Articulo de referencia

Reloj de sol

Reloj de sol vertical declinado orientado hacia el suroeste en el Moot Hall de Aldeburgh , Suffolk, Inglaterra. El gnomon es una varilla muy estrecha que funciona como pértiga. ...

Reloj de sol vertical declinado orientado hacia el suroeste en el Moot Hall de Aldeburgh , Suffolk, Inglaterra. El gnomon es una varilla muy estrecha que funciona como pértiga. El lema en latín se traduce aproximadamente como «Solo cuento las horas de sol».
Un reloj de esfera horizontal encargado en 1862, el gnomon es la hoja triangular. El estilo es su borde inclinado. [ 1 ]

Un reloj de sol es un dispositivo horológico que indica la hora del día (conocida como hora civil en el uso moderno) cuando la luz solar directa incide sobre él, según la posición aparente del Sol en el cielo . En su sentido más estricto, consta de una placa plana (la esfera ) y un gnomon , que proyecta una sombra sobre la esfera. A medida que el Sol parece moverse por el cielo, la sombra se alinea con las diferentes líneas horarias, marcadas en la esfera para indicar la hora del día. El estilo es el borde del gnomon que indica la hora, aunque también puede utilizarse un solo punto o nodo . El gnomon proyecta una sombra amplia; la sombra del estilo indica la hora. El gnomon puede ser una varilla, un alambre o una pieza de metal fundido con elaborados adornos. El estilo debe ser paralelo al eje de rotación de la Tierra para que el reloj de sol sea preciso durante todo el año. El ángulo del estilo con respecto a la horizontal es igual a la latitud geográfica del reloj de sol .

El término reloj de sol puede referirse a cualquier dispositivo que utilice la altitud o el acimut del Sol (o ambos) para indicar la hora. Los relojes de sol son valorados como objetos decorativos, metáforas y objetos de interés y estudio matemático.

El paso del tiempo se puede observar colocando un palo en la arena o un clavo en una tabla y marcando el borde de una sombra o delineándola a intervalos. Es común que los relojes de sol decorativos baratos y producidos en masa tengan gnomones, longitudes de sombra y líneas horarias mal alineadas, que no se pueden ajustar para indicar la hora correcta. [ 2 ]

Introducción

Existen varios tipos de relojes de sol. Algunos utilizan una sombra o el borde de una sombra, mientras que otros utilizan una línea o un punto de luz para indicar la hora.

El objeto que proyecta la sombra, conocido como gnomon , puede ser una varilla larga y delgada u otro objeto con una punta afilada o un borde recto. Los relojes de sol emplean diversos tipos de gnomon. El gnomon puede estar fijo o moverse según la estación del año. Puede orientarse vertical u horizontalmente, alineado con el eje terrestre o en una dirección completamente diferente determinada matemáticamente.

Dado que los relojes de sol utilizan la luz para indicar el tiempo, se puede formar una línea de luz haciendo pasar los rayos solares a través de una rendija delgada o concentrándolos mediante una lente cilíndrica . Un punto de luz se puede formar haciendo pasar los rayos solares a través de un pequeño orificio, ventana u óculo , o reflejándolos en un pequeño espejo circular. Un punto de luz puede ser tan pequeño como un orificio en un solarógrafo o tan grande como el óculo del Panteón.

Los relojes de sol también pueden utilizar diversos tipos de superficies para recibir la luz o la sombra. Los planos son la superficie más común, pero se han utilizado esferas parciales , cilindros , conos y otras formas para lograr mayor precisión o belleza.

Los relojes de sol se diferencian por su portabilidad y la necesidad de orientación. La instalación de muchos relojes requiere conocer la latitud local , la dirección vertical precisa (por ejemplo, mediante un nivel o una plomada) y la dirección del norte verdadero . Los relojes de sol portátiles son autoalineables: por ejemplo, pueden tener dos esferas que funcionan con principios diferentes, como una horizontal y una analemática , montadas juntas en una misma placa. En estos diseños, la hora solo coincide cuando la placa está correctamente alineada.

Los relojes de sol pueden indicar únicamente la hora solar local . Para obtener la hora del reloj nacional, se requieren tres correcciones:

  1. La órbita de la Tierra no es perfectamente circular y su eje de rotación no es perpendicular a ella. Por lo tanto, la hora solar que indica el reloj de sol varía ligeramente con respecto a la hora del reloj, y esta variación cambia a lo largo del año. Esta corrección , que puede llegar a ser de hasta 16 minutos y 33 segundos , se describe mediante la ecuación del tiempo . Un reloj de sol sofisticado, con líneas curvas o líneas horarias, puede incorporar esta corrección. Los relojes de sol más sencillos suelen tener una pequeña placa que indica las diferencias horarias en distintas épocas del año.
  2. La hora solar debe corregirse según la longitud del reloj de sol con respecto a la longitud de la zona horaria oficial. Por ejemplo, un reloj de sol sin corregir, ubicado al oeste de Greenwich , Inglaterra, pero dentro de la misma zona horaria, mostrará una hora anterior a la oficial. Podría marcar las 11:45 al mediodía oficial y, posteriormente, marcar el mediodía. Esta corrección se puede realizar fácilmente girando las líneas horarias un ángulo constante igual a la diferencia de longitudes, lo que la convierte en una opción de diseño común.
  3. Para ajustar el horario de verano , si corresponde, la hora solar debe modificarse según la diferencia oficial (generalmente una hora). Esta corrección también puede realizarse en la esfera, por ejemplo, numerando las líneas horarias con dos conjuntos de números, o incluso intercambiando la numeración en algunos diseños. Sin embargo, lo más común es que se ignore o se mencione en la placa junto con las demás correcciones, si las hay.

Movimiento aparente del Sol

Vista superior de un reloj de sol ecuatorial. Las líneas horarias están espaciadas uniformemente alrededor del círculo, y la sombra del gnomon (una varilla cilíndrica delgada) se mueve desde las 3:00  a. m. hasta las 9:00  p. m. en o alrededor del solsticio , cuando el Sol está en su declinación más alta .

Los principios de los relojes de sol se comprenden más fácilmente a partir del movimiento aparente del Sol . [ 3 ] La Tierra rota sobre su eje y gira en una órbita elíptica alrededor del Sol. Una excelente aproximación supone que el Sol gira alrededor de una Tierra estacionaria en la esfera celeste , que rota cada 24 horas sobre su eje celeste. El eje celeste es la línea que conecta los polos celestes . Dado que el eje celeste está alineado con el eje sobre el cual rota la Tierra, el ángulo del eje con la horizontal local es la latitud geográfica local .

A diferencia de las estrellas fijas , el Sol cambia su posición en la esfera celeste: en el hemisferio norte, presenta una declinación positiva en primavera y verano, y una declinación negativa en otoño e invierno, alcanzando exactamente la declinación cero (es decir, estando sobre el ecuador celeste ) en los equinoccios . La longitud celeste del Sol también varía, completando una revolución al año. La trayectoria del Sol en la esfera celeste se denomina eclíptica . La eclíptica recorre las doce constelaciones del zodíaco a lo largo del año.

Reloj de sol de cuerda en los Jardines Botánicos de Singapur . El diseño muestra que Singapur está ubicado casi en el ecuador .

Este modelo del movimiento del Sol ayuda a comprender los relojes de sol. Si el gnomon que proyecta la sombra está alineado con los polos celestes , su sombra girará a una velocidad constante, y esta rotación no variará con las estaciones. Este es el diseño más común. En estos casos, se pueden usar las mismas líneas horarias durante todo el año. Las líneas horarias estarán espaciadas uniformemente si la superficie que recibe la sombra es perpendicular (como en el reloj de sol ecuatorial) o circular con respecto al gnomon (como en la esfera armilar ).

En otros casos, las líneas horarias no están espaciadas uniformemente, aunque la sombra gire de manera uniforme. Si el gnomon no está alineado con los polos celestes, incluso su sombra no girará uniformemente, y las líneas horarias deben corregirse en consecuencia. Los rayos de luz que rozan la punta de un gnomon, o que pasan a través de un pequeño orificio, o que se reflejan en un pequeño espejo, trazan un cono alineado con los polos celestes. El punto de luz o la punta de la sombra correspondiente, si cae sobre una superficie plana, trazará una sección cónica , como una hipérbola , una elipse o (en los polos Norte o Sur) un círculo .

Esta sección cónica es la intersección del cono de rayos de luz con la superficie plana. Este cono y su sección cónica varían con las estaciones, a medida que cambia la declinación solar; por lo tanto, los relojes de sol que siguen el movimiento de estos puntos de luz o puntas de sombra suelen tener diferentes líneas horarias para distintas épocas del año. Esto se observa en los relojes de pastor, los anillos de los relojes de sol y los gnomones verticales, como los obeliscos. Alternativamente, los relojes de sol pueden cambiar el ángulo o la posición (o ambos) del gnomon con respecto a las líneas horarias, como en el reloj analemático o el reloj de Lambert.

Historia

El reloj de sol más antiguo del mundo, procedente del Valle de los Reyes de Egipto (c. 1500 a. C.).

Los primeros relojes de sol conocidos en el registro arqueológico son relojes de sombras (1500 a. C. o a. C. ) de la astronomía del antiguo Egipto y la astronomía babilónica . Hacia el 240 a. C., Eratóstenes había estimado la circunferencia del mundo usando un obelisco y un pozo de agua y, unos siglos después, Ptolomeo había trazado la latitud de las ciudades usando el ángulo del sol. Los habitantes de Kush crearon relojes de sol mediante la geometría. [ 4 ] [ 5 ] El escritor romano Vitruvio enumera los relojes de sol y de sombras conocidos en ese momento en su De architectura . La Torre de los Vientos en Atenas incluía tanto un reloj de sol como un reloj de agua para medir el tiempo. Un reloj de sol canónico es aquel que indica las horas canónicas de los actos litúrgicos, y estos fueron utilizados desde el siglo VII hasta el siglo XIV por las órdenes religiosas . El astrónomo italiano Giovanni Padovani publicó un tratado sobre el reloj de sol en 1570, en el que incluyó instrucciones para la fabricación y el trazado de relojes de sol murales (verticales) y horizontales. La obra de Giuseppe Biancani , Constructio instrumenti ad horologia solaria (c. 1620), describe cómo construir un reloj de sol perfecto. Su uso se ha extendido desde el siglo XVI.

Un reloj de sol coreano ( Angbu-ilgu ) fabricado por primera vez por Chang Yŏngsil en el período Joseon , expuesto en Gyeongbokgung .

Marcha

Un reloj de esfera horizontal tipo Londres . El borde occidental del gnomon se utiliza como referencia antes del mediodía, y el borde oriental después. Este cambio provoca una discontinuidad, la pausa del mediodía, en la escala horaria.

En general, los relojes de sol indican la hora proyectando una sombra o luz sobre una superficie conocida como esfera o placa de la esfera . Aunque suele ser un plano, la esfera también puede ser la superficie interior o exterior de una esfera, un cilindro, un cono, una hélice u otras formas.

La hora se indica en el punto donde una sombra o luz incide sobre la esfera, que suele estar marcada con líneas horarias. Si bien generalmente son rectas, estas líneas también pueden ser curvas, según el diseño del reloj de sol (véase más abajo). En algunos diseños, es posible determinar la fecha del año, o puede ser necesario conocerla para calcular la hora. En estos casos, puede haber varios conjuntos de líneas horarias para diferentes meses, o mecanismos para ajustar o calcular el mes. Además de las líneas horarias, la esfera puede ofrecer otros datos, como el horizonte, el ecuador y los trópicos, que en conjunto se denominan indicadores de la esfera.

El objeto completo que proyecta una sombra o luz sobre la esfera del reloj se conoce como el gnomon del reloj de sol . [ 6 ] Sin embargo, generalmente es solo un borde del gnomon (u otra característica lineal) la que proyecta la sombra utilizada para determinar la hora; esta característica lineal se conoce como el estilo del reloj de sol . El estilo generalmente está alineado paralelamente al eje de la esfera celeste y, por lo tanto, está alineado con el meridiano geográfico local. En algunos diseños de relojes de sol, solo una característica puntual, como la punta del estilo, se utiliza para determinar la hora y la fecha; esta característica puntual se conoce como el nodo del reloj de sol . [ 6 ] [ a ] ​​Algunos relojes de sol utilizan tanto un estilo como un nodo para determinar la hora y la fecha.

El gnomon suele estar fijo con respecto a la esfera, pero no siempre; en algunos diseños, como el reloj de sol analemático, el estilo se mueve según el mes. Si el estilo está fijo, la línea en la placa de la esfera perpendicularmente debajo del estilo se llama subestilo , [ 6 ] que significa "debajo del estilo". El ángulo que forma el estilo con el plano de la placa de la esfera se llama altura del subestilo, un uso inusual de la palabra altura para referirse a un ángulo . En muchos relojes de pared, el subestilo no es lo mismo que la línea del mediodía (véase más abajo). El ángulo en la placa de la esfera entre la línea del mediodía y el subestilo se llama distancia del subestilo , un uso inusual de la palabra distancia para referirse a un ángulo .

Por tradición, muchos relojes de sol tienen un lema . Este suele ser un epigrama : a veces reflexiones sombrías sobre el paso del tiempo y la brevedad de la vida, pero también, con frecuencia, ocurrencias ingeniosas del fabricante de relojes. Un ejemplo de ello es: « Soy un reloj de sol y hago chapuzas en lo que un reloj hace mucho mejor». [ 7 ]

Se dice que un reloj de sol es equiangular si sus líneas horarias son rectas y están espaciadas uniformemente. La mayoría de los relojes de sol equiangulares tienen un gnomon fijo alineado con el eje de rotación de la Tierra, así como una superficie receptora de sombra simétrica respecto a dicho eje; ejemplos de ello son el reloj de sol ecuatorial, el arco ecuatorial, la esfera armilar, el reloj de sol cilíndrico y el reloj de sol cónico. Sin embargo, existen otros diseños equiangulares, como el reloj de sol Lambert, una versión del reloj de sol analemático con un gnomon móvil.

En el hemisferio sur

Reloj de sol del hemisferio sur en Perth , Australia . Amplíe la imagen para observar que las marcas horarias giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Observe el gráfico sobre el gnomon de la ecuación del tiempo , necesario para corregir las lecturas del reloj de sol.

Un reloj de sol situado a una latitud determinada en un hemisferio debe invertirse para su uso en la latitud opuesta del otro hemisferio. [ 8 ] Un reloj de sol vertical que apunta directamente al sur en el hemisferio norte se convierte en un reloj de sol vertical que apunta directamente al norte en el hemisferio sur . Para posicionar correctamente un reloj de sol horizontal, hay que encontrar el norte o el sur verdaderos . Se puede utilizar el mismo proceso para ambos. [ 9 ] El gnomon, ajustado a la latitud correcta, debe apuntar al sur verdadero en el hemisferio sur, al igual que en el hemisferio norte debe apuntar al norte verdadero. [ 10 ] Los números de las horas también van en direcciones opuestas, por lo que en un reloj de sol horizontal van en sentido antihorario (EE. UU.: sentido contrario a las agujas del reloj) en lugar de en el sentido de las agujas del reloj. [ 11 ] https://gaudiumsubsole.org/2024/01/16/trinity-college-cambridge-horizontal-sundial/

Los relojes de sol diseñados para usarse con sus placas horizontales en un hemisferio pueden usarse con sus placas verticales en la latitud complementaria del otro hemisferio. Por ejemplo, el reloj de sol ilustrado en Perth , Australia , que se encuentra a 32° de latitud sur, funcionaría correctamente si se montara en una pared vertical orientada al sur a 58° de latitud norte (es decir, 90° − 32°), ligeramente más al norte que Perth, Escocia . La superficie de la pared en Escocia sería paralela al suelo horizontal en Australia (ignorando la diferencia de longitud), por lo que el reloj de sol funcionaría de forma idéntica en ambas superficies. De igual modo, las marcas horarias, que giran en sentido contrario a las agujas del reloj en un reloj de sol horizontal en el hemisferio sur, también lo hacen en un reloj de sol vertical en el hemisferio norte. (Véanse las dos primeras ilustraciones al principio de este artículo). En los relojes de sol horizontales del hemisferio norte, y en los verticales del hemisferio sur, las marcas horarias giran en el sentido de las agujas del reloj.

Ajustes para calcular la hora del reloj a partir de la lectura de un reloj de sol.

La razón más común por la que un reloj de sol difiere mucho de la hora del reloj es que no está correctamente orientado o sus líneas horarias no están bien trazadas. Por ejemplo, la mayoría de los relojes de sol comerciales están diseñados como relojes de sol horizontales , como se describió anteriormente. Para que sea preciso, un reloj de sol de este tipo debe haber sido diseñado para la latitud geográfica local y su eje debe ser paralelo al eje de rotación de la Tierra; el eje debe estar alineado con el norte verdadero y su altura (su ángulo con la horizontal) debe ser igual a la latitud local. Para ajustar la altura del eje, a menudo se puede inclinar ligeramente el reloj de sol hacia arriba o hacia abajo manteniendo la alineación norte-sur del eje. [ 12 ]

Corrección del horario de verano (horario de verano)

En algunas regiones del mundo se aplica el horario de verano , que modifica la hora oficial, generalmente en una hora. Este desfase debe sumarse a la hora del reloj de sol para que coincida con la hora oficial.

Corrección de zona horaria (longitud)

Una zona horaria estándar abarca aproximadamente 15° de longitud, por lo que cualquier punto dentro de esa zona que no se encuentre en la longitud de referencia (generalmente un múltiplo de 15°) experimentará una diferencia con respecto a la hora estándar equivalente a 4 minutos por grado. A modo de ejemplo, los amaneceres y atardeceres se producen mucho más tarde en el extremo occidental de una zona horaria, en comparación con los del extremo oriental. Si un reloj de sol se ubica, por ejemplo, a 5° de longitud al oeste de la longitud de referencia, marcará 20  minutos menos, ya que el Sol parece girar alrededor de la Tierra a 15° por hora. Esta corrección es constante durante todo el año. Para relojes de sol equiangulares, como los ecuatoriales, esféricos o Lambert, esta corrección se puede realizar girando la superficie del reloj un ángulo igual a la diferencia de longitud, sin modificar la posición ni la orientación del gnomon. Sin embargo, este método no funciona para otros relojes, como los horizontales; la corrección debe ser aplicada por el observador.

Sin embargo, por razones políticas y prácticas, los límites de las zonas horarias se han distorsionado. En casos extremos, las zonas horarias pueden provocar que el mediodía oficial, incluyendo el horario de verano, se produzca hasta tres horas antes (en cuyo caso el Sol se encuentra en el meridiano a las 3 de la tarde , hora oficial ). Esto ocurre en el extremo oeste de Alaska , China y España . Para más detalles y ejemplos, consulte la sección sobre zonas horarias . 

Corrección de la ecuación del tiempo

La ecuación del tiempo : por encima del eje, la ecuación del tiempo es positiva, y un reloj de sol parecerá adelantado con respecto a un reloj que muestre la hora media local. Por debajo del eje, ocurre lo contrario.
Reloj de sol Whitehurst & Son, fabricado en 1812, con escala circular que muestra la corrección de la ecuación del tiempo. Actualmente se exhibe en el Museo de Derby.

Aunque el Sol parece girar uniformemente alrededor de la Tierra, en realidad este movimiento no es perfectamente uniforme. Esto se debe a la excentricidad de la órbita terrestre (el hecho de que la órbita de la Tierra alrededor del Sol no sea perfectamente circular, sino ligeramente elíptica ) y a la inclinación (oblicuidad) del eje de rotación de la Tierra con respecto al plano de su órbita. Por lo tanto, la hora del reloj de sol difiere de la hora estándar del reloj . En cuatro días del año, la corrección es prácticamente nula. Sin embargo, en otros, puede llegar a ser de hasta un cuarto de hora antes o después. La magnitud de la corrección se describe mediante la ecuación del tiempo . Esta corrección es igual en todo el mundo: no depende de la latitud o longitud local de la posición del observador. Sin embargo, sí cambia a lo largo de extensos periodos de tiempo (siglos o más, [ 13 ] ) debido a las lentas variaciones en los movimientos orbitales y de rotación de la Tierra. Por consiguiente, las tablas y gráficas de la ecuación del tiempo elaboradas hace siglos son ahora significativamente incorrectas. La lectura de un reloj de sol antiguo debe corregirse aplicando la ecuación del tiempo actual, no la de la época en que se fabricó el reloj.

En algunos relojes de sol, la ecuación de corrección del tiempo se proporciona mediante una placa informativa adherida al reloj, para que el observador la calcule. En relojes de sol más sofisticados, la ecuación se puede incorporar automáticamente. Por ejemplo, algunos relojes de sol de arco ecuatorial incluyen una pequeña rueda que ajusta la época del año; esta rueda, a su vez, hace girar el arco ecuatorial, compensando así la medición del tiempo. En otros casos, las líneas horarias pueden ser curvas, o el arco ecuatorial puede tener forma de jarrón, aprovechando la variación de la altitud del sol a lo largo del año para efectuar la compensación horaria adecuada. [ 14 ]

Un heliocronómetro es un reloj de sol de precisión ideado por primera vez alrededor de 1763 por Philipp Hahn y mejorado por el abad Guyoux alrededor de 1827. [ 15 ] Corrige el tiempo solar aparente al tiempo solar medio u otro tiempo estándar . Los heliocronómetros suelen indicar los minutos con una precisión de 1 minuto respecto al Tiempo Universal .

Reloj de sol Sunquest, diseñado por Richard L. Schmoyer, en el Observatorio Mount Cuba en Greenville, Delaware .

El reloj de sol Sunquest , diseñado por Richard L. Schmoyer en la década de 1950, utiliza un gnomon inspirado en la analemia para proyectar un haz de luz sobre una media luna con escala horaria ecuatorial. Sunquest es ajustable en latitud y longitud, corrigiendo automáticamente la ecuación del tiempo, lo que lo hace "tan preciso como la mayoría de los relojes de bolsillo". [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

De manera similar, en lugar de la sombra de un gnomon, el reloj de sol de la Universidad Miguel Hernández utiliza la proyección solar de un gráfico de la ecuación del tiempo que intersecta una escala de tiempo para mostrar la hora del reloj directamente.

Reloj de sol en el campus de Orihuela de la Universidad Miguel Hernández , España, que utiliza una gráfica proyectada de la ecuación del tiempo dentro de la sombra para indicar la hora.

A muchos tipos de relojes de sol se les puede añadir un analema para corregir la hora solar aparente y convertirla en hora solar media u otra hora estándar . Estos analemas suelen tener líneas horarias con forma de ocho, según la ecuación del tiempo . Esto compensa la ligera excentricidad de la órbita terrestre y la inclinación del eje de la Tierra, que provocan una  variación de hasta 15 minutos respecto a la hora solar media. Este tipo de adorno se encuentra en relojes de sol horizontales y verticales más complejos.

Antes de la invención de los relojes precisos, a mediados del  siglo XVII, los relojes de sol eran los únicos instrumentos para medir el tiempo de uso común y se consideraba que indicaban la hora "correcta". No se utilizaba la ecuación del tiempo. Tras la invención de los buenos relojes, los relojes de sol seguían considerándose correctos y los relojes, generalmente incorrectos. La ecuación del tiempo se utilizaba en sentido contrario al actual, para corregir la hora que mostraba un reloj y hacerla coincidir con la hora del reloj de sol. Algunos relojes de ecuación elaborados , como uno fabricado por Joseph Williamson en 1720, incorporaban mecanismos para realizar esta corrección automáticamente. (El reloj de Williamson podría haber sido el primer dispositivo en utilizar un engranaje diferencial ). Solo después de 1800 se empezó a considerar que la hora del reloj sin corregir era "correcta" y la del reloj de sol, generalmente "incorrecta", por lo que la ecuación del tiempo comenzó a utilizarse como se usa hoy en día. [ 20 ]

Con gnomon axial fijo

Los relojes de sol más comunes son aquellos cuyo mecanismo de proyección de sombras está fijo y alineado con el eje de rotación de la Tierra, orientado hacia el norte y el sur geográficos, formando un ángulo con la horizontal igual a la latitud geográfica. Este eje se alinea con los polos celestes , que a su vez se alinean de forma aproximada, aunque no perfecta, con la estrella polar Polaris . A modo de ejemplo, el eje celeste apunta verticalmente hacia el Polo Norte geográfico , mientras que apunta horizontalmente hacia el ecuador . El reloj de sol gnomon axial más grande del mundo es el mástil del Puente del Reloj de Sol en Turtle Bay , Redding, California . Otro gnomon que ostentó el título de mayor tamaño del mundo se encuentra en Jaipur , elevado 26°55′ sobre la horizontal, reflejando la latitud local. [ 21 ]

En un día cualquiera, el Sol parece girar uniformemente alrededor de este eje, a unos 15° por hora, completando un ciclo (360°) en 24  horas. Un gnomon lineal alineado con este eje proyectará una sombra (un semiplano) que, al incidir en dirección opuesta al Sol, también gira alrededor del eje celeste a 15° por hora. La sombra se percibe al incidir sobre una superficie receptora, generalmente plana, pero que puede ser esférica, cilíndrica, cónica o de otras formas. Si la sombra incide sobre una superficie simétrica respecto al eje celeste (como en una esfera armilar o un reloj de sol ecuatorial), la sombra también se mueve uniformemente; las líneas horarias del reloj de sol están igualmente espaciadas. Sin embargo, si la superficie receptora no es simétrica (como en la mayoría de los relojes de sol horizontales), la sombra generalmente se mueve de forma no uniforme y las líneas horarias no están igualmente espaciadas; una excepción es el reloj de sol Lambert que se describe a continuación.

Algunos tipos de relojes de sol están diseñados con un gnomon fijo que no está alineado con los polos celestes, como un obelisco vertical. Estos relojes de sol se describen más adelante en la sección "Relojes de sol con base en el gnomon".

Marcado empírico de la línea horaria

Las fórmulas que se muestran en los párrafos siguientes permiten calcular las posiciones de las líneas horarias para varios tipos de relojes de sol. En algunos casos, los cálculos son sencillos; en otros, extremadamente complicados. Existe un método alternativo y sencillo para encontrar las posiciones de las líneas horarias que se puede utilizar para muchos tipos de relojes de sol y ahorra mucho trabajo en los casos en que los cálculos son complejos. [ 22 ] Este es un procedimiento empírico en el que se marca la posición de la sombra del gnomon de un reloj de sol real a intervalos de una hora. Se debe tener en cuenta la ecuación del tiempo para asegurar que las posiciones de las líneas horarias sean independientes de la época del año en que se marcan. Una manera fácil de hacer esto es ajustar un reloj para que muestre la "hora del reloj de sol" [ b ] que es la hora estándar , [ c ] más la ecuación del tiempo del día en cuestión. [ d ] Las líneas horarias del reloj de sol están marcadas para indicar la posición de la sombra del palo cuando este reloj muestra números enteros de horas, y están etiquetadas con dichos números. Por ejemplo, cuando el reloj marca las 5:00, la sombra del palo está marcada y etiquetada como "5" (o "V" en números romanos ). Si no todas las líneas horarias están marcadas en un solo día, el reloj debe ajustarse cada uno o dos días para tener en cuenta la variación de la ecuación del tiempo.

Relojes de sol ecuatoriales

Reloj , St Katharine Docks , Londres (1973), una esfera equinoccial de Wendy Taylor [ 24 ]
Un reloj de sol ecuatorial en la Ciudad Prohibida , Pekín. 39°54′57″N 116°23′25″E / 39.9157°N 116.3904°E / 39.9157; 116.3904 ( Reloj de sol ecuatorial de la Ciudad Prohibida ) El gnomon apunta al norte verdadero y su ángulo con la horizontal es igual a la latitud local . Una inspección más detallada de la imagen a tamaño completo revela la "telaraña" de anillos de fecha y líneas horarias.

La característica distintiva del reloj ecuatorial (también llamado reloj equinoccial ) es la superficie plana que recibe la sombra, la cual es exactamente perpendicular al estilo del gnomon. [ 25 ] Este plano se llama ecuatorial porque es paralelo al ecuador de la Tierra y de la esfera celeste. Si el gnomon está fijo y alineado con el eje de rotación de la Tierra, la rotación aparente del sol alrededor de la Tierra proyecta una sombra uniformemente giratoria desde el gnomon; esto produce una línea de sombra uniformemente giratoria en el plano ecuatorial. Dado que la Tierra rota 360° en 24 horas , las líneas horarias en un reloj ecuatorial están espaciadas a 15° (360/24).

Hmi=15×t (horas) .{\displaystyle H_{E}=15^{\circ }\times t{\text{ (horas)}}~.}

La uniformidad de su espaciado facilita la construcción de este tipo de reloj de sol. Si el material de la esfera es opaco, deben marcarse ambos lados de la esfera ecuatorial, ya que la sombra se proyectará desde abajo en invierno y desde arriba en verano. Con esferas translúcidas (por ejemplo, de vidrio), los ángulos horarios solo necesitan marcarse en el lado que da al sol, aunque la numeración de las horas (si se utiliza) debe hacerse en ambos lados de la esfera, debido a la diferencia en el esquema horario entre el lado que da al sol y el lado que no.

Otra gran ventaja de este dial es que las correcciones de la ecuación del tiempo (EoT) y del horario de verano (DST) se pueden realizar simplemente girando la placa del dial el ángulo apropiado cada día. Esto se debe a que los ángulos de las horas están espaciados uniformemente alrededor del dial. Por esta razón, un dial ecuatorial suele ser una opción útil cuando el dial se exhibe públicamente y se desea que muestre la hora local verdadera con una precisión razonable. La corrección de la EoT se realiza mediante la relación

Corrección=EoT (minutos)+60×ΔHorario de verano (horas)4 .{\displaystyle {\text{Corrección}}^{\circ }={\frac {{\text{EoT (minutos)}}+60\times \Delta {\text{DST (horas)}}}{4}}~.}

Cerca de los equinoccios de primavera y otoño, el sol se mueve en un círculo que es casi idéntico al plano ecuatorial; por lo tanto, no se produce una sombra nítida en la esfera ecuatorial en esas épocas del año, lo cual es una desventaja del diseño.

A veces se añade un nodo a los relojes de sol ecuatoriales, lo que permite que el reloj indique la época del año. En un día cualquiera, la sombra del nodo se mueve en un círculo sobre el plano ecuatorial, y el radio de dicho círculo mide la declinación del sol. Los extremos de la barra del gnomon pueden utilizarse como nodo, o algún elemento a lo largo de su longitud. Una variante antigua del reloj de sol ecuatorial solo tiene un nodo (sin estilo) y las líneas horarias circulares concéntricas están dispuestas de forma que recuerdan a una telaraña. [ 26 ]

Relojes de sol horizontales

Reloj de sol horizontal en Minnesota . 17 de junio de 2007 a las 12:21. 44°51′39.3″N, 93°36′58.4″O

En el reloj de sol horizontal (también llamado reloj de sol de jardín ), el plano que recibe la sombra está alineado horizontalmente, en lugar de ser perpendicular al eje como en el reloj de sol ecuatorial. [ 27 ] Por lo tanto, la línea de sombra no gira uniformemente sobre la esfera; más bien, las líneas de las horas están espaciadas según la regla. [ 28 ]

 broncearseHH=pecadoL broncearse( 15×t ) {\displaystyle \ \tan H_{H}=\sin L\ \tan \left(\ 15^{\circ }\times t\ \right)\ }

O en otras palabras:

 HH=broncearse1[ pecadoL broncearse( 15×t ) ]{\displaystyle \ H_{H}=\tan ^{-1}\left[\ \sin L\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ \right]}

donde L es la latitud geográfica del reloj de sol (y el ángulo que forma el gnomon con la placa del reloj), HH {\displaystyle \ H_{H}\ }es el ángulo entre una línea horaria dada y la línea horaria del mediodía (que siempre apunta hacia el norte verdadero ) en el plano, y t es el número de horas antes o después del mediodía. Por ejemplo, el ángulo HH {\displaystyle \ H_{H}\ }de la línea horaria de las 3 pm sería igual al arcotangente de sen L , ya que tan 45° = 1. Cuando  L=90 {\displaystyle \ L=90^{\circ }\ }(en el Polo Norte ), el reloj de sol horizontal se convierte en un reloj de sol ecuatorial; el estilo apunta directamente hacia arriba (verticalmente), y el plano horizontal se alinea con el plano ecuatorial; la fórmula de la línea horaria se convierte en HH=15×t ,{\displaystyle \ H_{H}=15^{\circ }\times t\ ,}como para un reloj de sol ecuatorial. Un reloj de sol horizontal en el ecuador terrestre , donde L=0 ,{\displaystyle \ L=0^{\circ }\ ,}requeriría un estilo horizontal (en relieve) y sería un ejemplo de reloj de sol polar (ver más abajo).

Detalle de un reloj de sol horizontal en el exterior del Palacio de Kew en Londres, Reino Unido.

Las principales ventajas del reloj de sol horizontal son su fácil lectura y la luz solar que ilumina su esfera durante todo el año. Todas las líneas horarias se cruzan en el punto donde el estilo del gnomon cruza el plano horizontal. Dado que el estilo está alineado con el eje de rotación de la Tierra, apunta al norte verdadero y su ángulo con la horizontal es igual a la latitud geográfica L  del reloj de sol . Un reloj de sol diseñado para una latitud puede ajustarse para su uso en otra inclinando su base hacia arriba o hacia abajo en un ángulo igual a la diferencia de latitud. Por ejemplo, un reloj de sol diseñado para una latitud de 40° puede usarse en una latitud de 45° si el plano del reloj se inclina 5° hacia arriba, alineando así el estilo con el eje de rotación de la Tierra.

Muchos relojes de sol ornamentales están diseñados para usarse a 45 grados norte. Algunos relojes de sol de jardín producidos en masa no calculan correctamente las líneas horarias y, por lo tanto, no se pueden corregir. Una zona horaria estándar local tiene nominalmente 15 grados de ancho, pero puede modificarse para seguir límites geográficos o políticos. Un reloj de sol se puede girar alrededor de su eje (que debe permanecer apuntando al polo celeste) para ajustarlo a la zona horaria local. En la mayoría de los casos, una rotación en el rango de 7,5° al este a 23° al oeste es suficiente. Esto introducirá errores en los relojes de sol que no tengan ángulos horarios iguales. Para corregir el horario de verano , una esfera necesita dos juegos de números o una tabla de corrección. Un estándar informal es tener números en colores cálidos para el verano y en colores fríos para el invierno. Dado que los ángulos horarios no están espaciados uniformemente, las correcciones de la ecuación del tiempo no se pueden realizar girando la placa de la esfera alrededor del eje del gnomon. Este tipo de esferas generalmente tienen una tabla de corrección de la ecuación del tiempo grabada en sus pedestales o cerca de ellos. Los relojes de esfera horizontal se ven habitualmente en jardines, cementerios y zonas públicas.

relojes de sol verticales

Dos esferas verticales en Houghton Hall ( Norfolk , Reino Unido) 52°49′39″N 0°39′27″E / 52.827469°N 0.657616°E / 52.827469; 0.657616 ( relojes solares verticales de Houghton Hall ) . Las esferas izquierda y derecha miran al sur y al este, respectivamente. Ambos estilos son paralelos, su ángulo con la horizontal es igual a la latitud. La esfera que mira al este es una esfera polar con líneas horarias paralelas, y la esfera es paralela al estilo.

En el reloj de sol vertical común , el plano receptor de sombra está alineado verticalmente; como es habitual, el estilo del gnomon está alineado con el eje de rotación de la Tierra. [ 29 ] Al igual que en el reloj de sol horizontal, la línea de sombra no se mueve uniformemente en la esfera; el reloj de sol no es equiangular . Si la esfera del reloj de sol vertical apunta directamente al sur, el ángulo de las líneas horarias se describe mediante la fórmula: [ 30 ]

broncearseHV=porqueL broncearse( 15×t ) {\displaystyle \tan H_{V}=\cos L\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ }

donde L es la latitud geográfica del reloj de sol , HV {\displaystyle \ H_{V}\ }es el ángulo entre una línea horaria dada y la línea horaria del mediodía (que siempre apunta hacia el norte) en el plano, y t es el número de horas antes o después del mediodía. Por ejemplo, el ángulo HV {\displaystyle \ H_{V}\ }de la línea horaria de las 3 p. m. sería igual a la arcotangente de cos L , ya que tan 45° = 1. La sombra se mueve en sentido contrario a las agujas del reloj en un dial vertical orientado al sur, mientras que corre en el sentido de las agujas del reloj en diales horizontales y ecuatoriales orientados al norte. 

Los relojes de sol con caras perpendiculares al suelo y que miran directamente al sur, norte, este u oeste se denominan relojes de sol verticales directos . [ 31 ] Se cree ampliamente, y se afirma en publicaciones respetables, que un reloj de sol vertical no puede recibir más de doce horas de luz solar al día, independientemente de la cantidad de horas de luz diurna que haya. [ 32 ] Sin embargo, existe una excepción. Los relojes de sol verticales en los trópicos que miran hacia el polo más cercano (por ejemplo, los que miran hacia el norte en la zona entre el Ecuador y el Trópico de Cáncer) pueden recibir luz solar durante más de 12  horas desde el amanecer hasta el atardecer durante un breve período alrededor del solsticio de verano. Por ejemplo, a 20° de latitud norte, el  21 de junio, el sol brilla sobre una pared vertical orientada al norte durante 13  horas y 21  minutos. [ 33 ] Los relojes de sol verticales que no miran directamente al sur (en el hemisferio norte) pueden recibir significativamente menos de doce horas de luz solar al día, dependiendo de la dirección en la que miren y de la época del año. Por ejemplo, un reloj de esfera vertical orientado hacia el este solo puede indicar la hora durante la mañana; por la tarde, el sol no incide sobre su esfera. Los relojes de esfera vertical orientados hacia el este o el oeste son relojes de esfera polar , que se describirán más adelante. Los relojes de esfera vertical orientados hacia el norte son poco comunes, ya que solo indican la hora durante la primavera y el verano, y no muestran las horas del mediodía excepto en latitudes tropicales (e incluso allí, solo alrededor del solsticio de verano). Para los relojes de esfera vertical no directos —aquellos que están orientados en direcciones no cardinales—, la disposición matemática del estilo y las líneas horarias se vuelve más compleja; puede ser más fácil marcar las líneas horarias por observación, pero la ubicación del estilo, al menos, debe calcularse primero; a estos relojes se les llama relojes de esfera declinada . [ 34 ]

Relojes de sol "dobles" en Nové Město nad Metují , República Checa; el observador mira casi hacia el norte.

Los relojes de sol verticales suelen montarse en las paredes de edificios como ayuntamientos, cúpulas y torres de iglesias, donde son fácilmente visibles desde lejos. En algunos casos, se colocan en los cuatro lados de una torre rectangular, indicando la hora durante todo el día. La esfera puede estar pintada en la pared o incrustada en piedra; el gnomon suele ser una barra metálica simple o un trípode de barras metálicas para mayor rigidez. Si la pared del edificio está orientada hacia el sur, pero no directamente hacia el sur, el gnomon no coincidirá con la línea del mediodía y las líneas horarias deberán corregirse. Dado que el gnomon debe ser paralelo al eje terrestre, siempre apunta al norte verdadero y su ángulo con la horizontal será igual a la latitud geográfica del reloj; en un reloj orientado directamente al sur, su ángulo con la cara vertical del reloj será igual a la colatitud , es decir, 90° menos la latitud. [ 35 ]

esferas polares

Reloj de sol polar en el Planetario de Melbourne
Monumental reloj de sol polar en Lalín ( España )

En los relojes polares , el plano que recibe la sombra está alineado paralelamente al estilo del gnomon. [ 36 ] De este modo, la sombra se desliza lateralmente sobre la superficie, moviéndose perpendicularmente a sí misma a medida que el Sol gira alrededor del estilo. Al igual que con el gnomon, las líneas horarias están alineadas con el eje de rotación de la Tierra. Cuando los rayos del Sol son casi paralelos al plano, la sombra se mueve muy rápidamente y las líneas horarias se separan considerablemente. Los relojes orientados directamente al este y al oeste son ejemplos de relojes polares. Sin embargo, la cara de un reloj polar no tiene por qué ser vertical; solo tiene que ser paralela al gnomon. Por lo tanto, un plano inclinado en el ángulo de latitud (con respecto a la horizontal) bajo el gnomon, que también está inclinado, será un reloj polar. El espaciado perpendicular X de las líneas horarias en el plano se describe mediante la fórmula

incógnita=H broncearse( 15×t ) {\displaystyle X=H\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ }

donde H es la altura del estilo sobre el plano, y t es el tiempo (en horas) antes o después de la hora central para la esfera polar. La hora central es el momento en que la sombra del estilo cae directamente sobre el plano; para una esfera orientada al este, la hora central será las 6 a . m. , para una esfera orientada al oeste, será las 6 p. m. , y para la esfera inclinada descrita anteriormente, será el mediodía. Cuando t se aproxima a ±6 horas de la hora central, el espaciado X diverge a +∞ ; esto ocurre cuando los rayos del Sol se vuelven paralelos al plano.  

Dial decreciente vertical

Efecto de la declinación en las líneas horarias de un reloj de sol. Un reloj de sol vertical, a una latitud de 51°  N, diseñado para mirar hacia el sur (extremo izquierdo), muestra todas las horas desde las 6 a . m. hasta las 6 p. m. y tiene líneas horarias convergentes simétricas respecto a la línea del mediodía. Por el contrario, un reloj de sol orientado hacia el oeste (extremo derecho) es polar, con líneas horarias paralelas, y muestra solo las horas posteriores al mediodía. En las orientaciones intermedias de sur-suroeste, suroeste y oeste-suroeste , las líneas horarias son asimétricas respecto al mediodía, con las líneas horarias de la mañana cada vez más separadas.  
Dos relojes de sol, uno grande y otro pequeño, en la Mezquita Fatih de Estambul, que datan de finales del  siglo XVI. Se encuentra en la fachada suroeste con un ángulo azimutal de 52° N.

Un dial declinado es cualquier dial plano no horizontal que no apunta en una dirección cardinal, como el norte (verdadero) , el sur , el este o el oeste . [ 37 ] Como es habitual, el estilo del gnomon está alineado con el eje de rotación de la Tierra, pero las líneas horarias no son simétricas con respecto a la línea del mediodía. Para un dial vertical, el ángulo Henfermedad venérea {\displaystyle \ H_{\text{VD}}\ }La distancia entre la línea horaria del mediodía y otra línea horaria viene dada por la siguiente fórmula. Tenga en cuenta que Henfermedad venérea {\displaystyle \ H_{\text{VD}}\ }se define como positivo en el sentido horario con respecto al ángulo horario vertical superior; y que su conversión a la hora solar equivalente requiere una consideración cuidadosa de en qué cuadrante del reloj de sol se encuentra. [ 38 ]

broncearseHenfermedad venérea=porqueL porqueD cuna( 15×t )so pecadoL pecadoD {\displaystyle \tan H_{\text{VD}}={\frac {\cos L}{\ \cos D\ \cot(\ 15^{\circ }\times t\ )-s_{o}\ \sin L\ \sin D\ }}}

dónde L {\displaystyle \ L\ }es la latitud geográfica del reloj de sol ; t es la hora antes o después del mediodía; D {\displaystyle \ D\ }es el ángulo de declinación desde el sur verdadero , definido como positivo cuando está al este del sur; y so {\displaystyle \ s_{o}\ }es un número entero de conmutación para la orientación del dial. Un dial parcialmente orientado al sur tiene un so {\displaystyle \ s_{o}\ }valor de +1  ; aquellos parcialmente orientados al norte, un valor de −1 . Cuando dicho dial está orientado al sur ( D=0 {\displaystyle \ D=0^{\circ }\ }), esta fórmula se reduce a la fórmula dada anteriormente para diales verticales orientados al sur, es decir

 broncearseHV=porqueL broncearse( 15×t ) {\displaystyle \ \tan H_{\text{V}}=\cos L\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ }

Cuando un reloj de sol no está alineado con una dirección cardinal, el subestilo de su gnomon no está alineado con la línea horaria del mediodía. El ángulo B {\displaystyle \ B\ }La relación entre el subestilo y la línea de la hora del mediodía viene dada por la fórmula [ 38 ].

broncearseB=pecadoD cunaL{\displaystyle \tan B=\sin D\ \cot L}

Si un reloj de sol vertical apunta al sur verdadero o al norte verdadero ( D=0 {\displaystyle \ D=0^{\circ }\ }o D=180 ,{\displaystyle \ D=180^{\circ }\ ,}respectivamente), el ángulo B=0 {\displaystyle \ B=0^{\circ }\ }y el subestilo está alineado con la línea del mediodía.

La altura del gnomon, es decir, el ángulo que forma el estilo con la placa, GRAMO ,{\displaystyle \ G\ ,}viene dado por  :

 pecadoGRAMO=porqueD porqueL {\displaystyle \ \sin G=\cos D\ \cos L~}[ 39 ]

Esferas reclinables

Reloj de sol vertical reclinable en el hemisferio sur, orientado hacia el norte, con líneas de declinación hiperbólicas y líneas horarias. Un reloj de sol vertical común a esta latitud (entre los trópicos) no podría generar una línea de declinación para el solsticio de verano. Este reloj de sol en particular se encuentra en el Observatorio Valongo de la Universidad Federal de Río de Janeiro , Brasil.

Los relojes de sol descritos anteriormente tienen gnomones alineados con el eje de rotación de la Tierra que proyectan su sombra sobre un plano. Si el plano no es ni vertical, ni horizontal, ni ecuatorial, se dice que el reloj de sol está reclinado o inclinado . [ 40 ] Por ejemplo, un reloj de sol de este tipo podría estar ubicado en un tejado orientado al sur. Las líneas horarias de dicho reloj de sol se pueden calcular corrigiendo ligeramente la fórmula horizontal anterior. [ 41 ] [ 42 ]

 broncearseHRV=porque( L+R ) broncearse( 15×t ) {\displaystyle \ \tan H_{RV}=\cos(\ L+R\ )\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ }

dónde R {\displaystyle \ R\ }es el ángulo de inclinación deseado con respecto a la vertical local, L es la latitud geográfica del reloj de sol, HRV {\displaystyle \ H_{RV}\ }es el ángulo entre una línea horaria dada y la línea horaria del mediodía (que siempre apunta hacia el norte) en el plano, y t es el número de horas antes o después del mediodía. Por ejemplo, el ángulo HRV {\displaystyle \ H_{RV}\ }de la línea horaria de las 3 pm sería igual a la arcotangente de cos ( L + R ) , ya que tan 45° = 1 . Cuando R = 0° (es decir, un dial vertical orientado al sur), obtenemos la fórmula del dial vertical anterior.

Algunos autores utilizan una nomenclatura más específica para describir la orientación del plano receptor de sombra. Si la cara del plano apunta hacia abajo, hacia el suelo, se dice que es proclinado o inclinado , mientras que se dice que un reloj de sol es reclinado cuando la esfera apunta en dirección opuesta al suelo. Muchos autores también se refieren a menudo a los relojes de sol reclinados, proclinados e inclinados en general como relojes de sol inclinados. También es común en este último caso medir el ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal en el lado del sol del reloj. En tales textos, dado que I=90+R ,{\displaystyle \ I=90^{\circ }+R\ ,}La fórmula del ángulo horario a menudo se verá escrita como  :

broncearseHRV=pecado(L+I) broncearse( 15×t ) {\displaystyle \tan H_{RV}=\sin(L+I)\ \tan(\ 15^{\circ }\times t\ )\ }

El ángulo entre el estilo del gnomon y la placa de la esfera, B, en este tipo de reloj de sol es  :

B=90(L+R){\displaystyle B=90^{\circ }-(L+R)}

o  :

B=180(L+I){\displaystyle B=180^{\circ }-(L+I)}

Esferas reclinables/Esferas inclinables

Algunos relojes de sol presentan una inclinación tanto descendente como reclinada, ya que su plano de sombra no está orientado con un punto cardinal (como el norte o el sur geográfico) y no es ni horizontal, ni vertical, ni ecuatorial. Por ejemplo, un reloj de sol de este tipo podría encontrarse en un tejado que no estuviera orientado en un punto cardinal.

Las fórmulas que describen el espaciado de las líneas horarias en este tipo de esferas son bastante más complicadas que las de las esferas más sencillas.

Existen diversos enfoques de solución, incluyendo algunos que utilizan métodos de matrices de rotación, y otros que crean un modelo 3D del plano reclinado-declinado y su plano vertical declinado correspondiente, extrayendo las relaciones geométricas entre los componentes del ángulo horario en ambos planos y luego reduciendo el álgebra trigonométrica. [ 43 ]

Un sistema de fórmulas para relojes de sol reclinados-declinados: (según lo establecido por Fennewick) [ 44 ]

El ángulo HRD {\displaystyle \ H_{\text{RD}}\ }La distancia entre la línea horaria del mediodía y otra línea horaria viene dada por la siguiente fórmula. Tenga en cuenta que HRD {\displaystyle \ H_{\text{RD}}\ }Avanza en sentido contrario a las agujas del reloj con respecto al ángulo de las cero horas para aquellos diales que están parcialmente orientados al sur y en el sentido de las agujas del reloj para aquellos que están orientados al norte.

 broncearseHRD= porqueR porqueLpecadoR pecadoL porqueDsopecadoRpecadoDcuna(15×t)  porqueD cuna(15×t)sopecadoD pecadoL {\displaystyle \ \tan H_{\text{RD}}={\frac {\ \cos R\ \cos L-\sin R\ \sin L\ \cos D-s_{o}\sin R\sin D\cot(15^{\circ }\times t)\ }{\ \cos D\ \cot(15^{\circ }\times t)-s_{o}\sin D\ \sin L}}\ }

dentro de los rangos de parámetros  : D<Ddo {\displaystyle \ D<D_{c}\ }y90<R<(90L) .{\displaystyle -90^{\circ }<R<(90^{\circ }-L)~.}

O, si prefiere utilizar el ángulo de inclinación, I ,{\displaystyle \ I\ ,}en lugar de la reclinación, R ,{\displaystyle \ R\ ,}dónde I=(90+R) {\displaystyle \ I=(90^{\circ }+R)\ } :

 broncearseHRD= pecadoI porqueL+porqueI pecadoL porqueD+soporqueI pecadoD cuna(15×t)  porqueD cuna(15×t )sopecadoD pecadoL  {\displaystyle \ \tan H_{\text{RD}}={\frac {\ \sin I\ \cos L+\cos I\ \sin L\ \cos D+s_{o}\cos I\ \sin D\ \cot(15^{\circ }\times t)\ }{\ \cos D\ \cot(15^{\circ }\times t\ )-s_{o}\sin D\ \sin L\ }}\ }

dentro de los rangos de parámetros  : D<Ddo  {\displaystyle \ D<D_{c}~~}y  0<I<(180L) .{\displaystyle ~~0^{\circ }<I<(180^{\circ }-L)~.}

Aquí L {\displaystyle \ L\ }es la latitud geográfica del reloj de sol; so {\displaystyle \ s_{o}\ }es el número entero del interruptor de orientación; t es el tiempo en horas antes o después del mediodía; y R {\displaystyle \ R\ }y D {\displaystyle \ D\ }son los ángulos de reclinación y declinación, respectivamente. Nótese que R {\displaystyle \ R\ }Se mide con respecto a la vertical. Es positivo cuando la esfera se inclina hacia atrás, hacia el horizonte, detrás de la esfera, y negativo cuando la esfera se inclina hacia adelante, hacia el horizonte, del lado del Sol. Ángulo de declinación D {\displaystyle \ D\ }se define como positivo cuando se mueve al este del sur verdadero. Los diales que apuntan total o parcialmente al sur tienen so=+1 ,{\displaystyle \ s_{o}=+1\ ,}mientras que aquellos orientados parcial o totalmente al norte tienen una so=1 .{\displaystyle \ s_{o}=-1~.} Dado que la expresión anterior proporciona el ángulo horario como una función arcotangente, se debe tener en cuenta a qué cuadrante del reloj de sol pertenece cada hora antes de asignar el ángulo horario correcto.

A diferencia del reloj de sol vertical declinado más simple, este tipo de esfera no siempre muestra los ángulos horarios en su cara orientada hacia el sol para todas las declinaciones entre el este y el oeste. Cuando una esfera del hemisferio norte parcialmente orientada al sur se inclina hacia atrás (es decir, alejándose del Sol) de la vertical, el gnomon se vuelve coplanar con la placa de la esfera en declinaciones menores que el este o el oeste. Lo mismo ocurre con las esferas del hemisferio sur que están parcialmente orientadas al norte. Si estas esferas se inclinaran hacia adelante, el rango de declinación excedería el este y el oeste. De manera similar, las esferas del hemisferio norte que están parcialmente orientadas al norte y las esferas del hemisferio sur que están orientadas al sur, y que se inclinan hacia adelante hacia sus gnomons que apuntan hacia arriba, tendrán una restricción similar en el rango de declinación posible para un valor de reclinación dado. La declinación crítica Ddo {\displaystyle \ D_{c}\ }es una restricción geométrica que depende del valor tanto de la reclinación de la esfera como de su latitud  :

 porqueDdo=broncearseR broncearseL=broncearseL cunaI {\displaystyle \ \cos D_{c}=\tan R\ \tan L=-\tan L\ \cot I\ }

Al igual que con la esfera vertical declinada, el subestilo del gnomon no está alineado con la línea de las 12 horas. La fórmula general para el ángulo B ,{\displaystyle \ B\ ,}La distancia entre el subestilo y la línea del mediodía viene dada por  :

 broncearseB=pecadoDpecadoR porqueD+porqueR broncearseL=pecadoD porqueI porqueDpecadoI broncearseL  {\displaystyle \ \tan B={\frac {\sin D}{\sin R\ \cos D+\cos R\ \tan L}}={\frac {\sin D}{\ \cos I\ \cos D-\sin I\ \tan L\ }}\ }

El ángulo GRAMO ,{\displaystyle \ G\ ,}La relación entre el estilo y la placa viene dada por  :

 pecadoGRAMO=porqueL porqueD porqueRpecadoL pecadoR=porqueL porqueD pecadoI+pecadoL porqueI {\displaystyle \ \sin G=\cos L\ \cos D\ \cos R-\sin L\ \sin R=-\cos L\ \cos D\ \sin I+\sin L\ \cos I\ }

Tenga en cuenta que para GRAMO=0 ,{\displaystyle \ G=0^{\circ }\ ,}es decir, cuando el gnomon es coplanar con la placa del dial, tenemos  :

 porqueD=broncearseL broncearseR=broncearseL cunaI {\displaystyle \ \cos D=\tan L\ \tan R=-\tan L\ \cot I\ }

es decir cuando D=Ddo ,{\displaystyle \ D=D_{c}\ ,}el valor crítico de declinación. [ 44 ]

Método empírico

Debido a la complejidad de los cálculos anteriores, su uso práctico para el diseño de una esfera de este tipo resulta difícil y propenso a errores. Se ha sugerido que es mejor ubicar las líneas horarias empíricamente, marcando las posiciones de la sombra de un estilo en un reloj de sol real a intervalos horarios, según lo indique un reloj, y sumando o restando el ajuste de la ecuación del tiempo de ese día. [ 22 ] Véase Marcado empírico de la línea horaria , arriba.

Relojes de sol esféricos

Reloj de sol ecuatorial en forma de arco en Hasselt , Bélgica 50°55′47″N 5°20′31″E / 50.92972°N 5.34194°E / 50.92972; 5.34194 ( Hasselt equatorial bow sundial ) . Los rayos pasan a través de la estrecha ranura, formando una lámina de luz que gira uniformemente y cae sobre el arco circular. Las líneas horarias están igualmente espaciadas; en esta imagen, la hora solar local es aproximadamente las 15:00 horas (3 pm ). El 10 de septiembre, una pequeña bola, soldada en la ranura, proyecta una sombra en el centro de la banda horaria.  

La superficie que recibe la sombra no tiene por qué ser plana, sino que puede tener cualquier forma, siempre que el fabricante del reloj de sol esté dispuesto a marcar las líneas horarias. Si el estilo está alineado con el eje de rotación de la Tierra, una forma esférica es conveniente ya que las líneas horarias están igualmente espaciadas, como en el reloj de sol ecuatorial que se muestra aquí; el reloj de sol es equiangular . Este es el principio que subyace a la esfera armilar y al reloj de sol de arco ecuatorial. [ 45 ] Sin embargo, algunos relojes de sol equiangulares, como el reloj de sol Lambert que se describe a continuación, se basan en otros principios.

En el reloj de sol de arco ecuatorial , el gnomon es una barra, ranura o alambre tensado paralelo al eje celeste. La cara es un semicírculo, que corresponde al ecuador de la esfera, con marcas en la superficie interior. Este patrón, construido con un par de metros de ancho a partir de acero invar , resistente a la temperatura , se utilizaba para garantizar la puntualidad de los trenes en Francia antes de la Primera Guerra Mundial. [ 46 ]

Entre los relojes de sol más precisos jamás fabricados se encuentran dos arcos ecuatoriales construidos de mármol hallados en Yantra mandir . [ 47 ] Esta colección de relojes de sol y otros instrumentos astronómicos fue construida por el Maharaja Jai ​​Singh II en su entonces nueva capital de Jaipur , India, entre 1727 y 1733. El arco ecuatorial más grande se llama Samrat Yantra (El Instrumento Supremo); con una altura de 27  metros, su sombra se mueve visiblemente a 1  mm por segundo, o aproximadamente el ancho de una mano (6  cm) cada minuto.

Relojes de sol cilíndricos, cónicos y otros no planos.

Reloj de sol de precisión en Bütgenbach, Bélgica (Precisión  =  ±30  segundos) 50°25′23″N 6°12′06″E / 50.4231°N 6.2017°E / 50.4231; 6.2017 ( Bélgica )

Se pueden utilizar otras superficies no planas para recibir la sombra del gnomon.

Como alternativa elegante, el diseño (que podría crearse mediante un agujero o una hendidura en la circunferencia) puede ubicarse en la circunferencia de un cilindro o esfera, en lugar de en su eje central de simetría.

En ese caso, las líneas horarias vuelven a estar espaciadas de manera uniforme, pero con el doble del ángulo habitual, debido al teorema geométrico del ángulo inscrito . Esta es la base de algunos relojes de sol modernos, pero también se utilizaba en la antigüedad; [ e ]

En otra variante del cilindro alineado con el eje polar, una esfera cilíndrica podría representarse como una superficie helicoidal en forma de cinta, con un gnomon delgado ubicado a lo largo de su centro o en su periferia.

Relojes de sol con gnomon móvil

Los relojes de sol pueden diseñarse con un gnomon que se coloca en una posición diferente cada día a lo largo del año. En otras palabras, la posición del gnomon con respecto al centro de las líneas horarias varía. El gnomon no tiene por qué estar alineado con los polos celestes e incluso puede ser perfectamente vertical (el reloj analemático). Estos relojes, combinados con relojes de sol de gnomon fijo, permiten al usuario determinar el norte verdadero sin necesidad de ninguna otra ayuda; ambos relojes de sol están correctamente alineados si y solo si marcan la misma hora.

Esfera de anillo equinoccial universal

Esfera de anillo universal. La esfera está suspendida del cordón que se muestra en la parte superior izquierda; el punto de suspensión en el anillo meridiano vertical se puede ajustar a la latitud local. La barra central se gira hasta que un rayo de sol atraviesa el pequeño orificio e incide sobre el anillo ecuatorial horizontal. Consulte las anotaciones de Wikimedia Commons para ver las etiquetas.

Un reloj de sol equinoccial universal (a veces llamado simplemente reloj de sol , aunque el término es ambiguo) es una versión portátil de un reloj de sol armilar, [ 49 ] o se inspiró en el astrolabio marino . [ 50 ] Probablemente fue inventado por William Oughtred alrededor de 1600 y se popularizó en toda Europa. [ 51 ]

En su forma más simple, el estilo consiste en una delgada ranura que permite que los rayos del Sol incidan sobre las líneas horarias de un anillo ecuatorial. Como es habitual, el estilo se alinea con el eje de la Tierra; para ello, el usuario puede orientar la esfera hacia el norte verdadero y suspender el anillo verticalmente del punto correspondiente en el anillo meridiano. Estas esferas pueden hacerse autoalineables añadiendo una barra central más compleja, en lugar de una simple ranura. Estas barras a veces se añaden a un conjunto de anillos de Gemma . Esta barra podía pivotar sobre sus extremos y sostenía un deslizador perforado que se posicionaba según el mes y el día de acuerdo con una escala grabada en la barra. La hora se determinaba girando la barra hacia el Sol de modo que la luz que entraba por el orificio incidiera sobre el anillo ecuatorial. Esto obligaba al usuario a girar el instrumento, lo que tenía el efecto de alinear el anillo vertical del instrumento con el meridiano.

Cuando no se utilizan, los anillos ecuatorial y meridiano se pueden plegar juntos formando un pequeño disco.

En 1610, Edward Wright creó el anillo marino , que consistía en un anillo universal con esfera sobre una brújula magnética. Esto permitía a los marineros determinar la hora y la variación magnética en un solo paso. [ 52 ]

Relojes de sol analemáticos

Reloj de sol analemático sobre una línea meridiana en el jardín de la abadía de Herkenrode en Hasselt ( Flandes , Bélgica ).

Los relojes de sol analemáticos son un tipo de reloj de sol horizontal que tiene un gnomon vertical y marcadores de hora dispuestos en forma elíptica. No hay líneas horarias en la esfera y la hora del día se lee en la elipse. El gnomon no es fijo y debe cambiar de posición diariamente para indicar la hora con precisión. En ocasiones, los relojes de sol analemáticos se diseñan con una figura humana como gnomon. Los relojes de sol analemáticos con gnomon humano no son prácticos en latitudes bajas, donde la sombra de una persona es bastante corta durante los meses de verano. Una persona de 170 cm de altura proyecta una sombra de 10 cm a 27° de latitud durante el solsticio de verano. [ 53 ]  

Dial Foster-Lambert

El reloj de sol Foster-Lambert es otro reloj de sol con gnomon móvil. [ 54 ] A diferencia del reloj de sol analemático elíptico, el reloj de sol Lambert es circular con líneas horarias espaciadas uniformemente, lo que lo convierte en un reloj de sol equiangular , similar a los relojes de sol ecuatoriales, esféricos, cilíndricos y cónicos descritos anteriormente. El gnomon de un reloj de sol Foster-Lambert no es vertical ni está alineado con el eje de rotación de la Tierra; más bien, está inclinado hacia el norte en un ángulo α = 45° - (Φ/2), donde Φ es la latitud geográfica . Por lo tanto, un reloj de sol Foster-Lambert ubicado a 40° de latitud tendría un gnomon inclinado 25° hacia el norte. Para leer la hora correcta, el gnomon también debe moverse hacia el norte una distancia

Y=Rbroncearseαbroncearseδ{\displaystyle Y=R\tan \alpha \tan \delta \,}

donde R es el radio del dial Foster-Lambert y δ indica nuevamente la declinación del Sol para esa época del año.

Relojes de sol basados ​​en la altitud

Reloj de sol de estilo otomano con gnomon plegado y brújula. Museo del Palacio de Debbane , Líbano.

Los altímetros miden la altura del Sol en el cielo, en lugar de medir directamente su ángulo horario con respecto al eje terrestre. No están orientados hacia el norte verdadero , sino hacia el Sol, y generalmente se sostienen en posición vertical. La elevación del Sol se indica mediante la posición de un nodo, que puede ser la punta de la sombra de un gnomon o un punto de luz.

En los relojes de altitud, la hora se lee desde la posición del nodo en una serie de curvas horarias que varían según la época del año. La construcción de muchos de estos relojes de altitud requiere cálculos complejos, al igual que la de muchos relojes de acimut. Sin embargo, los relojes capuchinos (que se describen a continuación) se construyen y utilizan gráficamente.

Desventajas de los altímetros:

Dado que la altitud del Sol es la misma en momentos equidistantes alrededor del mediodía (por ejemplo, a las 9:00 y a las 15:00), el usuario debía saber si era de mañana o de tarde. A las 15:00, por ejemplo, esto no supone ningún problema. Pero cuando el reloj indica una hora a 15 minutos del mediodía, es probable que el usuario no pueda distinguir entre las 11:45 y las 12:15.

Además, los altímetros son menos precisos cerca del mediodía, porque la altitud del sol no cambia rápidamente en ese momento.

Muchos de estos relojes de sol son portátiles y fáciles de usar. Como suele ocurrir con otros relojes de sol, muchos relojes de altitud están diseñados para una sola latitud. Sin embargo, el reloj de sol capuchino (que se describe a continuación) tiene una versión ajustable para diferentes latitudes. [ 55 ]

Mayall y Mayall (1994) , pág. 169 , describen el reloj de sol universal de los Capuchinos. 

Sombras humanas

La longitud de la sombra humana (o de cualquier objeto vertical) puede utilizarse para medir la elevación del sol y, por consiguiente, la hora. [ 56 ] El Venerable Beda proporcionó una tabla para estimar la hora a partir de la longitud de la sombra en pies, suponiendo que la altura de un monje es seis veces la longitud de su pie. Dichas longitudes de sombra varían según la latitud geográfica y la época del año. Por ejemplo, la sombra al mediodía es corta en los meses de verano y larga en los de invierno.

Chaucer evoca este método varias veces en sus Cuentos de Canterbury , como en su Cuento del Párroco . [ f ]

Un tipo equivalente de reloj de sol que utiliza una varilla vertical de longitud fija se conoce como reloj de sol de varilla trasera .

Reloj de pulsera Shepherd – relojes de pulsera

Reloj de pulsera de pastor tibetano del siglo XIX

Un reloj de sol de pastor —también conocido como reloj de columna de pastor , [ 57 ] [ 58 ] reloj de columna , reloj de cilindro o chilindre — es un reloj de sol cilíndrico portátil con un gnomon en forma de cuchillo que sobresale perpendicularmente. [ 59 ] Normalmente cuelga de una cuerda o hilo de manera que el cilindro quede vertical. El gnomon se puede girar para que quede por encima de la indicación del mes o del día en la cara del cilindro. Esto corrige el reloj de sol para la ecuación del tiempo. Luego, todo el reloj de sol se gira sobre su cuerda de manera que el gnomon apunte hacia el Sol, mientras que el cilindro permanece vertical. La punta de la sombra indica la hora en el cilindro. Las curvas horarias inscritas en el cilindro permiten leer la hora. Los relojes de sol de pastor a veces son huecos, de modo que el gnomon se puede plegar hacia adentro cuando no se usa.

El reloj de pulsera del pastor se evoca en Enrique VI, Parte 3 , [ g ] entre otras obras literarias.

El reloj de sol cilíndrico para pastores se puede desenrollar hasta convertirse en una placa plana. En una versión sencilla, [ 61 ] tanto el anverso como el reverso de la placa tienen tres columnas, que corresponden a pares de meses con una declinación solar similar (junio:julio, mayo:agosto, abril:septiembre, marzo:octubre, febrero:noviembre y enero:diciembre). La parte superior de cada columna tiene un orificio para insertar el gnomon, una clavija que proyecta la sombra. A menudo, solo se marcan dos horas en la columna inferior: una para el mediodía y otra para media mañana/media tarde.

Los relojes de pie, lanzas de reloj [ 57 ] o varas de reloj de pastor [ 57 ] se basan en los mismos principios que los diales [ 57 ] [ 58 ] . La vara de reloj está tallada con ocho escalas de tiempo verticales para diferentes períodos del año, cada una con una escala de tiempo calculada según la cantidad relativa de luz diurna durante los diferentes meses del año. Cualquier lectura depende no solo de la hora del día, sino también de la latitud y la época del año [ 58 ] . Se inserta un gnomon de clavija en la parte superior, en el orificio o cara correspondiente a la estación del año, y se orienta hacia el Sol de manera que la sombra caiga directamente sobre la escala. Su extremo muestra la hora [ 57 ] .

esferas de anillo

En un reloj de anillo (también conocido como Aquitaine o reloj de anillo perforado ), el anillo se cuelga verticalmente y se orienta de lado hacia el sol. [ 62 ] Un rayo de luz pasa a través de un pequeño orificio en el anillo e incide sobre las curvas horarias inscritas en su interior. Para ajustar la ecuación del tiempo, el orificio suele estar en un anillo suelto dentro del anillo principal, de modo que se pueda ajustar para reflejar el mes actual.

Marcadores de tarjetas (marcadores capuchinos)

Los relojes de tarjeta son otra forma de reloj de altitud. [ 63 ] Una tarjeta se alinea de canto con el sol y se inclina de manera que un rayo de luz pase a través de una abertura hacia un punto específico, determinando así la altitud del sol. Un hilo con peso cuelga verticalmente de un orificio en la tarjeta y lleva una cuenta o un nudo. La posición de la cuenta en las líneas horarias de la tarjeta indica la hora. En versiones más sofisticadas, como el reloj de los Capuchinos, solo hay un conjunto de líneas horarias, es decir, las líneas horarias no varían con las estaciones. En cambio, la posición del orificio del que cuelga el hilo con peso varía según la estación.

Los relojes de sol de los capuchinos se construyen y utilizan gráficamente, a diferencia de las mediciones directas del ángulo horario de los relojes horizontales o ecuatoriales, o de las líneas de ángulo horario calculadas de algunos relojes de altitud y acimut.

Además de la esfera Capuchina común, existe una esfera Capuchina universal, ajustable según la latitud.

Navicula de Venetiis en exhibición en el Musée d'histoire des sciences de la Ville de Genève .

Una navicula de Venetiis o «pequeño barco de Venecia» era un altímetro que se utilizaba para medir el tiempo y que tenía forma de pequeño barco. El cursor (con una plomada incorporada) se deslizaba hacia arriba o hacia abajo del mástil hasta la latitud correcta. El usuario entonces apuntaba al Sol a través de los dos orificios de observación situados en los extremos de la «cubierta del barco». La plomada marcaba entonces la hora del día. [ 64 ]

Relojes de sol basados ​​en nódulos

Cracovia. 50°03′41″N 19°56′24″E / 50.0614°N 19.9400°E / 50.0614; 19.9400 ( Reloj de sol de Cracovia ) La sombra del nodo en forma de cruz se mueve a lo largo de una hipérbola que muestra la época del año, indicada aquí por las figuras del zodíaco. Son las 13:50 del 16 de julio, 25 días después del solsticio de verano .   

Otro tipo de reloj de sol sigue el movimiento de un único punto de luz o sombra, que puede denominarse nodo . Por ejemplo, el reloj de sol puede seguir la punta afilada de la sombra de un gnomon, como la punta de la sombra de un obelisco vertical (por ejemplo, el Solarium Augusti ) o la punta de la marca horizontal de un reloj de sol de pastor. Alternativamente, se puede permitir que la luz solar pase a través de un pequeño orificio o se refleje en un pequeño espejo circular (por ejemplo, del tamaño de una moneda), formando un pequeño punto de luz cuya posición se puede seguir. En estos casos, los rayos de luz trazan un cono a lo largo del día; cuando los rayos inciden sobre una superficie, la trayectoria seguida es la intersección del cono con dicha superficie. Lo más común es que la superficie receptora sea un plano geométrico , de modo que la trayectoria de la punta de la sombra o del punto de luz (denominada línea de declinación ) traza una sección cónica como una hipérbola o una elipse . Los griegos llamaban al conjunto de hipérbolas pelekonon (hacha), porque se asemeja a un hacha de doble filo, estrecha en el centro (cerca del mediodía) y ensanchándose en los extremos (horas de la madrugada y de la tarde).

Líneas de declinación en los solsticios y equinoccios para relojes de sol, ubicados en diferentes latitudes.

Existe una verificación sencilla de las líneas de declinación hiperbólica en un reloj de sol: la distancia desde el origen hasta la línea del equinoccio debe ser igual a la media armónica de las distancias desde el origen hasta las líneas de los solsticios de verano e invierno. [ 65 ]

Los relojes de sol con base de nódulo pueden usar un pequeño orificio o espejo para aislar un solo rayo de luz; a los primeros se les llama a veces relojes de apertura . El ejemplo más antiguo es quizás el reloj de sol antibóreo ( antiboreum ), un reloj de sol esférico con base de nódulo que apunta al norte verdadero ; un rayo de luz solar entra desde el sur a través de un pequeño orificio ubicado en el polo de la esfera e incide sobre las líneas de hora y fecha inscritas en su interior, que se asemejan a las líneas de longitud y latitud, respectivamente, en un globo terráqueo. [ 66 ]

Relojes de sol de reflexión

Isaac Newton desarrolló un práctico y económico reloj de sol, en el que se coloca un pequeño espejo en el alféizar de una ventana orientada al sur. [ 67 ] El espejo actúa como un nodo, proyectando un único punto de luz en el techo. Dependiendo de la latitud geográfica y la época del año, el punto de luz sigue una sección cónica, como las hipérbolas del pelikonon. Si el espejo es paralelo al ecuador terrestre y el techo es horizontal, los ángulos resultantes son los de un reloj de sol horizontal convencional. Utilizar el techo como superficie para el reloj de sol aprovecha el espacio no utilizado, y la esfera puede ser lo suficientemente grande como para ser muy precisa.

Múltiples esferas

En ocasiones, los relojes de sol se combinan en varios. Si se combinan dos o más relojes que funcionan con principios diferentes —como un reloj analemático y un reloj horizontal o vertical— , el reloj resultante se autoalinea, en la mayoría de los casos. Ambos relojes deben indicar tanto la hora como la declinación. En otras palabras, no es necesario determinar la dirección del norte verdadero ; los relojes están correctamente orientados cuando marcan la misma hora y declinación. Sin embargo, las formas más comunes de relojes combinados se basan en el mismo principio y el reloj analemático normalmente no indica la declinación del sol, por lo que no se autoalinean. [ 68 ]

Reloj de sol de díptico (tableta)

Reloj de sol díptico con forma de laúd , c. 1612. El estilo gnomon consiste en una cuerda tensada entre una cara horizontal y otra vertical. Este reloj de sol también tiene un pequeño nódulo (una cuenta en la cuerda) que indica la hora en el pelikinón hiperbólico , justo encima de la fecha en la cara vertical.

El díptico constaba de dos pequeñas caras planas, unidas por una bisagra. [ 69 ] Los dípticos solían plegarse en pequeñas cajas planas aptas para un bolsillo. El gnomon era una cuerda entre las dos caras. Cuando la cuerda estaba tensa, las dos caras formaban un reloj de sol tanto vertical como horizontal. Estos estaban hechos de marfil blanco, con incrustaciones de marcas de laca negra. Los gnomones eran de cuerda trenzada de seda, lino o cáñamo negro. Con un nudo o una cuenta en la cuerda a modo de nodo, y las marcas correctas, un díptico (en realidad cualquier reloj de sol lo suficientemente grande) puede mantener un calendario lo suficientemente preciso como para sembrar cultivos. Un error común describe el reloj de sol del díptico como autoalineable. Esto no es correcto para los relojes de sol de díptico que constan de una esfera horizontal y una vertical con un gnomon de cuerda entre las caras, independientemente de la orientación de las esferas. Dado que el gnomon de cuerda es continuo, las sombras deben coincidir en la bisagra; por lo tanto, cualquier orientación del reloj mostrará la misma hora en ambas esferas. [ 70 ]

Esferas multifacéticas

Un tipo común de esfera múltiple tiene relojes de sol en cada cara de un sólido platónico (poliedro regular), generalmente un cubo . [ 71 ]

De esta manera, se pueden crear relojes de sol sumamente ornamentados, aplicando un reloj de sol a cada superficie de un objeto sólido.

En algunos casos, los relojes de sol se forman como cavidades en un objeto sólido, por ejemplo, una cavidad cilíndrica alineada con el eje de rotación de la Tierra (en la que los bordes cumplen la función de estilos) o una cavidad esférica, siguiendo la antigua tradición del hemisferio o el antiboreum . (Véase la sección de Historia más arriba). En algunos casos, estos relojes de sol multifacéticos son lo suficientemente pequeños como para colocarlos sobre un escritorio, mientras que en otros, son grandes monumentos de piedra.

Las esferas de un reloj poliédrico pueden diseñarse para mostrar la hora de diferentes zonas horarias simultáneamente. Un ejemplo de ello es el reloj de sol escocés de los siglos XVII y XVIII  , que a menudo presentaba una forma poliédrica extremadamente compleja, e incluso caras convexas.

Esferas prismáticas

Las esferas prismáticas son un caso especial de esferas polares, en las que los bordes afilados de un prisma de polígono cóncavo sirven como estilos y los lados del prisma reciben la sombra. [ 72 ] Algunos ejemplos incluyen una cruz tridimensional o una estrella de David en lápidas.

Relojes de sol inusuales

esfera Benoy

Reloj solar de Benoy marcando las 6:00 p. m.

El reloj de sol Benoy fue inventado por Walter Gordon Benoy de Collingham, Nottinghamshire , Inglaterra. Mientras que un gnomon proyecta una sombra, su invento crea una luz equivalente al permitir el paso de los rayos del sol a través de una fina rendija, reflejándolos en un espejo largo y delgado (generalmente semicilíndrico) o concentrándolos mediante una lente cilíndrica . Se pueden encontrar ejemplos de relojes de sol Benoy en el Reino Unido en: [ 73 ]

Reloj de sol bifilar

Reloj de sol bifilar de acero inoxidable en Italia

Inventado por el matemático alemán Hugo Michnik en 1922, el reloj de sol bifilar tiene dos hilos que no se cruzan y son paralelos a la esfera. Generalmente, el segundo hilo es ortogonal al primero. [ 75 ] La intersección de las sombras de los dos hilos proporciona la hora solar local.

Reloj de sol digital

Un reloj de sol digital indica la hora actual mediante números formados por la incidencia de la luz solar. Existen relojes de sol de este tipo en el Museo Alemán de Múnich y en el Parque de Relojes de Sol de Genk (Bélgica), y también se comercializa una versión pequeña. Este tipo de reloj de sol está patentado. [ 76 ]

esfera del globo

El reloj de globo es una esfera alineada con el eje de rotación de la Tierra y equipada con una veleta esférica. [ 77 ] Al igual que los relojes de sol con un eje fijo, un reloj de globo determina la hora a partir del ángulo azimutal del Sol en su rotación aparente alrededor de la Tierra. Este ángulo se puede determinar girando la veleta hasta obtener la sombra más pequeña.

Marcas del mediodía

Marca del mediodía del Real Observatorio de Greenwich . El analema es la figura estrecha en forma de ocho que representa la ecuación del tiempo (en grados, no en tiempo, 1° = 4 minutos) en función de la altitud del Sol al mediodía en la ubicación del reloj de sol. La altitud se mide verticalmente y la ecuación del tiempo horizontalmente.

Los relojes de sol más sencillos no indican las horas, sino que marcan el momento exacto de las 12:00  del mediodía. [ 78 ] En siglos pasados, estos relojes se utilizaban para ajustar los relojes mecánicos, que a veces eran tan imprecisos que perdían o ganaban una cantidad significativa de tiempo en un solo día. Las marcas de mediodía más sencillas tienen una sombra que pasa por una marca. Luego, un almanaque puede convertir la hora solar local y la fecha a la hora civil. La hora civil se utiliza para ajustar el reloj. Algunas marcas de mediodía incluyen un ocho que representa la ecuación del tiempo , por lo que no se necesita un almanaque.

En algunas casas de la época colonial estadounidense, se podía tallar una marca de mediodía en el suelo o en el alféizar de una ventana. [ 79 ] Estas marcas indicaban el mediodía local y proporcionaban una referencia horaria sencilla y precisa para que los hogares ajustaran sus relojes. En algunos países asiáticos, las oficinas de correos ajustaban sus relojes a partir de una marca de mediodía precisa. Estas, a su vez, proporcionaban la hora al resto de la sociedad. El típico reloj de sol con marca de mediodía consistía en una lente colocada sobre una placa analemática . La placa tenía grabada una figura de ocho, que correspondía a la ecuación del tiempo (descrita anteriormente) frente a la declinación solar. Cuando el borde de la imagen del Sol tocaba la parte de la figura correspondiente al mes en curso, esto indicaba que eran las 12:00  del mediodía.

Cañón de reloj de sol

Un cañón de sol , a veces llamado «cañón meridiano», es un reloj de sol especializado diseñado para crear una «marca sonora del mediodía» mediante la ignición automática de una cantidad de pólvora al mediodía. Estos eran más bien curiosidades que relojes de sol de precisión, instalados a veces en parques de Europa, principalmente a finales del  siglo XVIII o principios del XIX. Suelen constar de un reloj de sol horizontal que, además de un gnomon , cuenta con una lente adecuadamente montada , ajustada para enfocar los rayos del sol exactamente al mediodía sobre la cazoleta de un cañón en miniatura cargado con pólvora (pero sin bala ). Para su correcto funcionamiento, la posición y el ángulo de la lente deben ajustarse estacionalmente. [ 80 ]

Líneas meridianas

Una línea meridiana en el Duomo de Milán . La posición del rayo de sol indica que es casi mediodía solar y el comienzo de la temporada de Géminis .

Una línea horizontal alineada con un meridiano y con un gnomon apuntando hacia el sol del mediodía se denomina línea meridiana y no indica la hora, sino el día del año. Históricamente, se utilizaban para determinar con precisión la duración del año solar . Ejemplos de ello son la línea meridiana de Bianchini en Santa Maria degli Angeli e dei Martiri en Roma y la línea de Cassini en la Basílica de San Petronio en Bolonia . [ 81 ]

lemas de relojes de sol

La asociación de los relojes de sol con el tiempo ha inspirado a sus diseñadores a lo largo de los siglos a incluir lemas en su diseño. A menudo, estos lemas presentan el dispositivo como un recordatorio de la muerte , invitando al observador a reflexionar sobre la fugacidad del mundo y la inevitabilidad de la muerte. «No mates al tiempo, porque sin duda te matará». Otros lemas son más ingeniosos: «Solo cuento las horas de sol» y «Soy un reloj de sol y hago chapuzas / en lo que hace mucho mejor un reloj de pulsera». A lo largo de los siglos, se han publicado con frecuencia colecciones de lemas para relojes de sol.

Úselo como brújula

Si un reloj de sol de placa horizontal está diseñado para la latitud en la que se utiliza, y si se monta con su placa horizontal y su gnomon apuntando al polo celeste que se encuentra sobre el horizonte, entonces mostrará la hora correcta en tiempo solar aparente . Por el contrario, si las direcciones de los puntos cardinales se desconocen inicialmente, pero el reloj de sol está alineado de manera que muestre la hora solar aparente correcta calculada a partir de la lectura de un reloj , su gnomon indicará la dirección del norte o sur verdadero, lo que permite utilizar el reloj de sol como brújula. El reloj de sol se puede colocar sobre una superficie horizontal y girar sobre un eje vertical hasta que muestre la hora correcta. El gnomon apuntará entonces al norte, en el hemisferio norte , o al sur en el hemisferio sur. Este método es mucho más preciso que usar un reloj como brújula y se puede utilizar en lugares donde la declinación magnética es grande, lo que hace que una brújula magnética no sea fiable. Un método alternativo utiliza dos relojes de sol de diseños diferentes. (Véase #Múltiples esferas , arriba). Las esferas están unidas y alineadas entre sí, y orientadas de manera que muestren la misma hora. Esto permite determinar simultáneamente la dirección de los puntos cardinales y la hora solar aparente, sin necesidad de un reloj.

Véase también

Angbuilgu , un reloj de sol portátil utilizado en Corea durante el período Joseon . La brújula magnética integrada alinea el instrumento hacia el polo norte. ( Museo Nacional de Corea ) [ 82 ]

Notas

  1. En algunos textos técnicos, la palabra "gnomon" también puede significar la altura perpendicular de un nódulo desde la placa de la esfera. El punto donde el estilo interseca la placa de la esfera se llama raíz del gnomon .
  2. Un reloj que muestra la hora según el reloj de sol siempre coincide con un reloj de sol situado en la misma localidad.
  3. Estrictamente hablando, debería usarse la hora media local en lugar de la hora estándar. Sin embargo, usar la hora estándar hace que el reloj de sol sea más útil, ya que no necesita correcciones por zona horaria ni longitud.
  4. La ecuación del tiempo se considera positiva cuando la "hora del reloj de sol" está adelantada con respecto a la "hora del reloj", y negativa en caso contrario. Véase el gráfico que se muestra en la sección #Corrección de la ecuación del tiempo , arriba. Por ejemplo, si la ecuación del tiempo es -5 minutos y la hora estándar es 9:40, la hora del reloj de sol es 9:35. [ 23 ]
  5. Un ejemplo de este tipo de esfera semicilíndrica se puede encontrar en el Wellesley College de Massachusetts . [ 48 ]
  6. Chaucer : como en su Cuento del Párroco :
    Según mis cálculos, eran las cuatro en punto.
    Desde once pies, un poco más o menos,
    Mi sombra en ese momento sí cayó,
    Teniendo en cuenta que yo mismo mido seis pies de altura.
  7. Enrique VI, Parte 3 :
    ¡Oh Dios! Me parece que sería una vida feliz.
    No ser mejor que un pastor feo;
    Sentarme en una colina, como lo hago ahora,
    Para tallar esferas, de forma pintoresca, punto por punto,
    De este modo, ver los minutos, cómo transcurren –
    ¿Cuántos hacen que la hora esté completa?
    ¿Cuántas horas tiene el día?
    ¿Cuántos días faltan para que termine el año?
    ¿Cuántos años puede vivir un hombre mortal? [ 60 ]

Referencias

Citas

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Fuentes

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Organizaciones nacionales

  • Asociación Amigos de los Relojes de Sol (AARS) – Sociedad Española de Relojes de Sol
  • Sociedad Británica de Relojes de Sol (BSS) – Sociedad Británica de Relojes de Sol
  • Commission des Cadrans Solaires de la Société Astronomique de France Sociedad Francesa de Relojes de Sol
  • Coordinamento Gnomonico Italiano Archivado el 30-07-2017 en Wayback Machine (CGI) – Italian Sundial Society
  • Sociedad Norteamericana de Relojes de Sol (NASS) – Sociedad Norteamericana de Relojes de Sol
  • Societat Catalana de Gnomònica – Sociedad Catalana del Reloj de Sol
  • De Zonnewijzerkring – Sociedad Holandesa de Relojes de Sol (en inglés)
  • Zonnewijzerkring Vlaanderen – Sociedad Flamenca de Relojes de Sol

Histórico

  • "El libro de remedios para las deficiencias en la instalación de relojes de sol de mármol" es un manuscrito árabe de 1319 que trata sobre la medición del tiempo y los relojes de sol.
  • El «Pequeño tratado sobre el cálculo de tablas para la construcción de relojes de sol inclinados» es otro manuscrito árabe del siglo XVI que trata sobre los cálculos matemáticos utilizados para crear relojes de sol. Fue escrito por Sibt al-Maridini .
  • Vodolazhskaya, L. Relojes de sol analemáticos y horizontales de la Edad del Bronce (costa norte del Mar Negro). Arqueoastronomía y tecnologías antiguas 1(1), 2013, 68-88
  • Reconstrucción de relojes de sol del antiguo Egipto

Otro

  • Real Sun Time – Reloj de sol disponible en versión móvil o de escritorio.
  • Registro de relojes de sol escoceses
  • Espacio de marcación solar – Generador de relojes de sol
  • La Sociedad Británica de Relojes de Sol, que incluye un registro de relojes de sol británicos.
  • La ecuación del tiempo
  • Introducción al reloj de sol
  • Atlas mundial de relojes de sol