Hàng ngày, Mặt trời đều chuyển động lướt qua vòm trời của chúng ta. Một nửa thời gian sống của chúng ta được Mặt trời soi sáng. Cũng nhờ có Mặt Trời, chúng ta mới có khái niệm về thời gian trong ngày. Do sự tình cờ, người thời cổ xưa đã nhận thấy rằng bóng của một thân cây bị cụt ngọn biến đổi khi Mặt trời di chuyển trên bầu trời. Tương tự, khi cắm một cây gậy thẳng đứng trên mặt đất, bóng cây gậy cũng di chuyển và chiều dài của bóng này thay đổi trong ngày. Bằng cách dùng các hòn đá, người thời cổ xưa đã đánh dấu vị trí của bóng mát này. Như vậy dụng cụ sơ sài dùng để đo thời gian đã thành hình hơn 4,000 năm về trước và người ta gọi nó là “đồng hồ mặt trời”.
MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu 4 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG I Giới thiệu khái quát Giới thiệu đồng hồ Mặt trời Chuyển động biểu kiến Mặt trời Lịch sử đồng hồ Mặt trời 10 Ứng dụng đồng hồ Mặt trời 11 II Tính toán thời gian đồng hồ Mặt trời 11 Điều chỉnh múi 12 Phương trình điều chỉnh thời gian 12 III Các loại đồng hồ Mặt trời 14 Đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo 15 1.1 Đặc điểm 15 1.2 Ưu nhược điểm 16 Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 17 2.1 Đặc điểm 17 2.2 Ưu nhược điểm 19 Đồng hồ Mặt trời kiểu Đông Tây 19 3.1 Đặc điểm 19 3.2 Ưu nhược điểm 21 Đồng hồ Mặt trời cực 22 Đồng hồ Mặt trời kiểu giảm thẳng đứng 23 Đồng hồ Mặt trời hình cầu 24 Đồng hồ Mặt trời hình trụ, hình nón hình không phẳng khác 25 IV Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời đơn giản 26 Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 26 1.1 Hướng dẫn 26 1.2 Tính toán 28 Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo 28 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hàng ngày, Mặt trời chuyển động lướt qua vòm trời Một nửa thời gian sống Mặt trời soi sáng Cũng nhờ có Mặt Trời, có khái niệm thời gian ngày Do tình cờ, người thời cổ xưa nhận thấy bóng thân bị cụt biến đổi Mặt trời di chuyển bầu trời Tương tự, cắm gậy thẳng đứng mặt đất, bóng gậy di chuyển chiều dài bóng thay đổi ngày Bằng cách dùng đá, người thời cổ xưa đánh dấu vị trí bóng mát Như dụng cụ sơ sài dùng để đo thời gian thành hình 4,000 năm trước người ta gọi “đồng hồ mặt trời” (sundial) Đồng hồ Mặt trời thiết bị đo thời gian ngày dựa vào vị trí Mặt trời Đồng hồ Mặt trời có nhiều loại, nhiều hình dạng khác Trong thiết kế phổ biến Mặt trời đổ bóng kim lên mặt phẳng có khắc đường thời gian ngày Khi Mặt trời di chuyển ngày, bóng kim đổ xuống thẳng hàng với đường mặt đĩa Thiết kế đòi hỏi kim thẳng hàng với trục quay Trái đất Để đồng hồ Mặt trời xác, kim phải song song với trục vũ trụ góc kim với đường ngang phải vĩ độ địa lý nơi đặt đồng hồ Đồng hồ Mặt trời dùng để đo Mặt trời thực địa phương Trong số trường hợp, sử dụng la bàn Xuất phát từ mong muốn tìm hiểu vấn đề tổng thể liên quan đến đồng hồ Mặt trời tự tạo cho thân số mô hình đồng hồ Mặt trời thông dụng, đồng thời gắn trình học Vật lý với thực hành, gắn liền lý thuyết với thực tiễn, làm tăng hứng thú cho việc học tập môn Vật lý Đây lí em chọn đề tài: “Chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo chân trời” Trong trình thực đề tài, kiến thức hạn hẹp kỹ phân tích chưa cao nên nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô bạn đóng góp thêm ý kiến để đề tài em thành công Em xin chân thành cảm ơn Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài tìm hiểu khái quát đồng hồ Mặt trời chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo chân trời Nhiệm vụ nghiên cứu Giới thiệu khái quát đồng hồ Mặt trời Nghiên cứu để tính toán thời gian đồng hồ Mặt trời Nghiên cứu số loại đồng hồ Mặt trời thông dụng Vận dụng điều tìm hiểu để chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo chân trời Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu phương pháp nghiên cứu lí thuyết: thu thập, xử lí thông tin mạng internet, tài liệu sách báo,…có liên quan đến đồng hồ Mặt trời Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề trọng tâm liên quan đến đồng hồ Mặt trời cách chế tạo hai loại đồng hồ Mặt trời đơn giản đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời PHẦN NỘI DUNG I Giới thiệu khái quát Giới thiệu đồng hồ Mặt trời Hình 1: Một đứa trẻ người phụ nữ nhìn vào đồng hồ Mặt trời Vườn Quốc gia Athens, Hy Lạp Đồng hồ Mặt trời có nhiều loại khác Một số đồng hồ Mặt trời sử dụng bóng tối cạnh bóng số loại đồng hồ khác lại sử dụng vạch đốm sáng để thời gian Các đối tượng tạo thành bóng, biết đến kim, mỏng dài, đối tượng khác với đầu nhọn cạnh thẳng Đồng hồ Mặt trời sử dụng nhiều loại kim khác Các kim cố định di chuyển theo mùa Nó định hướng theo chiều dọc, chiều ngang, hướng theo trục Trái Đất, định hướng theo hướng hoàn toàn khác xác định toán học Với đồng hồ Mặt trời sử dụng ánh sáng để thời gian, vạch ánh sáng hình thành cách cho phép tia sáng Mặt trời qua khe mỏng tập trung chúng thông qua ống kính hình trụ Một đốm sáng hình thành cách cho phép tia sáng Mặt trời qua lỗ nhỏ cách phản chiếu chúng từ gương tròn nhỏ Đồng hồ Mặt trời sử dụng nhiều loại bề mặt khác để nhận ánh sáng hay bóng tối Mặt phẳng bề mặt phổ biến nhất, nhiên hình trụ, hình nón hình dạng khác sử dụng cho độ xác lớn để làm trang trí Việc cài đặt nhiều đồng hồ đòi hỏi phải biết vĩ độ địa lý địa phương, kim theo phải hướng thẳng đứng, hướng theo phương Bắc Đồng hồ di động có kim tự thẳng hàng: ví dụ, có hai mặt đồng hồ hoạt động nguyên tắc khác nhau, chẳng hạn đồng hồ andanalemmatic chân trời, gắn kết với mặt Trong thiết kế này, thời gian phù hợp (chính xác) mặt phẳng tính chất Đồng hồ Mặt trời cho biết thời gian Mặt trời địa phương, trừ hiệu chỉnh thời gian khác Để thu đồng hồ thời gian xác, cần phải thực hiệu chỉnh Thứ nhất, quỹ đạo Trái Đất hoàn toàn tròn trục quay không hoàn toàn vuông góc với quỹ đạo Năng lượng Mặt trời định thời gian đồng hồ Mặt trời thời gian đồng hồ thay đổi lượng nhỏ thay đổi suốt năm Đợt điều chỉnh lớn khoảng 15 phút mô tả phương trình thời gian Một đồng hồ Mặt trời tinh vi, kết hợp điều chỉnh Thường thay vào đó, đồng hồ Mặt trời đơn giản sử dụng, với bảng nhỏ cho phép chỉnh sửa thời điểm khác năm Thứ hai, thời gian Mặt trời phải hiệu chỉnh cho kinh độ nơi đặt đồng hồ Mặt trời tương kinh độ múi thức Ví dụ, đồng hồ Mặt trời nằm phía tây Greenwich, Anh múi giờ, cho thấy thời gian sớm thời gian thức Nó hiển thị "buổi trưa" sau buổi trưa thức trôi qua, kể từ Mặt trời lên thiên đỉnh sau Đợt điều chỉnh thường thực cách xoay vạch chia góc sai khác kinh độ Chuyển động biểu kiến Mặt trời Các nguyên tắc hoạt động đồng hồ Mặt trời dựa chuyển động biểu kiến Mặt trời Ta biết, trái đất quay quanh trục nó, quay quỹ đạo hình elip quanh Mặt Trời Một phép tính gần giả định Mặt trời quay quanh Trái đất, Trái đất lại đứng yên thiên cầu, mà Mặt trời quay ngày khoảng 24 quanh trục vũ trụ Trục vũ trụ đường kéo dài hai thiên cực Khi trục vũ trụ thẳng hàng với trục quay Trái Đất độ cao thiên cực P quan sát nơi có giá trị vĩ độ địa lý nơi nơi ( hP ) Không giống cố định, Mặt trời thay đổi vị trí bầu trời, độ lệch (xích vĩ) dương vào mùa xuân mùa hè, độ lệch (xích vĩ) âm mùa thu mùa đông, có độ xác với độ lệch không (ví dụ, đường xích đạo trời) điểm phân Xích kinh Mặt trời thay đổi, thay đổi vòng quay hoàn chỉnh cho năm Quỹ đạo chuyển động nhìn thấy Mặt trời trời gọi hoàng đạo Mặt trời qua mười hai chòm hoàng đạo năm Hình 2: Đồng hồ Mặt trời Vườn bách thảo Singapore Mô hình chuyển động Mặt trời giúp hiểu đồng hồ Mặt trời Nếu kim hướng theo thiên cực, bóng quay với tốc độ không đổi, quay không thay đổi theo mùa Đây thiết kế phổ biến Trong trường hợp này, vạch chia sử dụng suốt năm Vạch chia mặt đồng hồ đặn bề mặt nhận bóng vuông góc (như đồng hồ Mặt trời xích đạo) tròn kim (như vòng hình cầu) Trong trường hợp khác, khoảng cách vạch chia không đều, bóng quay đặn Nếu kim không thẳng hàng với thiên cực, bóng quay không đặn, vạch chia phải điều chỉnh cho phù hợp Những tia sáng chiếu tới kim, có qua lỗ nhỏ, phản xạ từ gương nhỏ, theo hình nón thẳng hàng với thiên cực Tương ứng với chỗ đốm sáng đầu bóng, chiếu xuống mặt phẳng, tìm đường conic, chẳng hạn hyperbol, hình elip hay (ở miền Bắc hay Nam cực) vòng tròn Đường conic giao điểm hình nón tia sáng với bề mặt phẳng Hình nón đường conic thay đổi theo mùa, thay đổi độ lệch Mặt trời; đó, đồng hồ Mặt trời dựa theo chuyển động ánh sáng điểm sáng hay bóng thường có vạch chia khác cho thời điểm khác năm Điều nhìn thấy đồng hồ hình cầu, đồng hồ Mặt trời vòng Ngoài ra, đồng hồ Mặt trời thay đổi góc vị trí tương đối kim với vạch chia giờ, đồng hồ Analemmatic đồng hồ Lambert Lịch sử đồng hồ Mặt trời Hình 3: Đồng hồ Mặt trời lâu đời giới từ Ai Cập (1500 TCN) Các đồng hồ Mặt trời sớm biết đến từ liệu khảo cổ cột hình tháp (3500 TCN) đồng hồ bóng (1500 TCN) từ thiên văn học Ai Cập thiên văn học Babylon cổ đại Có lẽ, người có khái niện thời gian vào ngày sớm hơn, điều khó khăn để xác minh Trong khoảng 700 TCN, kinh Cựu ước mô tả đồng hồ Mặt trời - "đồng hồ Ahaz" đề cập Isaiah 38: II Kings Các nhà văn La Mã cho biết danh sách đồng hồ bóng đồng hồ biết đến thời điểm Nhà thiên văn học người Ý Giovanni Padovani xuất luận án đồng hồ Mặt trời năm 1570, ông bao gồm hướng dẫn để sản xuất đặt tường (theo chiều thẳng đứng) đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Constructio instrumenti ad horologia solaria Giuseppe Biancani (khoảng 1620) thảo luận làm để chế tạo đồng hồ Mặt trời hoàn hảo Nó thông dụng từ kỷ 16 2.2.1 Nhược điểm Ở nước gần xích đạo Việt Nam góc vạch gần 12h nhỏ ảnh hường đến độ xác Nó áp dụng xác với vùng có vĩ độ nằm khoảng 40-50o Khoảng cách vạch chia không phụ thuộc vào vĩ độ Do đó, trình làm đồng hồ cần có tính toán để khắc vạch 2.2.2 Ưu điểm Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời bóng kim mặt đồng hồ không phụ thuộc đồng hồ xích đạo Và ưu điểm hàng đầu đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời đọc dễ dàng, Mặt trời chiếu sáng mặt đồng hồ suốt năm Tất vạch chia giao điểm mà kim giao với mặt phẳng nằm ngang Đồng hồ Mặt trời kiểu Đông Tây 3.1 Đặc điểm Ở vùng vĩ độ địa lý bé kiểu đồng hồ chân trời bất tiện, người ta dùng đồng hồ Mặt trời kiểu Đông-Tây Loại đồng hồ kim hướng theo trục vũ trụ mặt đồng hồ mặt thẳng đứng theo hướng Đông-Tây Kim đồng hồ hợp với mặt góc 90o Hình 8: Hai đồng hồ thẳng đứng Houghton sảnh Norfolk UK (52°49'39"N; 0°39'27" E) Độ chia loại đồng hồ phụ thuộc vào vĩ độ địa lý chia không nhau-các vạch chia tương ứng đối xứng qua vạch 12 Trong đồng hồ Mặt trời Đông-Tây thông thường, mặt phẳng nhận bóng kim thẳng đứng theo hướng Đông-Tây; thường lệ, kim hướng theo trục quay Trái đất Như đồng hồ chân trời, bóng không di chuyển mặt, đồng hồ Mặt trời có góc không Nếu mặt đồng hồ Mặt trời Đông-Tây hướng dọc theo phía nam, góc vạch chia mô tả theo công thức tan x cos tan(15o t ) Trong vĩ độ địa lý nơi đặt đồng hồ mặt trời, x góc vạch chia cụ thể vạch 12 trưa (mà kim luôn phía Bắc) mặt đồng hồ, t số trước sau 12 trưa Ví dụ, góc x lúc chiều tương đương với arctan cos , với tan 45° = Điều thú vị bóng di chuyển ngược chiều kim đồng hồ mặt phía Nam đồng hồ ĐôngTây, ngược lại chạy theo chiều kim đồng hồ đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời kiểu xích đạo mặt phía Bắc đồng hồ Một đồng hồ Đông-Tây nhận nhiều mười hai ánh sáng Mặt trời ngày Tuy nhiên, có trường hợp ngoại lệ, đồng hồ Mặt trời Đông-Tây vùng chí tuyến mà mặt gần cực (ví dụ mặt phía bắc đới đường xích đạo bắc chí tuyến) thực nhận ánh sáng Mặt trời 12 từ bình minh đến hoàng hôn thời gian ngắn khoảng thời gian hạ chí Ví dụ, vĩ độ 20° Bắc, ngày 21 tháng 6, Mặt trời chiếu sáng tường thẳng đứng phía bắc 13 21 phút Đồng hồ Mặt trời Đông-Tây mà thẳng mặt đồng hồ theo phíaNam (ở Bắc bán cầu) nhận đáng kể mười hai ánh sáng Mặt trời ngày, tùy thuộc vào phương hướng mặt đông hồ, vào thời gian năm Hình 9: Đồng hồ Mặt trời “đôi” Nové Město nad Metují, Cộng hòa Séc Đồng hồ Đông-Tây thường gắn tường tòa nhà, chẳng hạn thị trấn-phòng, vòm nhà thờ tháp, nơi họ dễ dàng nhìn thấy từ xa Trong số trường hợp, đồng hồ Đông-Tây đặt tất bốn mặt tòa tháp hình chữ nhật, cung cấp thời gian suốt ngày Mặt đồng hồ vẽ tường, hiển thị đá khảm; kim thường kim loại nhất, chân kim loại cứng Nếu tường tòa nhà phải đối mặt phía Nam, kim không nằm dọc theo đường trưa, vạch chia phải hiệu chỉnh Kể từ kim song song với trục Trái Đất, luôn "điểm" hướng Bắc góc với mặt phẳng ngang vĩ độ địa lý nơi đặt đồng hồ 3.2 Ưu nhược điểm Cũng đồng hồ chân trời, đồng hồ Đông-Tây có khoảng cách giữ vạch chia không bóng mặt trời quay không khoảng cách phụ thuộc vĩ độ địa lí tạ nơi đặt đồng hồ Đồng hồ Mặt trời cực Hình 10: Đồng hồ Mặt trời cực Melbourne Planetarium Trong đồng hồ cực, mặt phẳng nhận bóng song song với kim Như vậy, bóng trượt ngang bề mặt, di chuyển vuông góc với Mặt trời quay kim Như với kim, vạch chia thẳng hàng với trục quay Trái đất Khi tia sáng Mặt trời gần song song với mặt phẳng, bóng di chuyển nhanh dòng có khoảng cách xa Mặt đồng hồ hướng Đông-Tây ví dụ đồng hồ cực Tuy nhiên, mặt đồng hồ cực không cần phải thẳng đứng; cần song song với kim Do đó, mặt nghiêng góc vĩ độ (tương đối so với chiều ngang) kim nghiêng tương tự đồng hồ cực Mặt phẳng vuông góc với khoảng cách X vạch chia mặt phẳng mô tả công thức X H tan(15o t ) Với H chiều cao kim mặt phẳng, t thời gian (trong giờ) trước sau thời gian trung tâm cho đồng hồ cực Thời gian trung tâm thời gian bóng tối kim rơi xuống mặt phẳng; cho đồng hồ mặt Đông, thời gian trung tâm sáng, cho đồng hồ mặt Tây, chiều, cho đồng hồ có xu hướng mô tả trên, buổi trưa Khi t đến gần ± từ thời gian trung tâm, khoảng cách X phân kỳ đến +∞; điều xảy tia nắng Mặt trời trở nên song song với mặt phẳng Đồng hồ Mặt trời kiểu giảm thẳng đứng Hình 11: Ảnh hưởng suy giảm vào vạch đồng hồ mặt trời Một đồng hồ giảm mặt phẳng đồng hồ có hướng chính, (đúng) Bắc, Nam, Đông Tây Như thường lệ, kim thẳng hàng với trục quay Trái đất, vạch chia không đối xứng vạch chia buổi trưa Đối với đồng hồ thẳng đứng, góc HVD vạch trưa đưa công thức tan HVD cos cos D cot(15o t ) so sin sin D vĩ độ địa lý đồng hồ Mặt trời nơi quan sát; t thời gian trước sau12 giờ; D góc giảm tính từ phía nam, định nghĩa xác phía đông nam; so định hướng đồng hồ Một đồng hồ có mặt phía Nam so có giá trị + 1; phần phía bắc có giá trị -1 Khi mặt đồng hồ phía Nam ( D ), công thức riêng công thức tổng quát cho đồng hồ phía o Nam theo chiều thẳng đứng, tức tan HV cos tan(15o t ) Khi đồng hồ Mặt trời không hướng theo hướng chính, kim không thẳng hàng với vạch 12 trưa Góc B kim vạch 12 trưa đưa công thức tan B sin D cot Nếu đồng hồ Mặt trời thẳng đứng có mặt hướng phía Nam o o o Bắc ( D D 180 , lần lượt), góc B kim hướng theo vạch 12 trưa Chiều cao kim, góc kim với mặt đồng hồ (G), cho bởi: sin G cos D cos Đồng hồ Mặt trời hình cầu Hình 12: Đồng hồ Mặt trời vòng xích đạo Hasselt, Flanders Belgium (50° 55'47 "N, 5° 20'31" E) Bề mặt nhận bóng không cần phải mặt phẳng, nhiên có hình dạng bất kỳ, miễn người làm đồng hồ Mặt trời sẵn sàng để đánh dấuvạch chia Nếu kim hướng theo trục quay Trái đất,hình cầu thuận tiện vạch chia đặt cách nhau, đồng hồ kiểu xích đạo; đồng hồ Mặt trời có góc Đây nguyên tắc đằng sau vòng hình cầu đồng hồ Mặt trời vòng xích đạo Tuy nhiên, số đồng hồ Mặt trời có góc đồng hồ Lambert dựa nguyên tắc khác Trong đồng hồ Mặt trời vòng xích đạo, kim thanh, khe hẹp dây kéo dài song song với trục vũ trụ Các mặt hình bán nguyệt, tương ứng với đường xích đạo cầu, với đánh dấu bề mặt bên Mô hình này, xây dựng cặp đồng hồ mở rộng nhiệt độ bất biến thép hợp kim, sử dụng để giữ cho đoàn tàu chạy thời gian Pháp trước Thế chiến I Trong số đồng hồ Mặt trời xác thực hai cung xích đạo xây dựng đá cẩm thạch tìm thấy Yantra Mandir Bộ sưu tập đồng hồ Mặt trời dụng cụ thiên văn khác xây dựng Maharaja Jai Singh II thủ phủ ông Jaipur, Ấn Độ năm 1727 1733 Các cung xích đạo lớn gọi Samrat Yantra (dụng cụ lớn nhất); đứng 27 mét, bóng di chuyển rõ rệt khoảng mm giây, xấp xỉ bề rộng bàn tay (6 cm) phút Đồng hồ Mặt trời hình trụ, hình nón hình không phẳng khác Hình 13: Độ xác đồng hồ Mặt trời Butgenbach, Bỉ (độ xác = ± 30 giây) (50°25'23"N, 6°12'06"E) Các bề mặt không phẳng khác sử dụng để nhận bóng kim Ví dụ, kim hướng theo thiên cực nằm dọc theo trục đối xứng hình nón hình trụ Do đối xứng, vạch chia bề mặt đặt cách nhau, đồng hồ xích đạo vòng hình cầu Việc đồng hồ hình nón cũ, sở cho loại chén đồng hồ mặt trời; kim cột thẳng đứng cốc hình nón, có khắc vạch chia Một thay tao nhã, kim nằm chu vi hình trụ hình cầu, tâm đối xứng Trong trường hợp đó, vạch chia lại lần cách nhau, gấp đôi góc thông thường, định lý góc nội tiếp hình học Đây sở số đồng hồ Mặt trời đại, sử dụng thời cổ đại; loại, cạnh nửa hình trụ phục vụ kim Cũng giống vòng hình cầu phần lớn mở để xem dễ dàng đồng hồ, bề mặt không phẳng không cần phải hoàn thành Ví dụ, đồng hồ hình trụ có bề mặt giống dải ruy băng xoắn ốc, với kim mỏng nằm dọc theo tâm ngoại vi IV Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời đơn giản Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 1.1 Hướng dẫn Để tự tạo cho sản phẩm thiên văn phục vụ mục đích thực hành quan sát hay kiểm chứng nguyên lí, tượng thiên văn trước hết bạn cần xác định kích thước chất liệu để thực Đồng hồ Mặt trời làm theo kích cỡ, chất liệu khác miếng bìa cứng, gỗ, đá hay kim loại để đẹp mắt ta làm mặt đồng hộ dạng bán nguyệt với bán kính khoảng R=12cm Và vật liệu, để đảm bảo chất lượng ta chọn chất liệu miếng gỗ mỏng bề dày khoảng 0,5-1cm Sau chuẩn bị vật dụng cần thiết, ta tiến hành chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Kẻ đường thẳng gỗ Tiếp theo, kẻ đường thẳng từ góc tính toán, dùng thước đo góc để xác định góc cần kẻ Những góc tính toán cho với vĩ độ nơi quan sát, vĩ độ Huế 16o 40 Làm ta mặt đồng hồ, vĩ độ khác ta có tính toán khác góc Chiếc kim đồng hồ cần tương đối mỏng, phải đủ để không làm gãy di chuyển không bị xê dịch dao động gió hay tác động nhỏ Ta chọn kim đồng hồ chất liệu nhôm thép hợp kim Để làm kim đồng hồ, ta cần xác định độ nghiêng kim Độ nghiêng kim với vĩ độ nơi đặt đồng hồ, vĩ độ Huế 16o 40 Dùng thước đo góc để đặt kim đồng hồ nghiêng góc 16o 40 , cố định vị trí kim, cần làm giá đỡ để kim chắn hơn, kim chiều dài cho hình chiếu vuông góc kim lên mặt đồng hồ chiều dài cạnh mặt đồng hồ Để đồng hồ trông đẹp mắt hơn, ta dùng đề can vân gỗ phủ vân gỗ giả lên mặt gỗ để tạo cho mặt đồng hồ màu sắc vân gỗ sống động Sau dán sơn cho mặt đồng hồ xong, bước vạch mốc cho đồng hồ cho xác Ngoài ta cắt đoạn gỗ hình chữ nhật để làm chân đồng hồ Hình 14: Hướng dẫn chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Sau làm xong đồng hồ Mặt trời, ta thiết lập Một cách thiết lập đơn giản để kiểm tra thời gian la bàn ta xem thời gian thời điểm định chẳng hạn 10 sáng Tìm vị trí tốt, không bị che khuất để đặt đồng hồ Mặt trời Điều chỉnh đồng hồ Mặt trời quay kim đồng hồ vào vạch 10 sáng, giữ cố định đồng hồ Mặt trời Mỗi ngày trôi qua, Trái đất quay, ta thấy vị trí bóng thay đổi thời gian Kim đồng hồ, vật dùng để tạo bóng phải hướng Bắc Khi ta điều chỉnh đồng hồ kim hướng Bắc, cho ta biết hướng Bắc la bàn Nếu bạn có đồng hồ Mặt trời thiết lập trời, vào buổi tối nhìn theo chiều dài cạnh kim đồng hồ, ta tìm thấy vị trí Bắc cực Trên đồng hồ ta cần xác định đường Bắc-Nam dựa quan sát hoạt động Ta sử dụng la bàn để xác định phương Bắc-Nam chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 1.2 Tính toán Như nói trên, ta tính toán góc tương ứng với đường theo vĩ độ Huế Ta sử dụng công thức: tan x sin tan(15o t ) Trong 16o 40 t số trước sau vạch 12 trưa Ta có bảng tính độ chia x cho Huế nơi có vĩ độ 16o 40 Giờ 11h (1h) 10h (2h) 9h (3h) 8h (4h) 7h (5h) 6h (6h) Độ chia x 4,40 9,40 160 26,40 46,90 900 Đối với vĩ độ khác ta có phép tính tương tự Hướng dẫn làm đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo Đơn giản tự làm đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo, làm mặt đồng hồ ta không cần tính toán khoảng cách vạch Nó làm từ nhiều vật liệu khác với kích thước khác Ở ta chọn chất liệu mặt đồng hồ gỗ mỏng kích thước hình vuông 20cm 20cm dày từ 1-1,5cm Còn kim đồng hồ kim loại tương đối mỏng làm thép hợp kim.Trên gỗ làm mặt đồng hồ ta kẻ đường tròn bán kính R=8cm chia thành 24 vạch Vì chuyển động bóng kim mặt đồng hồ chuyển động khoảng cách vạch phải chia khoảng cách không phụ thuộc vào vĩ độ đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Mỗi góc có cách 150, hay nói cách khác bóng kim quay 15 Sau vạch độ chia thời gian mặt đồng hồ Ngoài ra, để cố định đồng hồ ta cần làm mặt đế gỗ mỏng có kích thước với mặt đồng hồ Mặt đồng hồ phải gắn vào đế cho mặt đồng hồ nghiêng hướng Bắc góc với vĩ độ địa lí nơi quan sát Như góc nghiêng mặt đồng hồ so với mặt ngang hay mặt đế 90o Ví dụ đồng hồ Mặt trời đặt Huế có 16o 40 90o 160 40 Mặt đồng hồ mặt đế liên kết với hai lề có thước đo độ kèm theo để cố định góc nghiêng khác di chuyển đồng hồ đến vĩ độ khác Hình 15: Mặt đồng hồ đồng hồ xích đạo Sau làm xong phần mặt đồng hồ phần đế, tiếp đến ta gắn kim cho đồng hồ Với đồng hồ kích thước 20cm 20cm chiều cao kim đông hồ vào khoảng 4-6cm kim dày 2-3mm để đảm bảo đông hồ hoạt động tốt.Và kim đồng hồ phải thỏa mãn hai điều kiện là: phải vuông góc với mặt đồng hồ (phải hướng theo trục vũ trụ) hướng Bắc Để kim vuông góc trình gắn kim vào mặt đồng hồ ta sử dụng eke để kiểm tra, để bóng kim định hướng Bắc-Nam lúc trưa ta kiểm tra la bàn, cần lưu ý bóng kim lúc 12 trưa trùng với phương BắcNam Để đảm bảo tính thẩm mỹ đồng hồ, ta dùng đề can vân gỗ giả phủ lên hai mặt đồng hồ Sau dán sơn, ta vạch mốc nói lên mặt đồng hồ Cần lưu ý rằng, mặt đế đồng hồ có đường Bắc-Nam để xác định vị trí đặt đồng hồ thiết lập Khi chế tạo xong đồng hồ ta thiết lập nó, ta lấy chuẩn để xác định thời gian xác cho bóng kim cách thiết lập đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời nêu Sau xác định xác ta cần cố định vị trí đồng hồ theo vĩ độ địa lý địa phương, nơi đặt đồng hồ Nếu muốn xác ta sử dụng la bàn để xác định vị trí đặt đồng hồ định hướng theo phương Bắc-Nam, bóng kim mặt đồng hồ Mặt trời thực địa phương KẾT LUẬN Đối chiếu với mục đích nhiệm vụ nghiên cứu kết nghiên cứu thu trình thực đề tài “Chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo chân trời” sau: Đồng hồ Mặt trời loại đồng hồ hoạt động dựa chuyển động biểu kiến mặt trời Nó dùng bóng kim đốm sáng để thời gian ngày năm Đồng hồ Mặt trời nghiên cứu sử dụng từ thời thiên văn học cổ đại hoàn chỉnh dần theo thời gian ngày Cũng loại đồng hồ khác, đồng hồ Mặt trời sử dụng để đo thời gian Đông hồ Mặt trời dụng cụ đo thời gian thiết kế cho vĩ độ định kim đồng hồ phải hướng theo trục vũ trụ Nó Mặt trời thực địa phương Muốn quy Mặt trời trung bình múi (giờ dùng sinh hoạt) ta phải hiệu chỉnh với phương trình thời gian độ kinh địa lý nơi đặt đồng hồ Có nhiều loại đồng hồ Mặt trời khác như: đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời, kiểu xích đạo, kiểu Đông-Tây, chúng thường có chung đặc điểm kim phải hướng theo trục vũ trụ, loại có vạch chia không tính toán theo công thức cụ thể cho loại Dựa vấn đề tìm hiểu đồng hồ Mặt trời ta chế tạo hai loại đồng hồ Mặt trời đơn giản đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời xích đạo Từ đồng hồ chế tạo để quan sát hoạt động nó, nhận biết thời gian, tìm vị trí Bắc cực Bên cạnh thông qua việc nghiên cứu, tìm hiểu đề tài này, em thu cho nhiều kiến thức bổ ích: Hiểu cách tổng thể đồng hồ Mặt trời nội dung liên quan tự chế tạo cho hai loại đồng hồ Mặt trời đơn giản đồng hồ kiểu chân trời xích đạo Rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo,khả thu thập, xử lý thông tin để áp dụng học tập môn vật lý việc dạy học sau Tuy nhiên Tiểu luận làm thời gian ngắn, trình tìm tài liệu gặp nhiều khó khăn hạn chế kiến thức thân nên việc trình bày không tránh khỏi sai sót nội dung Vậy em mong nhận bảo hướng dẫn thầy, góp ý bạn để em rút học kinh nghiệm để vận dụng cho sau TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thanh Bình Bài giảng thiên văn, 2005 Phạm Viết Trinh (chủ biên), Nguyễn Đình Noãn Giáo trình thiên văn, Nhà xuất Giáo dục, 2007 [...]... gian trên đồng hồ Mặt trời Lý do phổ biến nhất cho một đồng hồ Mặt trời dẫn đến sự khác biệt lớn với đồng hồ thời gian là đồng hồ Mặt trời vẫn chưa được định hướng một cách chính xác hoặc vạch chia giờ của nó đã không được đưa ra một cách chính xác Ví dụ, hầu hết đồng hồ Mặt trời thương mại được thiết kế như đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời như mô tả ở trên Để được chính xác, đồng hồ Mặt trời đã phải... làm đồng hồ cần có tính toán để khắc được các vạch giờ 2.2.2 Ưu điểm Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời thì bóng kim luôn ở trên mặt của đồng hồ và không phụ thuộc như đồng hồ xích đạo Và ưu điểm hàng đầu của đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời là nó đọc rất dễ dàng, Mặt trời chiếu sáng mặt đồng hồ trong suốt cả năm Tất cả các vạch chia giờ giao nhau tại điểm mà kim giao với mặt phẳng nằm ngang 3 Đồng hồ Mặt. .. của kim đổ trên mặt đĩa 1.2.2 Ưu điểm Đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo do có mặt đồng hồ song song vơi mặt phẳng xích đạo trời, nên bóng kim di chuyển đều trên mặt đồng hồ Do đó khoảng cách giữa các vạch giờ đều nhau, mỗi giờ tương ứng với 15 o Trong việc chế tạo sẽ dễ dàng hơn vì không cần tính toán phức tạp 2 Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời 2.1 Đặc điểm Hình 6: Đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời ở Minnesota... mặt đồng hồ Ngoài ra, để cố định đồng hồ ta cần làm một mặt đế cũng bằng gỗ mỏng và có cùng kích thước với mặt đồng hồ Mặt đồng hồ phải gắn vào đế sao cho mặt đồng hồ nghiêng về hướng Bắc một góc bằng với vĩ độ địa lí tại nơi quan sát Như vậy góc nghiêng của mặt đồng hồ so với mặt ngang hay mặt đế là 90o Ví dụ như đồng hồ Mặt trời được đặt tại Huế có 16o 40 thì 90o 160 40 Mặt đồng. .. Chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu xích đạo và chân trời như sau: Đồng hồ Mặt trời là loại đồng hồ hoạt động dựa trên chuyển động biểu kiến của mặt trời Nó có thể dùng bóng kim hoặc đốm sáng để chỉ thời gian của các ngày trong năm Đồng hồ Mặt trời đã được nghiên cứu và sử dụng từ thời thiên văn học cổ đại và được hoàn chỉnh dần theo thời gian cho tới ngày nay Cũng như các loại đồng hồ khác, đồng hồ Mặt. .. Bắc và góc với mặt phẳng ngang sẽ bằng vĩ độ địa lý tại nơi đặt đồng hồ 3.2 Ưu nhược điểm Cũng như đồng hồ chân trời, đồng hồ Đông-Tây cũng có khoảng cách giữ các vạch chia giờ không đều nhau do bóng của mặt trời quay không đều và khoảng cách đó phụ thuộc vĩ độ địa lí tạ nơi đặt đồng hồ 4 Đồng hồ Mặt trời cực Hình 10: Đồng hồ Mặt trời cực tại Melbourne Planetarium Trong đồng hồ cực, mặt phẳng nhận... một đồng hồ Mặt trời cũ cần được hiệu chỉnh bằng cách áp dụng phương trình thời gian của ngày nay, không phải là cùng một giai đoạn khi đồng hồ đã được làm Trong một số đồng hồ Mặt trời, phương trình điều chỉnh thời gian được cung cấp dưới dạng một tấm bảng gắn liền với đồng hồ mặt trời Trong nhiều đồng hồ Mặt trời phức tạp thì phương trình có thể được kết hợp tự động Ví dụ, một số cung đồng hồ Mặt trời. .. đặt cách đều nhau, như đồng hồ kiểu xích đạo; đồng hồ Mặt trời có góc đều nhau Đây là nguyên tắc đằng sau những vòng hình cầu và đồng hồ Mặt trời vòng xích đạo Tuy nhiên, một số đồng hồ Mặt trời có góc đều nhau như đồng hồ Lambert được dựa trên các nguyên tắc khác Trong đồng hồ Mặt trời vòng xích đạo, các kim là một thanh, khe hẹp hoặc dây kéo dài song song với trục vũ trụ Các mặt là một hình bán nguyệt,... can vân gỗ phủ vân gỗ giả lên mặt gỗ để tạo cho mặt đồng hồ màu sắc và vân gỗ sống động Sau khi dán hoặc sơn cho mặt đồng hồ xong, bước tiếp theo là vạch các mốc giờ cho đồng hồ sao cho chính xác Ngoài ra ta cũng cắt một đoạn gỗ hình chữ nhật để làm chân của đồng hồ Hình 14: Hướng dẫn chế tạo đồng hồ Mặt trời kiểu chân trời Sau khi làm xong đồng hồ Mặt trời, ta sẽ thiết lập nó Một cách thiết lập đơn... hồ Mặt trời kiểu Đông Tây 3.1 Đặc điểm Ở các vùng vĩ độ địa lý bé kiểu đồng hồ chân trời bất tiện, người ta có thể dùng đồng hồ Mặt trời kiểu Đông-Tây Loại đồng hồ kim vẫn hướng theo trục vũ trụ mặt đồng hồ là mặt thẳng đứng theo hướng Đông-Tây Kim đồng hồ hợp với mặt một góc 90o Hình 8: Hai đồng hồ thẳng đứng tại Houghton sảnh Norfolk UK (52°49'39"N; 0°39'27" E) Độ chia của loại đồng hồ này cũng ... trời sớm biết đến từ liệu khảo cổ cột hình tháp (3500 TCN) đồng hồ bóng (1500 TCN) từ thiên văn học Ai Cập thiên văn học Babylon cổ đại Có lẽ, người có khái niện thời gian vào ngày sớm hơn, điều... Ahaz" đề cập Isaiah 38: II Kings Các nhà văn La Mã cho biết danh sách đồng hồ bóng đồng hồ biết đến thời điểm Nhà thiên văn học người Ý Giovanni Padovani xuất luận án đồng hồ Mặt trời năm 1570, ông... trời kiểu chân trời 1.1 Hướng dẫn Để tự tạo cho sản phẩm thiên văn phục vụ mục đích thực hành quan sát hay kiểm chứng nguyên lí, tượng thiên văn trước hết bạn cần xác định kích thước chất liệu để