COMO funciona o relógio de sol?
 

O QUE SE DEVE SABER SOBRE RELÓGIOS DE SOL


    O funcionamento dos relógios de sol baseia-se no movimento aparente do Sol pela abóbada celeste e na consequente deslocação da sombra produzida por este quando incide sobre uma haste ou sobre uma estrutura saliente chamada  gnomo (gnómon). Ao ser projectada sobre uma base graduada denominada mostrador, a sombra provocada pelo estilete, parte do gnomo que produz a sombra, determina a hora do dia.

Imaginemos que a Terra é apenas uma superfície esférica, cujo eixo de rotação passa pelo centro, que se encontra parada enquanto o Sol se move de Este para Oeste. À medida que o Sol efectua o seu movimento aparente, a sombra do eixo da Terra cai no plano equatorial e move-se 15° por hora (15° = 360°/24). Se a partir da posição da sombra quando o Sol passa no meridiano do lugar (meio-dia) marcarmos ângulos múltiplos de 15°, obteremos a marca das horas do dia.

Se considerarmos um disco paralelo ao plano do equador, as marcas das horas serão determinadas da mesma forma. Os relógios de sol não são mais do que miniaturas da Terra e do seu eixo. Por isso, o gnomo estará dirigido para o Pólo Norte Celeste (aproximadamente para a Estrela Polar) e, portanto, fará um ângulo com o plano horizontal igual à latitude do local onde se encontra o observador.

Latitude:


    Para definir
a posição de um ponto na superfície da Terra, direcção norte/sul, mede-se o ângulo do arco que este ponto forma, ao norte ou ao sul, com a linha do equador, que corresponde ao paralelo zero. Assim, qualquer ponto situado na linha do equador estará na latitude igual a zero graus e se estiver num dos pólos, igual a 90º (graus). Por isso, a latitude é medida em graus de arco, de 0º a 90º, no sentido Norte ou Sul. O gnomo, o “ponteiro”dos relógios de sol, é desenhado com o ângulo igual à latitude dos locais onde são instalados.
  

Como ler as horas num relógio de sol?

     A marcação das horas num relógio de sol raramente coincide com as horas assinaladas por um relógio mecânico. Denomina-se dia solar verdadeiro o tempo que decorre entre duas passagens sucessivas do Sol pelo meridiano de um lugar fixo da Terra, ao executar o seu movimento aparente na esfera celeste, ou seja, o tempo entre dois meios-dias solares.

    Enquanto a Terra gira em redor do seu eixo percorre também uma parte da sua órbita de translação ao redor do Sol, cerca de 360/365 do grau. Assim, o período entre dois meios-dias solares sucessivos (dia solar) é ligeiramente superior ao período do movimento de rotação, que pode ser medido, com alguma precisão, por observação de estrelas visíveis (dia sideral). Temos, pois, uma diferença entre o dia sideral e o dia solar, sendo o dia solar de maior duração que o sideral.

  Se os dois movimentos da Terra fossem regulares, e se o eixo da Terra fosse perpendicular ao plano da eclíptica, os dias solares teriam sempre a mesma duração. Porém, a órbita da Terra ao redor do Sol não é uma circunferência mas sim uma elipse que não é perpendicular ao eixo da Terra (obliquidade da elíptica). Sendo assim, o movimento da Terra não é uniforme e rege-se pela lei das áreas de Kepler, segundo a qual os raios vectores dos planetas, em tempos iguais, varrem áreas iguais e não distâncias iguais na órbita. Este facto, bem como a obliquidade da eclíptica, faz com que os dias apresentem uma diferença na sua duração.

Podemos considerar em número de três os factores que determinam as diferenças existentes entre as horas indicadas por um relógio de sol e um relógio mecânico:
 

 1- Hora de Inverno e de Verão

     Para um melhor aproveitamento da luz do dia em cada estação atrasamos ou adiantamos os relógios mecânicos em determinadas alturas do ano. Como tal, se estivermos na hora de Verão, necessitaremos de adicionar uma hora às horas indicadas pelo relógio de sol.
 

 2- Longitude do lugar

   Se imaginarmos uma linha partindo do pólo norte em direcção ao pólo sul pela superfície da Terra e daí continuarmos até o ponto de partida, teremos definido um meridiano. Se dividirmos a linha do equador em 360º e fizermos passar em cada uma destas divisões um meridiano, poderemos definir com exactidão a posição de qualquer ponto na direcção leste/oeste, e esta medida é conhecida por longitude. Assim, a longitude é medida de 0º a 180º a Este (E ou Oriente) ou Oeste (W ou Ocidente) de Greenwich. A hora dada pelo relógio de sol necessita ser corrigida de acordo com o meridiano de referência do fuso horário em que nos encontramos. Então, por cada grau de longitude Oeste adicionam-se 4 minutos e por cada grau de longitude Este subtraem-se 4 minutos.
    O relógio de sol, sem a correcção de longitude, mostra a Hora Aparente Local, que é diferente da hora que temos nos nossos relógios, que indicam o Hora Média Local. O deslocamento aparente do Sol (na realidade é a Terra que gira em torno dele) dá-se no sentido leste/oeste, numa velocidade de 1.668 km/hora (na altura do equador) ou seja, cerca de 2,16 segundos por quilómetro. Isto quer dizer que, no sentido leste/oeste, uma pessoa que esteja a 1 km de uma primeira, terá o seu meio dia 2,16 segundos depois daquela. Por isso temos os 24 fusos horários ou zonas de tempo, definidas por meridianos distantes entre si de uma largura equivalente a 1 hora. Isto resulta em 15º (graus) de longitude para cada fuso horário ou ainda, 1º de arco para cada 4 minutos de tempo. Cada fuso é identificado pelo meridiano standard, que é aquele que passa pelo meio dele. A primeira zona tem por meridiano standard o 0º, que, por convenção internacional, coincide com o meridiano que passa pelo observatório de Greenwich, em Londres, Inglaterra.

 

Eclíptica

     É o círculo máximo descrito (aparentemente) pelo Sol na esfera celeste e cujo plano se encontra inclinado cerca de 23°27' em relação ao plano do equador celeste. A existência de tal órbita e de um eixo inclinado constitui a origem das estações e da desigualdade dos dias e das noites nas diferentes latitudes. O tempo que o Sol leva a dar uma volta no seu movimento aparente ao longo da eclíptica é cerca de 365,242199... dias (ano solar).


http://www.if.ufrgs.br/~santiago/lectures/fis2005/textos/eclipses.htm

(ver mais pormenores sobre a eclíptica)

   No caso da cidade de Évora, como a longitude é cerca de 7° 54´ Oeste, teríamos que adicionar cerca de 32 minutos à hora dada pelo relógio de sol.


Equação do Tempo

O dia solar verdadeiro difere do dia solar médio com pequenas oscilações ao longo do ano. Essas diferenças provêm sobretudo da obliquidade da elíptica e da variação do movimento aparente do Sol pela abóbada celeste, decorrente da elipticidade do movimento de translação da Terra. Acontece que a velocidade de deslocamento aparente do Sol não é constante. A órbita da Terra em torno Sol, a eclíptica, é uma elipse o que origina que a Terra se mova mais lentamente quando mais distante do Sol do que quando está mais próxima, quando é mais forte o efeito gravitacional do Sol sobre a mesma.. As variações do dia solar verdadeiro podem chegar aos 31 minutos. Por questões de conveniência, faz-se a média destas variações para obter a hora média de Greenwich.

    Assim, para corrigir a hora dada pelo relógio de sol no meridiano de referência de cada fuso horário (tempo solar aparente) e obter a hora média desse mesmo meridiano (hora standard), aplica-se uma correcção apropriada chamada Equação do Tempo (hora solar verdadeira menos hora solar média). O tempo que é subtraído à hora solar verdadeira para obter a hora solar média pode ser obtido pela equação

 "Equação do Tempo":

E. T. = 9.87 * sen (2B) - 7.53 * cos (B) - 1.5 * sen (B)
onde B = 360 * (N - 81) / 365
onde N = número do dia, ex. 1 de Janeiro = dia 1

 

 


 

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