Quadranti solari

Gli orologi solari più semplici in assoluto, da costruire e leggere, sono le meridiane solari, che segnano solo il mezzogiorno solare vero della località in cui sono costruite. Esistono poi altri tipi di orologi solari, più complicati e più precisi. Essi sono i quadranti solari; i più usati sono quelli verticali e orizzontali, ma ne esistono di altri tipi, come, ad esempio, quelli equatoriali, a camera oscura, a riflessione, analemmatici, ecc. Possono essere di dimensioni enormi, come quelli che occupano l’intera facciata di una cattedrale, oppure possono essere piccolissimi, come quelli installati nel castone di un anello. I quadranti solari, generalmente, segnano solo le ore, ma ne esistono altri che offrono una misurazione del tempo più precisa. In tutti questi orologi, dalla meridiana al più complesso quadrante solare, l’elemento essenziale che permette la misurazione del tempo è proprio il Sole, o meglio l’ombra proiettata dallo stilo (gnomone) sul quadrante. Quest’ombra, coincidendo o toccando, di volta in volta, le linee orarie tracciate, fornirà la misurazione del tempo solare vero della località. Ci sono poi vari accorgimenti, quale l’equazione del tempo e la lemniscata, che permettono di misurare l’ora del meridiano centrale del fuso (quella indicata dai nostri orologi).

DESCRIZIONE DEI QUADRANTI  SOLARI

Elementi del quadrante solare

Essenziali

Facoltativi

Elementi di quadranti solari declinanti in diverse direzioni

Come funzionano:

Altri tipi di meridiane

Ad anelli

L’origine del nome di questa meridiana è evidente in quanto essa risulta composta da anelli. L’anello di sospensione è anche un cursore che si muove lungo l’anello esterno e viene posizionato in corrispondenza del valore della latitudine del luogo ove viene effettuata la lettura. Sulla barra fissata in corrispondenza del diametro dell’anello è inciso un “calendario” e su di esso un cursore viene mosso fintanto che la sua linea di fede non va a coincidere con il giorno in cui si sta effettuando la lettura. Tenendo sospeso l’orologio solare bisogna orientarlo fino a quando il raggio di sole passando attraverso il foro praticato sul cursore del calendario va a cadere sulla faccia interna dell’anello interno dov’è appunto incisa la scala delle ore.

A cannone

Quest’orologio solare ha più una valenza estetica che funzionale. Ricalca, infatti, il sistema in uso in alcuni paesi dove, per avvisare la popolazione che era scoccato il mezzogiorno, veniva sparato un colpo di cannone. Infatti anche con questo orologio, quando un raggio di sole di mezzogiorno attraversa la lente infiamma la polvere nel focone e,  se il cannone è carico, viene sparato un colpo. Naturalmente ogni giorno, col variare dell’altezza del sole bisogna spostare la lente della quantità appropriata, servendosi della scala incisa sui suoi bracci di sostegno.

Equatoriale universale portatile

Orologio solare del tipo universale, equatoriale e portatile. Lo strumento è predisposto per consentire la regolazione della latitudine, la correzione per la longitudine, quella dovuta all’equazione del tempo ed eventualmente per tenere conto dell’ora solare. Conosciute lo coordinate del luogo ove viene effettuata la lettura dell’ora, ed eventualmente le altre variabili appena citate, è sufficiente far passare il raggio di sole attraverso il foro all’uopo praticato sulla barra superiore e posizionare lo strumento finché il raggio colpisce la linea di fede incisa sulla barra inferiore: in quel momento, sul quadrante principale è possibile effettuare la lettura dell’ora.

Il grande orologio solare centrale

I cicli solari generano le stagioni, quelli lunari i mesi, mentre la rotazione della Terra determina la lunghezza del giorno. Tutti questi cicli sono considerati dal grande orologio solare del Planetario: l'anno, i mesi e le loro decadi, l'entrata del Sole nei "segni" zodiacali, l'ora dell'alba e del tramonto, le ore del giorno (ore oltramontane), le ore dal sorgere (ore babiloniche), quelle dall'ultimo tramonto (ore italiche), ed il passaggio del Sole al meridiano di alcune capitali europee. L'orologio solare del Planetario forma un angolo da Sud verso Est di 54° 39' 18'' (declinazione della parete), e pertanto può ricevere la luce del Sole dalle 5 del mattino fino alle 14. Lo gnomone è lungo 1.5 m e nasce dalla Stella Polare posta al centro di un cielo rappresentato da stelle concentriche, ispirato dalla famosissima volta celeste che si può ammirare all'interno del Mausoleo di Galla Placidia. Alcune stelle del giro più esterno sono contrassegnate col nome di una città e ciò significa che quando l'ombra dello gnomone passerà su una di queste, sarà mezzogiorno vero nella città indicata. Nell'angolo in basso a sinistra, una grande sfera armillare rappresenta il Cosmo con la Terra al centro. E' stata scelta la visione geocentrica perché costituisce il nostro naturale punto di vista. La Sfera è rappresentata con il cerchio meridiano, i due cerchi solstiziali e l'equatoriale. Trasversalmente a questi passa la fascia dello zodiaco. Attorno alla sfera armillare sono mostrate simbolicamente le quattro fasi lunari. Sul quadrante centrale si possono leggere tre tipi di ore, ciascuno dei quali identificato da un colore diverso: bruno per le ore oltramontane, ocra per le ore italiche e blu per le ore babiloniche. L'insieme delle linee orarie è attraversato da curve tratteggiate che indicano l'ingresso del Sole nei vari "segni" dello zodiaco, illustrati per intero da figure poste fra gl'interspazi di ogni curva. Le immagini del "bestiario celeste" sono state tratte dalle formelle di Pietro Lombardo che si trovano alla base della colonna veneziana di San Vitale in Piazza del Popolo. Le curve esterne, di colore rosso, rappresentano i "limiti solstiziali", vale a dire gli estremi dell'orologio che non verranno mai oltrepassati dall'ombra dello gnomone. In alto è visibile la linea del solstizio d'inverno (22 dicembre), che corrisponde al dì più breve, mentre in basso troviamo la linea del solstizio d'estate (21 giugno), che corrisponde invece al dì più lungo. Attraversa diagonalmente il quadrante la linea rossa degli equinozi di primavera (21 marzo) e d'autunno (23 settembre), ovvero l'ingresso del Sole in Ariete, quand'esso è in ascesa, ed in Bilancia, quando è in discesa. La retta bruna orizzontale, che termina con un Sole nascente, rappresenta l'orizzonte. Agli estremi destro e sinistro delle curve sono state segnate, sotto ai nomi dei mesi, le scale delle decadi e, più esternamente, le ore dell'alba (a sinistra) e del tramonto (a destra).L'ombra proiettata da una sfera collocata sullo gnomone a 1.2 m dalla sua origine consente la lettura dell'orologio. Fra i limiti solstiziali è tracciata la rete delle linee orarie: le brune si aprono a ventaglio ed hanno origine nel punto dove si colloca lo gnomone, le ocra sono invece fortemente inclinate verso destra e le blu verso sinistra.

Meridiana orizzontale e verticale

È facile costruire un orologio solare orizzontale partendo dall'equinoziale, basterà prolungare le linee orarie fino a farle incontrare con il piano orizzontale e da qui proseguire verso il punto dove l'asse dei poli, ovvero lo gnomone, incontra l'orizzonte (fig. 8). Identica operazione, per l'orologio verticale, unica differenza è che l'origine delle linee orarie risiede nel punto in cui l'asse del mondo s'immerge nel piano perpendicolare all'orizzonte. Il quadrante verticale e quello orizzontale, possono costruirsi assieme e facilmente con del cartoncino, in questo modo: costruire la struttura dell'orologio tagliando una scatola come mostrato in fig. 9. Sul lato inclinato che funge da gnomone, inserite perpendicolarmente un quadrante equinoziale con raggio uguale a "H" che va in appoggio nella parte in cui i due piani, verticale ed orizzontale, s'incontrano (fig. 9). Segnati i punti di contatto delle linee della raggiera equatoriale con la linea AB, conduceteli in alto a congiungersi in C. I punti che non riescono a raggiungere la linea AB e che cadono su EB si condurranno da qui su 6A, parallelamente ad E6, e da qui al vertice C. Fate lo stesso sull'altro gnomone, congiungendo i punti, questa volta, orizzontalmente a D. Ecco così realizzato un orologio solare che mostra tutte le ore del giorno, di mattino sulla parte verticale e di pomeriggio su quella orizzontale.

COSTRUZIONE DI UN OROLOGIO SOLARE

Termini generali per costruire un orologio solare verticale

Per costruire un orologio solare verticale bisogna avere a disposizione una parete illuminata il più a lungo possibile; si sceglie lo spazio utile (minimo 1 metro quadro). La parete dev’essere illuminata durante l’arco dell’anno, non deve essere disturbata da ombre di alcun genere e infine ci si accerta che la parete sia perpendicolare al suolo. Prima di iniziare a progettare occorre conoscere alcuni termini fondamentali:

Tangente x = (a/l) si ricava – x = arco tangente (a/l)

X = declinazione parete

A = distanza misurata

L = lunghezza stilo

90° - X (la parete declina ad est)

90° + X (la parete declina ad ovest)

X = angolo declinazione a parete

Costante locale: differenza di tempo in anticipo o in ritardo fra il passaggio del sole al meridiano Etneo e quello al meridiano del luogo. La Terra ruota da ovest a est, quindi la costante sarà positiva a ovest e negativa ad est. Sapendo che il grado d’arco è 4’ di tempo è sufficiente trasformare in minuti e secondi la differenza tra la longitudine del luogo e quella del meridiano Etneo.

Equazione del tempo: differenza del tempo degli orologi civili con quello della meridiana. Sono solo 4 i giorni in cui l’ora del nostro orologio coincide con quello della meridiana:

16 Aprile – 1° Settembre – 25 Dicembre – 13 Giugno

Stilo: asta lunga e sottile, solitamente di ferro o ottone, che proietta la sua ombra sul quadrante solare. Dalla base hanno origine le coordinate X e Y con sistema di riferimento cartesiano.

Un tipo di stilo è lo STILO POLARE o stilo obliquo nella direzione del nord geografico. Dal piede dello stilo o PUNTO RADIALE si              dipartono tutte le linee orarie del quadrante.

Termini generali per costruire un orologio solare orizzontale

L'orologio così completato andrà posto su una superficie perfettamente orizzontale ed orientato con il vertice della latitudine verso il polo SUD ( si intende che questo dovrà farsi nelle ore di sole). Non credo opportuno dare le misure delle dimensioni. Lo stesso orologio può essere grande quanto un palmo di mano e all'opposto quanto un cortile . Quello che conta è il rispetto degli angoli e una certa proporzione tra il triangolo indicatore e la dimensione del quadro. (Regolarsi guardando i disegni)

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