Kako deluje sončna ura?
Na tej strani je pojasnjeno osnovno delovanje sončne ure, vpliv vrtenja Zemlje na osvetlitev stene pri vertikalni sončni uri ter pravilna usmeritev senčnika oziroma gnomona.
Gibanje Zemlje in osvetlitev
Zemlja se vrti okoli svoje osi, hkrati pa kroži okoli Sonca. Sončni žarki na Zemljo padajo praktično vzporedno, zato je v vsakem trenutku osvetljena približno polovica Zemlje (dan), druga polovica pa je v senci (noč). Meja med dnevom in nočjo se imenuje terminator.
Vrtilna os Zemlje je nagnjena za približno 23,4°. Zaradi tega se skozi leto spreminjata deklinacija Sonca in višina Sonca nad obzorjem, kar vpliva na dolžino dneva in na Sončevo pot po nebu. Pri sončni uri se ta letna sprememba kaže kot sprememba smeri in dolžine sence.
Zemlja kroži okoli Sonca, vrtilna os pa ostaja nagnjena (približno 23,4°). Modri del predstavlja osvetljeno (dnevno) polovico, črni del pa neosvetljeno (nočno) polovico. Označeni so poletni in zimski solsticij ter spomladanski in jesenski ekvinokcij, ki ponazarjajo letni potek osvetlitve in s tem povezano spremembo Sončeve poti po nebu.
Kaj je sončna ura?
Sončna ura je priprava za merjenje časa. Čas meri na osnovi spremembe lege sence, ki jo meče predmet, osvetljen od Sonca. Predmetu, ki meče senco na ravnino ure, pravimo senčnik (gnomon). Po navadi je senčnik preprosta ravna palica. Pomembno je razumeti, da smer sence, ki jo meče senčnik, ni odvisna samo od dnevnega časa, ampak tudi od letnega časa, to je od deklinacije Sonca.
Če bi hoteli določiti urne črte sončne ure zgolj s spremljanjem sence čez dan, bi morali najprej vedeti, kako pravilno usmeriti senčnik, da bo njegova usmeritev vezana na vrtilno os Zemlje. S tem se izognemo temu, da bi letna sprememba Sončeve poti (deklinacija) popačila geometrijo urnih črt. Kako mora biti senčnik orientiran, je opisano v naslednjem poglavju.
Senčnik
Zgornja slika prikazuje Zemljo in vpadne sončne žarke. Sonce je od Zemlje tako oddaljeno, da sončni žarki na Zemljino površino padajo praktično vzporedno. Iz slike je razvidno, da mora biti senčnik sončne ure vzporeden vrtilni osi Zemlje. Tako postavljen senčnik pri vrtenju Zemlje ohranja stalno usmeritev glede na Zemljino os, zato je smer sence pravilno vezana na rotacijo.
Na drugih geografskih širinah velja enako pravilo: senčnik mora biti vzporeden vrtilni osi Zemlje. Iz slike je dodatno razvidno, da je kot nagiba senčnika enak geografski širini kraja, kjer bo stala sončna ura.
Rotacija Zemlje
Kot kaže zgornja slika, se Zemlja v 24 urah zavrti za 360°, kar pomeni povprečno 15° kotnega zasuka na uro. To je neposredna posledica enakomerne rotacije Zemlje in predstavlja osnovno geometrijsko povezavo med časom in kotom. Ker je smer sence senčnika določena z relativno smerjo sončnih žarkov glede na Zemljino površje, se ob vrtenju Zemlje ta smer v idealiziranem primeru v eni uri spremeni približno za 15°. Na severnem polu je ta povezava najbolj neposredna, saj se smer sence vrti okoli navpičnice skoraj enakomerno in je urni zasuk sence praktično enak urnemu zasuku Zemlje.
Na zavihku Kdaj kaže izveste več o tem, kdaj sončna ura začne kazati čas in kdaj ga preneha kazati.
Na zavihku Točnost pa lahko preberete več o tem, zakaj sončna ura skozi leto včasih prehiteva ali zaostaja in kakšno vlogo ima pri tem časovna enačba.