuối bởi điều hành viên:
