Đồng Hồ Mặt Trời Là Gì? Hoạt Động Theo Nguyên Lý Nào?
Bạn đã bao giờ nghe tới đồng hồ mặt trời chưa? Và chúng hoạt động như thế nào? Cách sử dụng ra sao? Sau đây, Bệnh Viện Đồng Hồ sẽ mang đến bạn những thông tin thú vị về đồng hồ mặt trời và cách mà chúng vận hành độc đáo ra sao.
Đồng hồ mặt trời là gì?
Đồng hồ mặt trời hay còn được gọi là Sundial, đây là thiết bị dùng để đo đạc thời gian vào thời cổ xưa và ngày nay, chúng thường được dùng để trang trí nhiều hơn là xem giờ. Đây cũng là chiếc đồng hồ dựa vào vị trí của mặt trời để hoạt động đầu tiên trên thế giới.
Tìm hiểu về đồng hồ mặt trời
Đối với các dạng đồng hồ mặt trời thường thấy, khi mặt trời di chuyển trong ngày, bóng của kim đồng hồ sẽ đổ xuống và tương thích với các đường trên mặt đồng hồ theo vị trí của mặt trời. Thiết kế như vậy đòi hỏi kim của đồng hồ phải thẳng hàng với trục quay của Trái Đất. Vì vậy, để đồng hồ có thể hoạt động chính xác thì kim phải chỉ về cực bắc và góc của kim với đường ngang phải có vị độ bằng nhau.
Đồng hồ mặt trời có nguồn gốc từ đâu?
Từ thế kỷ 7 đến thế kỷ 14, đồng hồ mặt trời đã được cộng đồng tôn giáo sử dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, vào những năm 1500 TCN, mặt trời đồng hồ được biết đến sớm nhất từ những hồ sơ khảo cổ của các quyển sách về văn học Ai Cập cổ đại và thiên văn học Babylon. Người dân Kush đã tạo ra các mặt số đồng hồ thông qua hình học.
Nguồn gốc của đồng hồ mặt trời
Cấu tạo đồng hồ mặt trời
Cấu tạo của đồng hồ mặt trời chủ yếu dựa vào 4 thành phần. Trong đó, 2 thành phần chính là vật tạo bóng (Gnomon) và mặt đồng hồ, 2 thành phần bổ trợ để đồng hồ có thể hoạt động đó là ánh sáng, bóng và định hướng đồng hồ.
Vật tạo bóng (Gnomon)
Gnomon là một thanh dài mảnh hoặc một vật thể khác có đầu nhọn hay cạnh thẳng. Gnomon có thể di chuyển theo mùa hoặc cố định. Nó được hướng theo chiều dọc, chiều ngang, thẳng hàng với trục của Trái đất, hay hướng theo một hướng khác được xác định bằng toán học.
Vật tạo bóng
Mặt đồng hồ
Đồng hồ mặt trời có thể sử dụng được nhiều loại bề mặt khác nhau để tiếp nhận ánh sáng hoặc cả bóng tối. Mặt phẳng là bề mặt phổ biến nhất trong các loại. Mặt số có thể tự động căn chỉnh để đảm bảo được tính chính xác.
Mặt đồng hồ
Ánh sáng và bóng
Đồng hồ mặt trời sử dụng ánh sáng của mặt trời chiếu lên để hiển thị thời gian. Một vệt sáng có thể được tạo ra bằng cách cho các tia mặt trời len lỏi đi qua một khe mỏng hoặc tập trung chúng lại thông qua thấu kính hình trụ.
Định hướng đồng hồ
Định hướng của đồng hồ mặt trời là yếu tố quan trọng giúp xác định thời gian một cách chính xác. Đồng hồ được đặt ở một vị trí cụ thể trên một bán cầu sẽ có hoạt động đối nghịch với đồng hồ được đặt ở vị trí đối diện trên bán cầu khác.
Định hướng đồng hồ
Đồng hồ mặt trời hoạt động như thế nào?
Cách hoạt động chính của đồng hồ mặt trời dựa vào vị trí của mặt trời và độ nghiên của Gnomon. Đồng hồ mặt trời hiển thị thời gian dựa vào bóng hoặc ánh sáng của Mặt trời chiếu vào. Thời gian trên mặt đồng hồ thường được đánh dấu bằng các vạch giờ, các ngày trong năm hoặc các thông tin khác có thể đều được hiển thị trên mặt số của đồng hồ.
Cách sử dụng đồng hồ mặt trời
Các mốc thời gian đồng hồ khác nhau sẽ có liên quan đến vị trí địa lý của đồng hồ mặt trời, chiều cao của kim giờ. Giả sử vĩ độ địa lý là φ, chiều cao kim giờ là H, chênh lệch giữa thời gian được ghi chép lại và giữa trưa là T, góc giữa vạch thời gian và kim giờ là A và khoảng cách là D.
Công thức để tính như sau:
-
Loại đồng hồ mặt đất: tanA = tanT x Sinφ
-
Đối với đồng hồ mặt trời xích đạo: Một nửa đĩa tương đương 15 độ mỗi giờ, vuông góc với đường giữa trưa.
-
Ở vùng địa cực quỹ: D = H x tan (15T)
-
Đồng hồ mặt trời mọc hướng về phía nam: tanA = tanT x Cosφ
-
Phía đông hoặc phía tây mọc: D = H x tan [15(6-T)]
-
Dọc bên là góc xiên của tường gấp nếp: tanA = SinO x tan(R + 15T). Góc W nằm giữa kim giờ và đường thẳng đứng của tường (tanW = Sin0 x Cotφ). Góc O ở phía trên tường khi kim giờ cao (SinO = Sin0 x Cosφ). Góc giữa kim giờ và mốc thời gian buổi trưa (Cot R = Cot0 x Sinφ). Góc S trong khoảng từ 6 giờ đến 12 giờ (Cot S = Sin0 x tanφ).
-
Hình chiếu bóng mặt trời là giá trị của điểm thời gian theo hướng trục dài: D = Sin (15T); Giá trị điểm thời gian theo hướng trục ngắn: V = Sinφ x Cotφ; Tỷ lệ trục chính với trục nhỏ của hình elip: Sinφ; Vị trí cương cứng (người đứng): D = tan del x Cosφ, trong đó del là sự suy giảm của bóng mặt trời.
Cách sử dụng đồng hồ mặt trời
Có bao nhiêu loại đồng hồ mặt trời hiện nay?
Có 4 loại đồng hồ mặt trời được sử dụng phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, mỗi một loại đồng hồ mặt trời sẽ có những đặc điểm và độ hiển thị chính xác khác nhau.
Đồng hồ mặt trời xích đạo
Mặt số xích đạo là mặt phẳng vuông góc với kiểu dáng của Gnomon. Mặt phẳng này di chuyển song song với đường xích đạo của Trái đất và thiên cầu. Vạch giờ trên mặt số xích đạo được chia cách nhau mỗi 15 độ. Vì khi đó, Trái đất hoàn thành một vòng quay 360 độ trong 24 giờ.
Cách sử dụng đồng hồ mặt trời
Đồng hồ mặt trời ngang
Đồng hồ mặt trời ngang hay còn được gọi là đồng hồ mặt trời trong vườn. Mặt số nhận ánh sáng từ mặt trời theo phương ngang thay vì vuông góc, các vạch giờ được đặt theo quy tắc nhất định. Điểm mạnh của loại đồng hồ này là tính chất dễ đọc và ánh sáng mặt trời chiếu vào suốt năm.
Đồng hồ mặt trời ngang
Đồng hồ mặt trời dọc
Đối với đồng hồ mặt trời dọc, mặt số của chúng được thiết kế để tiếp nhận ánh sáng mặt trời theo phương dọc. Nó có thể là hình dạng hướng về phía Bắc, Nam, Đông hoặc Tây còn tùy thuộc vào vị trí địa lý của đồng hồ. Mặt số dọc nhận được ánh sáng mặt trời lâu hơn 12 giờ mỗi ngày, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới.
Đồng hồ mặt trời dọc
Đồng hồ mặt trời hình cầu
Mặt số hình cầu có hình dạng không bằng phẳng, chúng có hình dạng bất kỳ, miễn là có đánh dấu các vạch giờ trên mặt số. Chúng thường cách đều nhau và phù hợp đối với đồng hồ mặt trời cung xích đạo và hỗn thiên cầu.
Đồng hồ mặt trời hình cầu
Trong khi đồng hồ mặt trời mang đến cái nhìn về lịch sử cổ xưa của việc đong đo thời gian thì đồng hồ xách tay lại là một thuật ngữ hiện đại chỉ việc mua bán những chiếc đồng hồ đeo tay hiện nay. Nếu bạn cảm thấy thú vị, hãy xem thêm bài viết “đồng hồ xách tay là gì” ngay nhé!
Lời kết
Vậy Bệnh Viện Đồng Hồ đã giúp bạn điểm qua những thông tin cần thiết về đồng hồ mặt trời, từ nguyên lý hoạt động và cách sử dụng chúng. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn biết thêm về các loại mà đồng hồ mặt trời hiện nay.
