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Scale rotazionali
LUOGO | DATA | ALBA | TRAMONTO | DURATA |
---|---|---|---|---|
I Greci ed i Romani dividevano in 12 parti uguali l'arco diurno percorso dal
Sole, ottenendo così ore di diversa durata a seconda del giorno dell'anno,
le ore temporarie. Alla latitudine di Roma l'ora invernale diurna durava
circa 45 minuti e l'ora estiva circa 75 (con riferimento, ovviamente, ai nostri
attuali minuti). Gli apparecchi usati per misurarle erano il Polos e lo Gnomone.
Il Polos è una specie di tazza semisferica sulla quale si proietta
l'ombra di uno stilo orizzontale.
Durante il giorno il vertice dell'ombra traccia un
cammino arcuato che è la proiezione dell'arco diurno percorso dal Sole
in cielo.
Lo strumento porta incisi i percorsi diurni dell'ombra per alcuni giorni
dell'anno, solitamente gli equinozi ed i solstizi. Questi archi sono divisi in
parti ugauli da altri archi appartenenti a circoli meridiani convergenti nel
piede dello stilo: le linee orarie.
Il Polos della figura è conservato a Roma, in Vaticano.
Si riconoscono 11 linee
orarie e 7 percorsi diurni, corrispondenti a ciascun mese dell'anno. I mesi
simmetrici, rispetto ai solstizi, sono rapprentati dallo stesso percorso, in
quanto il Sole assume gli stessi valori di
declinazione: Maggio e Luglio, Novembre e Gennaio ecc.
Con lo Gnomone l'ora temporaria può
essere ricavata misurando la lunghezza dell'ombra proiettata. La lunghezza
è diversa non solo ad ore diverse dello stesso giorno, ma anche alla
stessa ora di giorni diversi, per cui era necessario corredare lo strumento
con tabelle di lunghezze, come quelle che troviamo nell' "Opus Agriculturae"
dell'agronomo romano Palladio.
L'ora VI coincideva con l'ombra più corta della giornata e corrispondeva
alla culminazione del Sole, il nostro mezzogiorno.
Una scala più uniforme venne ottenuta dividendo in 24 parti uguali
il tempo che intercorre tra due culminazioni successive del Sole, il giorno
solare vero. Le ore così definite sono quasi uguali in tutti i giorni
dell'anno ed hanno circa la stessa durata delle nostre. Vennero chiamate ore
equinoziali perchè coincidono con le temporarie agli equinozi, quando
l'arco diurno del Sole è uguale a quello notturno. Gli strumenti che le
misurano sono, da una parte gli astrolabi e le armille utilizzate solo dagli
astronomi, e dall'altra le meridiane, veri e propri orologi pubblici che, dalla
fine del XV secolo, sono presenti in tutta Europa. Il termine meridiana
è
errato, sarebbe meglio chiamarli orologi solari perchè solo alcuni di
essi sono meridane, cioè quelli che indicano quando il Sole si trova in
meridiano. Tuttavia in Italia ed in Toscana in particolare, si usa il termine
meridiana per indicare un qualsiasi orologio solare.
Il principio di funzionamento della meridiana era sicuramente noto anche ai
tempi di Tolomeo, ma non fu utilizzato, fuori dall'ambito strettamente
astronomico, perchè in quelle società le ore uguali non erano
richieste. Le ore uguali vengono introdotte negli usi civili dalle
società mercantili del basso medioevo, quando il tempo di produzione
delle merci viene incorporato, come valore aggiunto, nel loro costo.
In un giorno vi sono 24 ore, in un'ora 60 minuti ed in un minuto 60 secondi.
Quindi in un giorno 60X60X24 = 86.400 secondi. Se definiamo il secondo come la
86.400-esima parte del giorno solare vero, l'unità definita il 1 Dicembre
risulterà più corta di quella definita alla fine del mese.
Con la rivoluzione industriale esigenze civili e tecnico-scientifiche impongono
che il secondo sia rigorosamente costante. Nel 1700 viene introdotto, anche
nella vita civile, un artificio astronomico-matematico: il
Sole medio.
Si tratta di un corpo fittizio che percorre l'equatore celeste con
velocità angolare costante, nello stesso tempo in cui il Sole vero
percorre l'eclittica.
L'angolo orario del sole medio, contato a partire dall'antimeridiano locale,
prende il nome di Tempo Solare Medio. Tra tempo solare vero e tempo
solare medio vi è una differenza che varia di giorno in giorno, con il
sole vero che talvolta segue e talvolta precede il sole medio. Questa
differenza prende il nome di Equazione del tempo
e può essere calcolata dagli elementi orbitali della Terra, per ogni
giorno dell'anno.
Il tempo solare medio è un tempo locale e quindi dipende dalla
longitudine dell'osservatore; sono sufficienti pochi chilometri per avere
differenze apprezzabili. La tabella dà il tempo solare vero locale (TSVL)
e quello medio locale (TSML) per Firenze ed Arezzo, nello stesso istante del 26
Novembre 1998, quando gli orologi segnavano le ore 12:00.
Per ovviare a ciò la Terra è stata divisa in 24 spicchi meridiani
chiamati Fusi Orari. Si è definito
Tempo Civile di ogni luogo all'interno del fuso, il tempo solare
medio, misurato lungo il meridiano centrale del fuso. La differenza tra i
tempi locali di due luoghi è pari alla differenza delle loro longitudini,
espresse in ore, minuti e secondi di tempo. La tabella indica la differenza di
21 secondi tra i tempi locali di Firenze ed Arezzo. Questo valore deriva dalle
loro longitudini; Firenze 11° 15' 19" Est, Arezzo 11° 45' Est.
HORA
LUNGHEZZA
Entrambi questi strumenti cessavano di funzionare, se trasportati in luoghi a
latitudine diversa da quella per la quale erano stati costruiti o calcolati. I
Romani, per molto tempo, non ne capirono la teoria e continuarono a lamentarsi
che i Polos, accumolati nel foro e provenienti da luoghi diversi, a seguito
delle campagne militari, non andavano d'accordo!!
Nell'orologio solare la lancetta è data dall'ombra di uno stilo parallelo
all'asse della Terra. La direzione dell'ombra di uno stilo parallelo
all'asse della Terra, raccolta su una superfice qualsiasi, è sempre la
stessa per uguali valori dell'angolo orario del
Sole, in qualunque giorno dell'anno.
Ma anche le ore equinoziali non costituiscono una scala uniforme, in quanto il
giorno solare vero non è costante, a causa dell'
eccentricità dell'orbita terrestre e dell'inclinazione dell'asse di
rotazione sul piano orbitale.
Consideriamo a mò di esempio i tempi di culminazione (il mezzogiorno
solare vero locale) a Firenze in due giorni del Dicembre 1998.
DATA
MEZZOGIORNO VERO
TEMPO INTERCORRENTE
La diversa durata del giorno solare vero era già nota agli astronomi greci
che la deducevano dalla diversa durata delle stagioni.
STAGIONE
DURATA
LUOGO
TSVL
TSML
A dispetto delle definizioni il tempo universale non viene misurato
direttamente; non è facile misurare la posizione del Sole con grande
precisione, dal momento che non è non è un oggetto puntiforme.
Si preferisce determinare (usando particolari canocchiali chiamati strumenti
dei passaggi) l'istante esatto della culminazione meridiana di alcune stelle
di cui si conoscono, con grande esattezza, le coordinate
equatoriali che vengono corrette per la precessione
ed altri effetti minori. Alla culminazione l'angolo orario di un corpo
celeste è nullo e la sua ascensione retta è uguale al
tempo siderale locale. Da questo
si ricava poi, con il calcolo, il tempo universale. Il tempo universale è strettamente legato al tempo siderale e fornisce la posizione della Terra rispetto alla stelle. La sua conoscenza è essenziale in Geofisica, Topografia, Navigazione marittima e spaziale. |
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