El reloj solar

Por Luis Bérriz

 

 

Desde la antigüedad, el reloj solar no ha dejado de ser un instrumento útil y curioso.

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Además de su valor estético, tiene un gran valor cultural, pues con un diseño adecuado es posible conocer, por ejemplo, las horas de salida y puesta del Sol para cualquier día del año; la duración del día y la noche; a qué hora, según la fecha, le incide la radiación solar directa a cada pared según su orientación norte, sur, este u oeste, e incluso la posición del Sol en cualquier hora y día del año, ya sea por el día o por la noche.

Permite además conocer la latitud local y la orientación, ya que un reloj solar indica la posición de la Estrella Polar y como se sabe, esta estrella está situada en el norte polar y el ángulo que forma su dirección con el plano horizontal tiene el valor de la latitud del lugar donde se mira.

El reloj solar puede tener diferentes formas, pero los más comunes son los que se construyen sobre superficies planas verticales, horizontales o inclinadas. Pueden instalarse sobre superficies curvas e irregulares e incluso, dentro de un salón cerrado. En este último caso no sería la sombra la que indicaría la hora, sino un rayo solar que se dejara entrar al salón. Un reloj solar puede diseñarse también para que cumpla alguna curiosa función, tal como hacer sonar campanas o disparar un cañón a horas determinadas.

Cómo funciona un reloj solar

Desde que uno es niño se da cuenta que la sombra de un árbol, un poste o cualquier objeto expuesto al Sol, "camina", esto es, cambia su posición con el tiempo al igual que un rayo de luz solar que entra en la casa.

Se observa también que el rayo y las sombras, varían su trayectoria con la época del año. O sea, que mientras a fines de junio, en Cuba, el Sol está al mediodía encima de nosotros, a fines de diciembre, también al mediodía, el Sol está inclinado casi 45°.

Esta variación de la posición del Sol al mediodía, relativa a la época del año se llama "declinación del Sol" y se debe a que el eje de rotación de la Tierra está inclinado con relación al plano de traslación de ésta alrededor del Sol. Este efecto depende también de la distancia de cada país al ecuador, o sea, de su latitud.

Ya hace mucho tiempo que se sabe que la Tierra da una vuelta completa alrededor del Sol cada año y gira alrededor de su eje de rotación llamado eje polar, con velocidad constante. Esta rotación de la Tierra hace aparentar a sus habitantes que el Sol le da una vuelta a la misma cada 24 h o un día solar. Como una vuelta completa significa 360°, cada hora corresponde a un ángulo de rotación de 15°.

Así, la superficie de la Tierra queda dividida por meridianos que definen los 24 husos horarios; se toma como inicial el llamado meridiano de Greenwich, llamado así porque pasa por el Real Observatorio de Greenwich, al este de Londres. Cada uno de estos husos corresponde a un ángulo de rotación de la Tierra de 150, o a 1 h, y en cada uno de ellos se toma como hora única de referencia la del mencionado meridiano universal o de Greenwich, aumentada o disminuida, según el caso, por un número entero de horas, manteniéndose los mismos minutos y segundos.

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Reloj solar de la Ciudad

Escolar "Camilo Cienfuegos",

en la provincia Granma

Cada país asume de esta forma, como "hora legal", la hora civil del huso donde esté situado. La hora civil de Cuba toma como referencia el meridiano 75 o meridiano de Yateras, y pasa por la provincia de Guantánamo.

En realidad no todos los días del año tienen la misma duración, ya que la Tierra gira alrededor del Sol con una trayectoria elíptica y no circular; además, el Sol está colocado en uno de sus focos por lo que la distancia entre éste y la Tierra varía con el año y porque el eje de giro de la Tierra no es perpendicular a su plano de rotación alrededor del Sol, llamado plano de la eclíptica. Se le da este nombre porque en este plano deben coincidir el Sol, la Luna y la Tierra para que ocurran los eclipses.

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Rotación de la Tierra alrededor del Sol

Por las razones antes mencionadas, existe una diferencia entre el "tiempo civil" (que supone que todos los días tienen igual duración) y el "tiempo verdadero". Esta diferencia es llamada ecuación del tiempo. En el figura 1 se representa la ecuación del tiempo, o sea, la variación de esta diferencia (en minutos), en dependencia del día del año.

La ecuación del tiempo tiene valores nulos el 16 de abril, el 15 de junio, el 1ro. de septiembre y el 26 de diciembre; un máximo valor de 16 min, 22 s el 3 de noviembre y un valor mínimo de menos 14 min y 17 s, el 11 de febrero.

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                                        Gráfico de la ecuación del tiempo

Por lo que se ha expuesto, se comprende que un reloj solar brinda la hora solar verdadera y que para llevarla a la hora oficial es necesario efectuar la siguiente corrección:

Todos los relojes solares tienen marcados los husos horarios o líneas que dan la hora solar, la que está determinada en cada momento por la sombra, sobre la superficie del reloj, de una varilla llamada gnomon. Algunos relojes tienen también las líneas que determinan el día del año.

Un reloj solar muy interesante es el construido en el Centro de Investigaciones de Energía Solar de Santiago de Cuba. Este reloj se caracteriza por estar formado por un sector circular que permite ver la hora y el día del año por la sombra que proyecta sobre su superficie la pequeña esfera colocada en el centro.

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                                     Desarrollo de la superficia cilíndrica del reloj solar

En la figura 2 aparece un ejemplo de este tipo de reloj, calculado para la Ciudad de La Habana, situado a una latitud de 230 N, y una longitud de 82,30 O.

Las líneas verticales marcadas de 6 a 18 que se ven en el gráfico (se pueden ver también en la fotografía del reloj del CIES en Santiago de Cuba) son los husos horarios, por medio de los cuales se determina la hora solar en dependencia de dónde se proyecte la sombra de la bolita.

Las líneas que se ven horizontales en el gráfico, determinan la fecha. La línea horizontal inferior (la más larga) es la del día 21 de junio, día del solsticio de verano y la superior (la más corta) es la del 22 de diciembre, día del solsticio de invierno.

En este ejemplo, la sombra indica el día 1ro. de mayo a las 10 de la mañana hora solar. Para conocer la hora oficial es necesario sumar una hora por el horario de verano, sumar también 29 min para corregir la diferencia entre el meridiano de Yateras (meridiano 75, tomado como meridiano oficial de Cuba) y el meridiano de La Habana (82,3).

Por último, deben sumarse
3 min como corrección de la ecuación del tiempo para ese día. Entonces, todos los relojes en Cuba deben marcar en ese momento, las once y treinta y dos de la mañana, hora oficial de verano.

El reloj solar de la Plaza Martiana, de Las Tunas, también construido sobre una superficie horizontal, es posiblemente, de los construidos en Cuba, el de mayor originalidad, pues el Sol va indicando, con su cambio de declinación según el día del año, los hechos biográficos más significativos en la vida de José Martí. Pero el elemento más interesante de este reloj es que cada 19 de mayo, a las dos y media de la tarde (hora en que cayó el Apóstol), la luz solar reflejada por un espejo ilumina el semblante del Maestro, recordando su deseo de morir de cara al Sol.

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           Reloj solar del Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES) en Santiago de Cuba

Existen miles de ejemplos de relojes solares en todo el mundo que son mirados con curiosidad por la variedad de sus formas y diseños. También, los materiales utilizados para la construcción de relojes solares pueden ser muchos y variados, tales como: metales, piedras (granito, mármol, etc.), pinturas y hasta plantas ornamentales que alegran un jardín por el colorido de sus hojas o sus flores.

La proliferación de los relojes solares por las ciudades, parques y edificios, además de alegrar el contorno, enriquecen la cultura solar de los pueblos.

T0 = TS - ET + TL + TV [horas]

donde:

T0: Hora oficial, dada por los relojes normales (en horas y minutos).

TS: Hora solar, medida por el reloj solar (en horas y minutos).

ET: Ecuación del tiempo (en minutos).

TL: Corrección que hay que efectuar por la diferencia entre la longitud local y la longitud del huso horario tomado como referencia para la determinación de la hora oficial. Como cada grado de diferencia equivale a 4 minutos, esta corrección se determina por:

          TL = 4 (longitud local-longitud del huso horario) (minutos) TV: Corrección temporal              que hay que   efectuar donde se adopte la "hora de verano" (una hora).

Celebrado el Tercer Concurso Provincial del PAEME

El pasado 27 de abril se celebró en el Círculo Social Obrero Gerardo Abreu Fontán, al oeste de esta ciudad, el Tercer Concurso Provincial del PAEME (Programa de Ahorro de Energía del Ministerio de Educación) con la participación de estudiantes y profesores de enseñanza primaria, secundaria y media superior. Además de niños y educadores de círculos infantiles.

En éste se concursó en las modalidades de canción, dramatizado, dibujo, cuento, poesía e investigación. Además de los premios del jurado la revista Energía y tú otorgó premios en las categorías de dibujo, investigación y poesía; además de una mención en la modalidad de cuento. Algunos de los trabajos serán publicados en próximos números.

Reportaron: Albán Henríquez y Felix Valdés (CUBASOLAR Habana)