Guía De Laboratorio N°1 Reloj Solar V1 .docx

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ciencias, Especialidad de Ingeniería Física Curso Ingeniería Solar IF-492 Ciclo 2019-I

Guía de Laboratorio Reloj Solar Resumen Un reloj Solar es un dispositivo que permite obtener información sobre la fecha y hora mediante la luz del sol y la sombra que éste proyecta sobre una determinada escala en la superficie curva del reloj. En los jardines de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería se encuentra un reloj solar ecuatorial con superficie de proyección cilíndrica, con la respectiva escala representada en marcas, mediante la cuale es posible obtener la fecha, hora y la declinación solar.

Introducción El Reloj Solar o reloj de sol es un instrumento del cual se han encontrado vestigios que datan de más de 3500 mil años de antigüedad en la dinastía de Tutmosis III, en el antiguo Egipto (Fig.1).

Fig. 1: Reloj de sol portátil egipcio Un reloj solar utiliza la sombra proyectada por una varilla, estilete, stylo o gnomon, sobre una superficie o limbo con una escala graduada para indicar la posición del Sol durante su movimiento diurno. A medida que el astro efectúa su recorrido por la bóveda celeste, la sombra del gnomon se modifica en longitud y posición. Existen distintos tipos de relojes solares: horizontales, verticales, ecuatoriales. Los relojes ecuatoriales pueden ser planos, esféricos o cilíndricos. En los relojes ecuatoriales, el gnomon que proyecta la sombra se encuentra contenido en el plano meridional y se encuentra formando con el plano horizontal un ángulo equivalente a la latitud de su ubicación geográfica, quedando así paralelo al eje de rotación de la Tierra. La superficie de un reloj solar ecuatorial es en general inclinada. Al poseer su métrica horaria incluida en el plano del ecuador se simplifica en gran medida su construcción. Sus características hacen que las líneas horarias se encuentren homogéneamente equiespaciadas 15° por cada hora solar.

Fig. 2: Reloj de sol de precisión en Büttgenbach, Bélgica. (Precisión = ±30 segundos) En particular en los relojes ecuatoriales cilíndricos (Fig. 2 y 3), el eje del cilindro coincide con el gnomon y su sombra se proyecta en la cara interna del cilindro. Las líneas horarias de este reloj son paralelas al gnomon. A esta configuración también se le denomina reloj solar polar.

Fig. 3: Corte de un reloj ecuatorial cilíndrico

Con el paso del tiempo un reloj solar puede tornarse inexacto, por ejemplo, el reloj solar mandado a construir por el emperador romano Augusto, formado por un obelisco y placas en proporción al tamaño del obelisco, ubicado en el Campo de Marte y diseñado por el arquitecto y matemático romano Novio Facundo, perdió exactitud luego de treinta años. Aunque no se conoce la causa, se le puede atribuir a motivos astronómicos o telúricos, también se ha considerado como fuente del error las avenidas del río Tíber que pudiesen haber provocado un descenso del obelisco. Esto hace relevante el hecho de realizar medidas cada cierto tiempo con la finalidad de verificar la exactitud de un reloj solar.

En los jardines exteriores de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería se encuentra un reloj solar de cemento construido en 1985 (Fig. 4 y 5), este reloj solar es del tipo ecuatorial/polar con superficie de proyección semicilíndrica. En la varilla (gnomon) que se encuentra en el eje del cilindro se ubica una arandela, la cual proyecta sobre la superficie interna del cilindro un círculo que indica la declinación del sol. A lo largo de los años, debido a la degradación producida por la lluvia y la luz solar, se ha tenido que sustituir su escala graduada.

Fig. 4 y 5: Fotografía y ubicación del reloj solar de la Facultad de Ciencias, UNI. Los relojes solares indican en general la Hora Solar, también llamada Tiempo Solar Verdadero, resultante de la posición que el Sol va ocupando en el cielo local debido a su constante movimiento aparente. Este movimiento no es uniforme debido principalmente a dos factores, uno de ellos es la excentricidad de la órbita terrestre (dado que la tierra describe una trayectoria elíptica y no circular) y el otro es la inclinación de la órbita respecto al eje de rotación terrestre. La hora civil, hora legal u oficial, es la hora comúnmente usada y corresponde al Tiempo Solar Medio, que resulta de la posición de un Sol imaginario, moviéndose siempre a velocidad angular constante, durante todo el día, todos los días del año. La hora civil se asigna convenientemente a un huso horario, unificando regiones de longitudes geográficas relativamente cercanas, tomando un meridiano como referencia y difiere de la hora local según la longitud del lugar en una diferencia fija. La diferencia entre el Tiempo Solar Verdadero y el Tiempo Solar Medio va variando a lo largo del año. Esta diferencia recibe el nombre de Ecuación del Tiempo, y puede oscilar entre los 16 minutos de adelanto a inicios de noviembre y los 14 minutos de atraso a mediados de febrero. Por lo tanto, para obtener la Hora Solar a partir de la Hora Oficial se hace necesario aplicar dos tipos de correcciones, una primera corrección debido a la diferencia entre la longitud correspondiente al huso horario y la longitud geográfica en la que se realiza la observación, cada grado de diferencia entre las longitudes corresponde a 4 minutos. La segunda corrección es debido a la mencionada ecuación del tiempo.

Fig. 6: Gráfica ilustrando la Ecuación del Tiempo

Objetivo General: Calcular la Fecha y Hora Solar registrada por el reloj solar de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería.

Procedimiento I. II. III.

IV. V. VI.

Identifique la precisión e incertidumbre la de escala graduada del reloj solar. Determine la fecha Utilice un reloj sincronizado con la hora oficial local, puede usar el reloj de su equipo celular si éste se encuentra sincronizado con su operadora y tome datos de la posición de la sombra proyectada por el gnomon. Registre datos a distintas horas del día, en intervalo adecuados según la precisión obtenida en el paso I. De las observaciones de la sombra proyectada en la escala del Reloj Solar estime las Horas Solares Locales (HS) correspondientes. Elabore una tabla comparativa entre los valores calculados de la Hora Solar, y los obtenidos por observación directa del Reloj Solar, obteniéndose los errores absolutos para cada medida.

Bibliografía       

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