Construcción de un reloj de sol

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Reloj de sol polar. Puerto de Bueu

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Detalle del cuadrante del reloj de sol polar. También se llama en “escocia”, que es el nombre del arco. Sobre el cuadrante se extienden las horas distribuidas entre horas de la mañana a la izquierda o poniente y de la tarde a la derecha u oriente.

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El reloj de sol polar debe estar orientado en la línea N – S, ó meridiana del lugar, que apunta hacia la estrella polar, ó norte verdadero.

Sombra de los extremos del arco proyectada sobre el arco de escocia

La luz del sol al ser interceptada por los extremos del arco se proyecta en forma de sombra sobre el arco, indicando su proyección sobre el cuadrante la hora del día. Desde la mañana, en cuanto sale el sol, se va agrandando la zona iluminada sobre el arco y la sombra se va acortando. El extremo este del arco corta la luz del sol y su sombra da las horas de la mañana. Previamente al paso del sol por la meridiana, la sombra que proyecta el extremo este del arco es muy pequeña. Al llegar el sol al paso por la meridiana, instantáneamente, se ve todo el arco iluminado, y sin sombra de los extremos. Justo después del paso del sol por la meridiana, el sol pasa hacia el hemisferio occidental y la hora sobre el cuadrante la marca la sombra de la luz solar proyectada por el extremo oeste del arco. Se va ocultando poco a poco la luz sobre el arco, desde estar completamente iluminado hasta quedar completamente en sombra a última hora de la tarde (Ver Reloj de sol polar “en escocia”. Playa América).

Longitud del extremo de la sombra sobre el arco en función de la declinación del sol

La declinación del sol es mínima en el solsticio de invierno. A igualdad de altura del astro, la sombra llega lo más arriba en el arco. A medida que avanza el invierno y nos acercamos al equinoccio de primavera, aumenta la declinación del sol, y la sombra se va tanto más hacia abajo. El día del equinoccio cubre el arco en sentido N-S en su totalidad. Al ir hacia el solsticio de verano, sigue creciendo la declinación del sol, y la sombra va bajando, hasta alcanzar la posición N-S más baja el día del solsticio, cuando la declinación del sol es máxima. A partir de aquí, hacia el equinoccio de otoño la declinación del sol va bajando y la sombra subiendo, hasta cubrir todo el arco de N-S el día de equinoccio. Desde aquí hacia el solsticio de invierno la declinación del sol, cada vez más negativa, hace que la sombra vaya subiendo en dirección N-S, día a día, a igualdad de altura, y en función de la declinación.

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Reloj de sol polar Puerto de Bueu. Detalle cuadrante y sombra proyectada del extremo oeste que oculta la luz solar.

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Reloj de sol polar Puerto de Bueu. Inclinación del arco con respecto a la horizontal. Plano Ecuatorial.

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El cuadrante que constituye el cilindro o arco de escocia es perpendicular al plano ecuatorial, que forma un ángulo con la horizontal igual a la colatitud, o complemento a 90º a la latitud.

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Parque del puerto de Bueu (Pontevedra) donde se encuentra el reloj de sol polar.

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Google maps reloj de sol Puerto de Bueu

Práctica a realizar por los alumnos de ESO del IES Johan Carballeira de Bueu:

  1. Ir al lugar donde está el reloj de sol.
  2. Identificar las esquinas del arco que hacen la función de gnomon o aguja, de tal forma que la sombra de la luz solar incidiendo sobre el cuadrante marca las horas.
  3. Determinar en el arco polar, también llamado escocia la zona del cuadrante donde están las horas de las mañana (hacia el poniente) y la zona donde están las horas de la tarde (hacia el oriente). Una hora son 15º (360º = 24h * 15º).
  4. Comprobar su orientación con respecto a la línea meridiana o N-S verdaderos (difiere de la línea N-S magnéticos en la declinación magnética, de unos 4º al W). Se puede utilizar un smartphone con la utilidad del compás. No sirve un compás magnético.
  5. Medir las coordenadas geográficas de latitud y longitud donde se encuentra el reloj de sol, que deben coincidir con las de google. Latitud 42,3267602 =? y Longitud –8,7894678 =?
  6. Comprobar la inclinación del ángulo ecuatorial del arco polar con respecto a la horizontal con un transportador de ángulos ó goniómetro. Debe ser de unos 48º y se puede utilizar una aplicación de medición de ángulos verticales de un smartphone.
  7.  Al atardecer el polo del cilíndro que determina el arco, se puede comprobar que su eje apunta a la estrella polar.
  8. Se puede hacer una discusión acerca de la hora que marca el reloj de sol, función de la posición del extremo de la sombra, comparándola con la hora del reloj de pulsera. Se ha de considerar la diferencia horaria de verano de 2 h (CEST) ó de 1 h en invierno (CET), la longitud de -8º de Bueu, u hora civil del lugar, y la diferencia en minutos del paso del sol por la meridiana (ver Analema Solar)

Otros relojes de sol

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Reloj de sol de Covelo (Pontevedra). El cuadrante está en un plano que forma unos 25º con la horizontal, y con un ángulo de orientación N – S de 176º.

En esta entrada se aborda la construcción de un reloj de sol. Se requiere conocer la latitud del lugar en que se va a ubicar. No es necesario conocer la longitud, puesto que, a igualdad de latitud, mismo paralelo, todos los relojes de sol presentan las mismas características. Elementos fundamentales de un reloj de sol son el estilete, gnomon o aguja, orientado normalmente hacia la estrella polar, y contenido, por tanto en un plano meridiano (vertical y que contiene a los puntos cardinales norte y sur). Otro elemento es el cuadrante horario. Para determinar la dirección de la línea meridiana o norte sur se puede utilizar una brújula, aunque esta nos da la línea de norte – sur magnéticos, que difiere en la declinación magnética, variable en todos los puntos de la tierra, y que en nuestras latitudes es de unos 4º, aunque variable con el tiempo. Otro método es buscar, al atardecer, la estrella polar, que se encuentra con gran aproximación en el polo norte geográfico, aunque este método es válido sólo para latitudes boreales, no siendo válido para latitudes australes, en donde no encontramos una estrella equivalente orientada en la dirección del sur geográfico. Un tercer método consiste en colocar una vara vertical, con una plomada, e ir dibujando el punto de máxima sombra del sol hacia el norte (o sur en el hemisferio sur), en un intervalo de tiempo próximo a su culminación o máxima altura. La base de la vara y el punto donde se hace máxima la sombra, o más alejado, nos da la línea meridiana. En esta línea se apunta el gnomon. La inclinación del gnomon, con respecto a la horizontal, debe ser de un ángulo igual a la colatitud, o 90º – latitud. Como decíamos, normalmente el gnomon apunta a la estrella polar.

El reloj de sol más natural es el que tiene el cuadrante en un plano ecuatorial (en un plano paralelo al ecuador terrestre). El cuadrante, en este caso, esta constituido por un circulo de 24 horas, formando entre sí cada par un ángulo de 15º, de tal forma que 15º * 24 = 360º (la circunferencia completa). El plano del cuadrante de un reloj de sol puede formar cualquier ángulo con la horizontal, y puede tener cualquier orientación con respecto a la línea norte – sur. Lo más acertado es elegir un plano vertical, como la pared de una casa, preferentemente orientada al sur, y además vertical. También se puede elegir un plano horizontal.

A partir del circulo de un reloj situado en un plano ecuatorial, se obtienen, por proyección los cuadrantes de los relojes de sol de cuadrante vertical, horizontal, o de cualquier otra inclinación.

Lo normal es que obtengamos el cuadrante de un reloj de sol orientado al sur. Desde este, por proyección, se obtendrán los cuadrantes de los relojes de sol declinantes al occidente o al oriente.

Los métodos proyectivos para la determinación del cuadrante requieren el conocimiento de la geometría descriptiva, por ejemplo, en sistema diédrico. Recomiendo seguir los ejercicios de Fernando Izquierdo Asensi donde resuelve de una forma muy clara el problema.

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Cuadrante de un reloj de sol horizontal orientado, obtenido de forma proyectiva por F. Izquierdo Asensi en su libro “Geometría Descriptiva”.

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Cuadrante de un reloj de sol vertical orientado, obtenido de forma proyectiva por F. Izquierdo Asensi en su libro “Geometría Descriptiva”.

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Geometría descriptiva. F. Izquierdo Asensi.

Se ha elegido estas configuraciones, puesto que son más sencillas, ya que el reloj de sol de pared vertical requiere que la pared de sol esté correctamente orientada hacia el sur geográfico. En caso contrario hay que realizar una corrección de las posiciones de las horas con cierto ángulo debido a la declinación de los rayos de sol sobre la pared. Este último puede ser declinante hacia el oriente – ó hacia el occidente – poniente.

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Hay un método práctico, bastante sencillo, para obtener el cuadrante de un reloj de sol vertical, que se expone en la AARS en el siguiente enlace:

Trazado de reloj de sol vertical, declinante o no [Asociación Amigos de los Relojes de Sol (AARS)]

Un caso particular de reloj de sol es el Polar, o en arco de escocia, que no tiene gnomon, estando el arco en un cilindro de eje apuntado hacia la estrella polar.

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7 respuestas a Construcción de un reloj de sol

  1. Dr. Ernesto Villagómez V dijo:

    Que importante comprender la complejidad de la naturaleza de la tierra frente al sol y su incidencia en el quehacer científico del ser humano.

  2. El taller fue muy interesante y nuestros chavales y nosotras aprendimos un montón. Nos ayudaste mucho a visualizar cómo funcionan los relojes solares y en especial el reloj tan peculiar que tenemos en Bueu. Te damos la enhorabuena por tu trabajo de investigación.
    Esperamos contar contigo en próximos proyectos.
    Muchas gracias por todo.

  3. Cesar dijo:

    Gracias a todos/as. Ha sido un placer haber estado en el Johan Carballeira. Podéis contar conmigo para el futuro. Un saludo

  4. José Núñez dijo:

    Hola:
    Soy José Núñez y mis preguntas son :
    1.-Si yo prolongo las líneas que marcan las horas (para agrandar el reloj) ¿cambia la hora solar?
    2.-El reloj que me facilita el programa con los datos de longitud, latitud e inclinación, ya están incluidos los 14 minutos que se le debe sumar a cada hora?

    Mi ubicación es: Lat.=37,2º (37.238028971658)
    Long.=4.0º (­-3.9638429135084)
    Decl.= 18,4º(18.434946378554) GMT+999
    Mi correo es : josenuse@hotmail.com
    Gracias.

  5. Cesar dijo:

    Hola.
    1.- Las líneas que marcan las horas son rectas. La sombra del gnomon sobre el cuadrante se asimila a una línea recta, de forma que al coincidir con las líneas horarias obtenemos la hora solar. La longitud que tengan las líneas que marcan las horas no hace cambiar la hora solar, las proyecciones se conservan y únicamente tendremos un reloj más grande. Esto está claro para relojes de sol verticales o polares (en este caso las líneas horarias son paralelas). Otra cosa es que cambie el cuadrante y sea analemático con estilo móvil, pero no le afecta tampoco.
    2.- Yo creo que no, puesto que el gnomon está fijo y dependiendo de la fecha, es decir, del analema, habrá un atraso o adelanto entre la hora solar y la hora del reloj mecánico. Esta diferencia proviene del hecho de que la tierra describe una elipse alrededor del sol, con velocidad distinta en función de la posición. El reloj mecánico nos da horas medias de 24 horas, pero la duración del día varía alrededor de ese valor, debido a la componente en la hora debida a la traslación, acumulándose las diferencias que se traducen en atrasos o adelantos en la hora de paso del sol por la meridiana. Esto es la ecuación del tiempo, habiendo sólo cuatro días al año con días de 24 horas.

    Saludos.

  6. Carlos Mesa dijo:

    Quiero construir un reloj solar en la pared de mi casa cuyas coordenadas son:
    – Latitud: 42.6812
    – Longitud: 4.81789
    – Altitud: 1.016 m.
    42º 40′ 52″ Norte
    4º 49′ 5″ Sur
    Orientación de la fachada: Sur
    Mi principal cuestión es, ¿que inclinación debe tener el gnomon?
    Pero ignoro si hay que tener en cuenta otros parámetros.
    Gracias de antemano.
    Un saludo.

  7. Chema dijo:

    42º, la misma que la de su ubicación de tal forma que apunte a la estrella polar.

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