SEARA DA CIÊNCIA
ASTRONOMIA
Construindo um Relógio Solar
Descrição
O relógio de sol é, provavelmente, a forma mais
antiga de se medir o tempo. Ele utiliza o
movimento aparente do Sol que surge pela
manhã no Leste e desaparece, à tarde, no
Oeste.
Nessa versão super simples, ele será apenas
uma haste vertical sobre uma prancha
horizontal. A ponta da sombra da haste serve
para indicar a hora do dia. Vamos descrever
dois projetos de relógio solar, o primeiro bem
simples e o outro um pouco mais elaborado e
preciso.
1) Esse relógio é feito com uma base plana no
centro da qual é fixada uma haste fina e vertical.
Leve o conjunto para um local ensolarado e use
um nível e uma linha de prumo para garantir que
a haste está na vertical. As dimensões da base
e da haste ficam a seu critério. Uma haste de 30
centímetros é suficiente. O tamanho da base
deve ser tal que contenha a sombra completa da
haste para todas as horas do dia, de preferência
de 6 às 18 horas
Use um relógio comum para calibrar seu relógio
de Sol. Ajuste esse relógio pela hora oficial.
Comece cedo e marque a posição da ponta da sombra da haste para cada
hora completa. No exemplo da figura, foram marcados os pontos de 7 às 17
horas pois as sombras das 6 e 18 horas foram longas demais para o tamanho
da base. Observe que a sombra é mínima perto do meio dia. A direção dessa
sombra mínima indica a direção do meridiano do local, isto é, a direção NorteSul. Não é exatamente ao meio dia porque a hora oficial não coincide
exatamente com a hora solar.
Esse relógio é muito fácil de fazer e calibrar mas é
limitado pois só serve para uns poucos dias depois
da calibração. Alguns dias depois, as linhas das
horas vão mudar de direção e o relógio vai marcar
horas erradas. A figura ilustra como a linha das 13
horas muda de Junho a Dezembro, por exemplo.
Esse problema pode ser resolvido, como veremos
na descrição do relógio mais elaborado, descrito a
seguir.
2) Para que o relógio solar funcione durante todo o
ano, a calibração precisaria ser mais demorada,
levando pelo menos 3 meses. No exemplo da
figura, os pontos foram marcados de dezembro a
março. A cada dia 22, por exemplo, são obtidas as
marcas das pontas da sombra da haste que deverá
ficar na mesma posição durante todos esse tempo.
Ligando esses pontos por curvas, como vemos na
figura, obtêm-se as linhas referentes a cada hora.
No exemplo dessa figura, vemos o resultado que
seria obtido por alguém que mora na linha do
equador. Para outras latitudes, a disposição das
curvas será diferente.
Como esse processo é demorado e trabalhoso, é
melhor usar uma outra geometria para o relógio
que permite fazer a calibração em apenas um dia
Nessa variação, a origem das retas que indicam
as horas não coincide mais com a base da haste
vertical. Essa origem será deslocada para uma
posição na linha do meridiano onde o ângulo entre
a horizontal e a linha que vai até o topo da haste é
exatamente a latitude do local onde está o relógio
(veja a figura). Por exemplo, em Porto Alegre esse
ângulo será de 30o, aproximadamente. Agora,
basta marcar os pontos para cada hora e ligá-los
à origem. Desse modo, o relógio estará calibrado
para todo o ano.
Outra geometria muito usada é ilustrada ao lado.
Nesse caso, a haste está inclinada formando um
ângulo com a horizontal igual à latitude do lugar.
O mostrador das horas é uma prancha
perpendicular à haste onde são traçadas as linhas
das horas. Também nesse caso, basta marcar os
pontos em um único dia. Como o Sol estará 6
meses de cada lado da prancha, cada lado do
mostrador servirá por um semestre. A calibração deve ser feita, portanto, em
dois dias do ano, separados por cerca de 6 meses.
Análise
Esses projetos de relógio de sol são relativamente simples mas servem para
ilustrar a regularidade dos movimentos aparentes do Sol em torno da Terra,
segundo o velho, errado, mas ainda útil modelo de Ptolomeu. Outros projetos
mais elaborados e precisos podem ser encontrados nos seguintes locais da
internet e nos links que eles indicam:
Relógio de Sol.
Relógio Solar.
A Terra gira em torno de seu próprio eixo polar
Norte-Sul, dando origem à sucessão de dias e
noites. E gira em torno do Sol dando uma volta
completa em um ano. Entretanto, a linha N-S
não é perpendicular ao plano da órbita da Terra:
faz com ela um ângulo de 23o,
aproximadamente. Por causa dessa inclinação,
os dias são mais longos que as noites em
Dezembro para habitantes do hemisfério Sul,
como nós, brasileiros. Dezembro, portanto, é o
nosso verão. Para o pessoal do hemisfério
Norte, é o contrário: Dezembro é inverno e os
dias são mais curtos que as noites. Em Junho é o inverso: inverno para nós e
verão para eles. Em Dezembro, há um dia em que a duração da noite é
mínima, para nós. Em Junho, há um dia em que é máxima. São os "solstícios".
Em Março e Setembro existe um dia no qual o dia e a noite duram o mesmo
para qualquer local da Terra. São os "equinócios".
Para quem mora em Fortaleza, com latitude de 4o, aproximadamente, há dois
dias (em Março e Setembro), próximos dos equinócios, nos quais o Sol fica
exatamente na vertical, ao meio dia. Nesses dias, a haste vertical não tem
sombra. Isso, porém, nunca acontece em Porto Alegre, onde a latitude é 30o,
aproximadamente. Como essa latitude é maior que 23o, o Sol nunca fica
exatamente sobre a cabeça dos gaúchos.
Material
Depende de quanto você quer que seu relógio dure. Se for só para mostrar na
Feira, pode ser de madeira, tanto a base quanto a haste. Se quiser algo mais
duradouro use metal (latão é ótimo pois não enferruja).
Dicas
Use protetor solar, chapéu e óculos escuros quando for calibrar seu relógio.
Evite uma insolação.
Não se limite a mostrar seu relógio na Feira. Leve modelos do Sol e da Terra
para ilustrar os movimentos que dão origem aos dias e às estações. Aproveite
para ensinar o que são a latitude, a longitude e a inclinação do eixo polar com o
plano da órbita (a "eclíptica").
Se possível leve um GPS para tornar sua exposição mais avançadinha
tecnologicamente.