Οι αρχαίοι πολιτισμοί στηρίχθηκαν στην προφανή περιοδική κίνηση ουράνιων σωμάτων όπως του Ηλίου, της Σελήνης και των άστρων, για να καθορίσουν την ημέρα, τους μήνες, τις εποχές και τα έτη, δημιουργώντας έτσι το ημερολόγιο. Το ημερολόγιο πληροφορούσε τους ανθρώπους πότε έπρεπε να γίνουν συγκεκριμένες αγροτικές εργασίες και καθορισμένες θρησκευτικές γιορτές, απαράλλαχτα όπως συμβαίνει και σήμερα…

Το ρολόι Γη

Λίθινες κατασκευές στο υπαίθριο αστεροσκοπείο του 18ου αιώνα στην Τζαϊπούρ της Ινδίας, που σκοπό είχαν τον εντοπισμό των θέσεων Ηλίου, της Σελήνης, των πλανητών και των άστρων.

Η καθορισμός της διάρκειας ημέρας προφανώς βασίστηκε στην εναλλαγή μέρας-νύχτας, δηλαδή του φωτεινού τμήματος της ημέρας και του σκοτεινού της αντίστοιχα, και στη σύνδεση του φαινομένου αυτού με την παρουσία ή όχι του Ηλίου…

Μέρα και νύχτα

Φαίνεται ότι η ανάπτυξη της γεωργίας είχε οδηγήσει τον προϊστορικό άνθρωπο 7000 χρόνια π.Χ. στη γνώση της ύπαρξης των εποχών και στην ανακάλυψη του έτους. Για παράδειγμα, οι ιθαγενείς της φυλής Τουνάκο στη Βραζιλία υπολογίζουν τις εποχές παρατηρώντας τον αστερισμό των Πλειάδων (Πούλια). Έτσι, όταν ο αστερισμός χάνεται κάτω από τον ορίζοντα αμέσως μετά από το ηλιοβασίλεμα, ξέρουν ότι είναι η εποχή της σποράς, επειδή θα αρχίσουν οι εποχιακές βροχές.

Το μεγαλιθικό μνημείο του Στόουνχεντζ στην Αγγλία έδειχνε εδώ και 3500 χρόνια την έναρξη των εποχών του έτους.

Εποχές και έτος

Στην αρχαία Αίγυπτο παρατήρησαν ότι η ευεργετική ετήσια πλημμύρα του ποταμού Νείλου, που άρδευε τους αγρούς και τους λίπαινε με τη λάσπη του, συνέπιπτε με την εμφάνιση του λαμπρού αστέρα Σείριου (ο θεός Σώθις) ακριβώς λίγο πριν την ανατολή του Ηλίου. Κάτι που συνέβαινε κάθε 365 ημέρες…Έτσι οι Αιγύπτιοι επινόησαν το έτος των 365 ημερών, που φαίνεται ότι εφήρμοσαν από το 4236 π.Χ.!

Εποχές και έτος

Αεροφωτογραφία του Δέλτα του ποταμού Νείλου.

Ο μήνας και πιθανόν η εβδομάδα προέρχονται από τις φάσεις της Σελήνης. Η περιοδική επανάληψη των μεταμορφώσεών της 13 περίπου φορές σε ένα έτος, οδήγησε στην αίσθηση του μήνα και από εκεί στον υπολογισμό ότι ένας (σεληνιακός) μήνας αποτελείται από 29,5 ημέρες. Και σήμερα, η ημερομηνία εορτασμού της Ανάστασης (Ορθόδοξο Πάσχα) καθορίζεται την πρώτη Κυριακή, μετά την πρώτη Πανσέληνο, μετά την εαρινή Ισημερία (21 Μαρτίου).

Οι Σουμέριοι και οι Βαβυλώνιοι 5000 χρόνια πριν βάσιζαν το ημερόλoγιό τους στις φάσεις της Σελήνης.

Φάσεις της Σελήνη και μήνας

Νέα Σελήνη Πρώτο Τέταρτο Πανσέληνος Τελευταίο Τέταρτο Νέα Σελήνη

Οι Βαβυλώνιοι πρώτοι όρισαν ως αρχή της ημέρας την ανατολή του Ηλίου. Διαίρεσαν την ημέρα σε 24 ίσα μέρη, τις ώρες. Την κάθε ώρα διαίρεσαν σε 60 ίσα μέρη και κάθε τέτοια υποδιαίρεση σε 60 μικρότερες υποδιαιρέσεις – ό,τι σήμερα ονομάζουμε, αντίστοιχα, πρώτα λεπτά και δευτερόλεπτα της ώρας.Η λέξη “ώρα” και οι αντίστοιχες λέξεις “hora” στη λατινική, ”hour” στην αγγλική κλπ. προέρχονται από την αρχαία αιγυπτιακή λέξη hor ή har, που σημαίνει «η διάβαση του Ηλίου».

Ώρες, λεπτά, δευτερόλεπτα

Και επειδή για τον προϊστορικό άνθρωπο και όλους τους αρχαίους λαούς τα ουράνια σώματα ήταν εκφάνσεις των θεών, οι πρώτοι αστρονόμοι και «χρονομέτρες» ήταν οι ιερείς…Η αρχαία αιγυπτιακή λέξη για την “ώρα” είναι wnwt, που σημαίνει επίσης τα «ιερατικά καθήκοντα»…Και φυσικά οι ώρες της ημέρας καθορίζονταν από την πορεία του θεού- Ηλίου Ρα.

Οι ιερείς- αστρονόμοι…

Εικόνα από αιγυπτιακό πάπυρο ηλικίας περίπου 3000 χρόνων όπου εμφανίζονται, ο θεός της γης Γκεμπ ξαπλωμένος και επάνω του η θεά του ουρανού Νουτ. Δεξιά και αριστερά της ταξιδεύουν σε βάρκες ο σύζυγος της Νουτ θεός- Ήλιος Ρα και ο θεός- Σελήνη Θωθ.

Για να παρακολουθούν τον Ήλιο και να ορίζουν τις ώρες, οι αρχαίοι λαοί χρησιμοποιούσαν ως κατάλληλο όργανο ένα ηλιακό ή «σκιαθηριακό» ρολόι. Τα ηλιακά ρολόγια είναι ο αρχαιότερος τύπος ρολογιών. Πιθανόν επινοήθηκαν από τους Σουμέριους, πριν 4000 χρόνια, και από αυτούς διαδόθηκαν σε όλους τους αρχαίους λαούς.

Ηλιακά ρολόγια

Παρακολουθώντας τη σκιά του κατακόρυφου ραβδιού- ηλιακού ρολογιού, αυτοί οι ιθαγενείς της νήσου Βόρνεο προσδιορίζουν τις ώρες της ημέρας και την εποχή του έτους.

ΚαλοκαίριΧειμώνας

Η ώρα στα ηλιακά ρολόγια είχε μεταβλητή διάρκεια, λόγω της διαφοράς που υπάρχει στη χρονική διάρκεια μέρας και νύχτας μεταξύ καλοκαιριού και χειμώνα. Μέχρι σχεδόν τον 14ο αιώνα μ.Χ. – όταν εφευρέθηκαν τα μηχανικά ρολόγια που έδειχναν ισόχρονες ώρες – οι ώρες του εικοσιτετραώρου χωρίζονταν σε 12 ημερήσιες ώρες, από την ανατολή μέχρι τη δύση του Ηλίου και σε 12 νυχτερινές ώρες μεταξύ της δύσης και της ανατολής του Ηλίου.

Ημερήσιες και νυχτερινές ώρες…

Το χειμώνα ο Ήλιος είναι χαμηλότερα στον ορίζοντα, ανατέλλει αργότερα και η μέρα είναι μικρότερη, απ΄ ό,τι το καλοκαίρι που ανατέλλει νωρίτερα και η μέρα είναι μεγαλύτερη.

Το σκιαθηριακό ρολόι

Το αρχαιότερο γνωστό ηλιακό ρολόι είναι αιγυπτιακό και χρονολογείται από τον 15ο αιώνα π.Χ. Ήταν φορητό, είχε σχήμα Τ, και στρεφόταν προς τον Ήλιο κατά τρόπο που η σκιά του μικρού του σκέλους, να πέφτει πάνω στο βαθμονομημένο μεγάλο σκέλος του. Η σκιά έχει ελάχιστο μήκος το μεσημέρι, όταν ο Ήλιος βρίσκεται σχεδόν κατακόρυφα πάνω από τα κεφάλια μας και το μεγαλύτερο μήκος της νωρίς το πρωί και αργά το απόγευμα.

Η συσκευή διαιρούσε την ηλιόλουστη ημέρα σε έξι πρωινές ώρες, όταν ήταν προσανατολισμένη στην κατεύθυνση ανατολή –δύση το πρωί, και έξι απογευματινές, όταν ήταν προσανατολισμένη προς τη δύση μετά το μεσημέρι.

μεσημέρι5η ώρα

1η ώρα

2η ώρα

3η ώρα

4η ώρα

Ο γνώμονας είναι ένα ηλιακό ρολόι που στηρίζεται σε ένα κατακόρυφο στύλο στερεωμένο σε οριζόντιο έδαφος. Η κίνηση της σκιάς του στύλου αναπαριστά την πορεία του Ηλίου και επιτρέπει τη διαίρεση της μέρας σε ίσα μέρη. Καθώς ο Ήλιος προχωρά από την ανατολή προς τη δύση, η σκιά του γνώμονα μετατοπίζεται αντίθετα, αλλάζοντας κατεύθυνση και μήκος.

Ο γνώμων ή γνώμοναςμεσημέρι

Ανατολή

Δύση

Βορράς

Νότος

γνώμονας

Η σκιά του γνώμονα τη στιγμή που έχουμε μεσημέρι προσδιορίζει το μεσημβρινό, δηλαδή τη διεύθυνση βορρά- νότου. Όμως, επειδή η κατεύθυνση και το μήκος της σκιάς του γνώμονα ποικίλουν ανάλογα με την εποχή του έτους, συντάχθηκαν πίνακες από τους οποίους βρίσκεται απευθείας από το μήκος της σκιάς την αντίστοιχη ώρα, για κάθε ημέρα του έτους.Πρώτος συντάκτης τέτοιων πινάκων ήταν ο Έλληνας αστρονόμος Ίππαρχος, από τον 2ο αιώνα π.Χ.

Β

Ν

Α Δ

Ν

Α Δ

ΒΤο χειμώνα ο Ήλιος είναι χαμηλότερα στον ορίζοντα (ανατέλλει αργότερα, μικρότερη μέρα) απ΄ ό,τι το καλοκαίρι (μεγαλύτερη μέρα).

Βορράς

ΝότοςΔύση

Ανατολή

μεσημέρι

γνώμοναςΉλιος ορίζοντας

Ο γνώμων ή γνώμονας

Οβελίσκοι…

Γνώμονες ήταν και οι αρχαίοι αιγυπτιακοί οβελίσκοι. Όπως ο οβελίσκος του Καρνάκ στo Λούξορ της Αιγύπτου, που στήθηκε τον 1470 π.Χ., έχει ύψος 29,5 μέτρα και ρίχνει τη σκιά του στα ερείπια του ναού του Άμμωνα-Ρα, θεού του Ηλίου. Πολλοί αρχαίοι αιγυπτιακοί οβελίσκοι διακοσμούν σήμερα κεντρικές πλατείες της Ρώμης στην Ιταλία και του Παρισιού στη Γαλλία…

Αργότερα έγειραν το στύλο του γνώμονα κατά γωνία ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου όπου ήταν τοποθετημένο το ηλιακό ρολόι έτσι, ώστε να παραμένει ο δείκτης του ηλιακού ρολογιού παράλληλος προς τον άξονα του κόσμου και οι ώρες να είναι ίσες όλες τις εποχές του έτους.

Ο γνώμων ή γνώμονας

γνώμονας

4 μ.μ.

γεωγραφικό πλάτος τόπου

μεσημβρινός τόπου

άξονας του κόσμου

12 μεσημέρι

Βορράς

Νότος

Οριζόντια και κατακόρυφα ηλιακά ρολόγια

7 π.μ.

γνώμονας

12 ½ μ.μ.

γνώμονας

Ρολόγια νερού ή υδροχρονόμετρα

Τα ηλιακά ρολόγια δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν το βράδυ και με αυτά δεν ήταν δυνατό να μετρηθούν μικρά χρονικά διαστήματα. Για το σκοπό αυτό είχε επινοηθεί το ρολόι νερού, πιθανόν 14ο αιώνα π.Χ. στην Αίγυπτο. Η λειτουργία της συσκευής στηρίζεται στη σχεδόν ισόχρονη ροή του νερού είτε από ένα δοχείο με ορισμένη ποσότητα νερού με μια μικρή τρύπα (ή λεπτό σωλήνα) κοντά στον πυθμένα είτε ανάμεσα σε δύο δοχεία τοποθετημένα σε διαφορετικά ύψη.

σωλήνας εκροής

ενδείξεις χωρητικότητας δοχείου σε νερό

Οι Έλληνες ονόμασαν αυτή τη συσκευή κλεψύδρα, δηλαδή κλέφτη του νερού, επειδή το ένα δοχείο «έκλεβε» νερό από το άλλο! Μια κλεψύδρα δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να προσδιορίσει την ώρα. Μετρούσε μόνο προκαθορισμένες μικρές χρονικές περιόδους. Με αυτό τον τρόπο μέτραγαν, λόγου χάρη, τον προκαθορισμένο χρόνο για να ψηθεί το φαγητό, μιας αγόρευσης στο δικαστήριο κλπ.

Κλεψύδρα ή κλέφτης του νερού

Οι αρχαίοι Αθηναίοι χρησιμοποιούσαν την κλεψύδρα στα δικαστήρια και στις δημόσιες ομιλίες από τον 6ο αιώνα π.Χ.

ένδειξη χωρητικότητας σε νερό: 2 χόες ή διάρκεια ροής 6 λεπτά

Κλεψύδρα ή κλέφτης του νερού

Επειδή ο ρυθμός εκροής του νερού εξαρτάται από το ύψος του νερού στο δοχείο που βρίσκεται, φανερό είναι ότι στην κλεψύδρα δεν παραμένει σταθερός καθώς το δοχείο με το νερό αδειάζει. Ο Έλληνας μηχανικός Κτησίβιος (3ος αιώνας π.Χ.) έλυσε το πρόβλημα, παρεμβάλλοντας ένα τρίτο δοχείο με ένα δεύτερο σωλήνα εκροής (υπερχειλιστήρα) έτσι τοποθετημένο, ώστε η στάθμη του νερού στο δοχείο αυτό να παραμένει συνεχώς στο ίδιο ύψος.

Η στάθμη του νερού συνεχώς ελαττώνεται

Η στάθμη του νερού παραμένει σταθερή δοχείο

παροχής νερού

δοχείοεκροής νερού

βαθμονομημένο δοχείο νερού

υπερχειλιστήρας

βαθμονομημένο τύμπανο

ροή νερού

δοχείοπαροχής νερού

υδροτροχός με πτερύγια

οδοντωτός τροχός

ωροδείκτης

σιφώνιο

υπερχει-λιστήρας

πλωτήρας

Το υδραυλικό ρολόι Στο υδραυλικό ρολόι της εικόνας, η σταθερή ροή του νερού γεμίζει

το δοχείο με τον πλωτήρα, ανυψώνοντάς τον. Ένας δείκτης προσαρμοσμένος στον πλωτήρα

δείχνει την ώρα σε ένα βαθμονομημένο τύμπανο. Τα

διαστήματα μεταξύ των γραμμών στο τύμπανο ποικίλλουν ανάλογα

με τις εποχές του έτους. Το τύμπανο στρεφόταν κάθε

ημέρα, όταν το νερό έφτανε τα μεσάνυχτα στον αγκώνα του

σιφωνίου και έπεφτε στον υδροτροχό, ο οποίος έστρεφε ένα σύστημα οδοντωτών τροχών που

περιέστρεφαν το τύμπανο των ωρών.

ξερή άμμος

ξερή άμμος

γυάλινο δοχείο

υποστήριγματρύπα

Η κλεψύδρα με άμμο ή αμμομετρικό ρολόι αποτελείται από δύο πανομοιότυπα σφαιρικά γυάλινα δοχεία που επικοινωνούν μεταξύ τους με λεπτό σωλήνα. Όταν τα δοχεία βρίσκονται σε κατακόρυφη διάταξη, από τον πάνω δοχείο πέφτει στο κάτω λεπτή ξερή άμμος και το γεμίζει σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Επινοήθηκε στη Γαλλία τον 8ο αιώνα μ.Χ. και χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα.

Κλεψύδρα με άμμο

Άλλη μέθοδος μέτρησης μικρών χρονικών διαστημάτων σε κλειστούς χώρους, από τον 9ο αιώνα μ.Χ., ήταν με το κάψιμο ενός κεριού. Λόγου χάρη ένας ομιλητής έπρεπε να τελειώσει το λόγο του μέχρι να καεί και να σβήσει το κερί…Για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα υπήρχαν λυχνάρια λαδιού.

Ρολόγια κεριού

φάλαγγα

άξονας

τροχός διαφυγής)

βαρίδι

τύμπανο

σκοινί αντίβαρου

ασφαλιστικός όνυχας

Τα μηχανικά ρολόγια

Τα μηχανικά ρολόγια επινοήθηκαν στη Δυτική Ευρώπη τον 13ο αιώνα μ.Χ. Ήταν ογκώδεις και περίπλοκες κατασκευές, αποτελούμενες από οδοντωτούς τροχούς και γρανάζια, που κινούνταν από την κατακόρυφη πτώση ενός βάρους (αντίβαρου). Μια οριζόντια ράβδος, η φάλαγγα, που ταλαντευόταν αριστερά-δεξιά έδινε μέσω άξονα σταθερό ρυθμό στον οδοντωτό τροχό διαφυγής (το γνωστό τικ-τακ) που περιέστρεφε τον ωροδείκτη. Τα ρολόγια τοποθετούνταν στα καμπαναριά των εκκλησιών και σε πύργους για να είναι ορατά απ΄ όλους. Έδειχναν ισόχρονες ώρες χωρίς μεγάλη ακρίβεια – και μέχρι ο 1670 δεν είχαν λεπτοδείκτη!

ρυθμιστικός όνυχας

ήχος

Τα μηχανικά ρολόγια

Ένα από τα πιο παλιά σωζόμενα

μηχανικά ρολόγια είναι αυτό στον

πύργο της Μητρόπολης του

Salisbury, Αγγλία. Κατασκευάστηκε

το 1386 και λειτουργεί ακόμα.

Στο μηχανισμό διαφυγής με άξονα και φάλαγγα καθώς η φάλαγγα ταλαντεύεται, ο άξονας περιστρέφεται και εμπλέκει πρώτα με τον έναν και ύστερα με τον άλλο ρυθμιστικό όνυχα τα δόντια του τροχού διαφυγής, ώστε να προχωρά ο άξονας δόντι δόντι στον τροχό.

τροχός διαφυγής

ρυθμιστικός όνυχας

όνυχας

ήχος

Ο Έλληνας ποιητής Αριστοφάνης από τον 4ο αιώνα π.Χ. είχε διατυπώσει την άποψη ότι ένα εκκρεμές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση ισόχρονων διαστημάτων. Είκοσι περίπου αιώνες αργότερα, στα 1602, ο Ιταλός επιστήμονας Γαλιλαίος οδηγήθηκε στο συμπέρασμα ότι η περίοδος ταλάντωσης ενός εκκρεμούς θα ήταν ιδανικός ρυθμιστής ισόχρονων διαστημάτων, ώστε οι δείχτες των μηχανικών ρολογιών της εποχής του να προχωρούν με σταθερό ρυθμό.

Ρολόγια με εκκρεμές

εκκρεμές

Ο Γαλιλαίος καθώς παρατηρούσε μια καντήλα να αιωρείται πέρα-δώθε στη Μητρόπολη της Πίζας, πρόσεξε πως οι αιωρήσεις γίνονταν στον ίδιο χρόνο.

Την ιδέα του Γαλιλαίου υλοποίησε το 1657 ο Ολλανδός επιστήμονας Christian Huygens. Στο εκκρεμές ρολόι τουη πέρα-δώθε κίνηση του σχήματος άγκυρας μηχανισμού διαφυγής ρυθμίζεται από το εκκρεμές, μέσω των ρυθμιστικών ονύχων που έχει στις άκρες της η άγκυρα. Ένα αντίβαρο που πέφτει, κινεί το μηχανισμό διαφυγής του ρολογιού.

λεπτοδείκτης

εκκρεμέςβάρος

(αντίβαρο)

τύμπανο

άγκυρα

τροχός διαφυγής δευτερολε-πτοδείκτης

ωροδείκτης

ρυθμιστικός όνυχας

Ρολόγια με εκκρεμές ήχος

βίντεοΔες το σχετικό βίντεο.

Ρολόγια με εκκρεμές

Η πίσω όψη του ρολογιού με εκκρεμές που σχεδίασε ο Huygens το 1673.

Το ρολόι του Huygens έχανε ένα δευτερόλεπτο κάθε τρεις ώρες λειτουργίας. Ήταν το πρώτο ρολόι ακριβείας που κατασκευάστηκε! Πριν από την εφεύρεση του εκκρεμούς λίγα ρολόγια είχαν λεπτοδείκτη, επειδή ο χρόνος που έδειχναν είχε λάθος αρκετών λεπτών της ώρας. Το ρολόι του Huygens ήταν αρκετά αξιόπιστο, ώστε να έχει λεπτοδείκτη και δευτερολεπτοδείκτη. Μέχρι να βελτιωθεί αρκετά ακόμα ο μηχανισμός διαφυγής με άγκυρα, τα ρολόγια της εποχής του δεν είχαν δευτερολεπτοδείκτη.

C. Huygens

λεπτοδείκτηςωροδείκτης

δευτερολε-πτοδείκτης

κύριο ελατήριο

κουρντιστήρι

τροχός διαφυγής

λικνοτροχός

Ρολόγια με ελατήριο

τρίχα

Ο Γερμανός κλειδαράςPeter Henlein, λίγο μετά το 1500,

αντικατέστησε με μια χαλύβδινη ταινιωτή ταινία (ελατήριο) το

αντίβαρο στο μηχανισμό κινησης των ρολογιών. Έτσι, όταν το ρολόι κουρντίζεται, αυξάνεται η δυναμική

ενέργεια του ελατηρίου, που μετατρέπεται σε κινητική καθώς εκτυλίσσεται. Ο Huygens, στο

τέλος του 17ου αιώνα, σχεδίασε το λικνοτροχό (μπαλανσιέ) με τη

ρυθμιστική σπείρα (τρίχα), που κινείται πέρα-δώθε από το ελατήριο

διαμέσου του συστήματος των οδοντωτών τροχών και του τροχού

διαφυγής.

ρυθμιστικός όνυχας

Ρολόγια με χαλαζία

Το πρώτο ρολόι με κρύσταλλο χαλαζία (quartz) κατασκευάστηκε από τον Αμερικανό ωρολογοποιό W. Α. Marrison το 1928. Σήμερα, τα ρολόγια χαλαζία είναι παντού και έχουν αντικαταστήσει τα ρολόγια με εκκρεμές. Οι μηχανισμοί χαλαζία είναι ιδιαίτερα ακριβείς. Ένα ρολόι χαλαζία, ανάλογα με το μέγεθος, τη μορφή και τη συχνότητα δόνησης του κρυστάλλου του, μπορεί να «χάνει», δηλαδή να έχει σφάλμα, ένα δευτερόλεπτο κάθε δέκα χρόνια!

QUARTZ

Στο ρολόι αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα από την μπαταρία αναγκάζει τον κρύσταλλο

χαλαζία να δονηθεί χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο. Ένας μικροεπεξεργαστής

υποβιβάζει την υψηλή συχνότητα σε έναν πολύ πιο αργό ηλεκτρικό παλμό.

Ο παλμός διαβιβάζεται στο πηνίο, όπου ενεργοποιεί έναν μικροσκοπικό

ηλεκτρομαγνήτη, ο οποίος αλλάζει πολικότητα με το ρυθμό του ηλεκτρικού

παλμού. Καθώς ο μαγνήτης μεταστρέφεται, γυρίζει πέρα-δώθε ένα

μικρό γρανάζι που ελέγχει το μηχανισμό του ρολογιού, ολοκληρώνοντας τη

μετατροπή της δόνησης (δυναμικής ενέργειας) του κρυστάλλου σε κίνηση.

Ρολόγια με χαλαζία

μπαταρία

μικροεπεξεργαστής

πηνίο

μαγνήτης

ταλαντωτής χαλαζία

Από το ηλιακό ρολόι στα χρονόμετρα ακριβείας

Περίγραψε τα κυριότερα στοιχεία που χαρακτηρίζουν το ηλιακό ρολόι, το ρολόι νερού, το ρολόι με εκκρεμές.

Ποια ονομαστά αρχαία ελληνικά ρολόγια υπάρχουν μέχρι σήμερα; Γράψε μια σύντομη εργασία για αυτά κι αν μπορείς, επισκέψου τα.

Αναζήτησε περισσότερες πληροφορίες για τα ηλιακά ρολόγια και φτιάξε το δικό σου ηλιακό ρολόι.

Περίγραψε τον τρόπο λειτουργίας του ωρολογιακού μηχανισμού που επινόησε ο Γαλιλαίος το 1641.

Ερεύνησε το ρόλο των οδοντωτών τροχών στη λειτουργία του μηχανισμού κίνησης των ρολογιών (και γενικά στις μηχανές) και γράψε μια σύντομη έκθεση με αυτό το θέμα.

τέλος προβολής Alt+F4αρχή

Οι Πλειάδες

Οι Πλειάδες (η Πούλια) βρίσκονται 400 έτη φωτός μακριά από εμάς και αποτελούν ένα σμήνος που περιλαμβάνει πάνω από 2500 άστρα. Τα 7 κύρια άστρα φαίνονται με γυμνό μάτι. Ο αρχαίος Έλληνας ποιητής Ησίοδος (8ος αιώνας π.Χ.) αναφέρει ως περίοδο θερισμού την εποχή που πρωτοεμφανίζονταν στον ουρανό οι Πλειάδες και ως χρόνο οργώματος την περίοδο λίγο μετά την παροδική εξαφάνισή τους.

Ο Σείριος

Ο Σείριος είναι το λαμπρότερο άστρο του νυχτερινού ουρανού, βρίσκεται στον αστερισμό του Μεγάλου Κυνός που περιλαμβάνει 95 άστρα και απέχει 8,6 έτη φωτός από εμάς. Είναι διπλός αστέρας, 23 φορές λαμπρότερος του Ηλίου μας και κατά τι μεγαλύτερος και θερμότερος. Η ονομασία Σείριος δηλώνει τον σπινθηροβόλο, αυτόν που καίει ή φλέγει.

Σείριος

αστερισμός Μ. Κυνός

Η εναλλαγή των εποχών

Η εναλλαγή των εποχών οφείλεται στο γεγονός ότι η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο με τον άξονά της να έχει κλίση περίπου 230. Αυτό σημαίνει ότι η Γη γέρνει προς τα πλάγια, με τον Ήλιο να μη θερμαίνει εξίσου το βόρειο και το νότιο ημισφαίριο κάθε στιγμή. Στο φαινόμενο αυτό οφείλονται οι εποχές. Και όταν το βόρειο ημισφαίριο έχει καλοκαίρι, το νότιο έχει χειμώνα και αντίστροφα. Εξαιτίας αυτής της κλίσης ο Ήλιος έρχεται πιο χαμηλά το χειμώνα και οι μέρες είναι μικρότερες, ενώ ανεβαίνει πιο ψηλά το καλοκαίρι οπότε οι μέρες είναι μεγαλύτερες.

Η ουράνια σφαίρα

Αν κοιτάξουμε το ουρανό έχουμε την εντύπωση ότι τα αστέρια βρίσκονται στο εσωτερικό μιας σφαίρας, της ουράνιας σφαίρας, που έχει σαν κέντρο τη Γη και φαίνεται να περιστρέφεται με αντίθετη από αυτή κατεύθυνση γύρω από έναν άξονα που είναι προέκταση του άξονα της Γης. Η προβολή των πόλων της Γης πάνω στην ουράνια σφαίρα είναι οι ουράνιοι πόλοι και η γραμμή που τους ενώνει είναι ο άξονας του κόσμου. Η προβολή του Ισημερινού της Γης στην ουράνια σφαίρα αποτελεί τον ουράνιο ισημερινό.

Βόρειος Πόλος του ουρανού

Νότιος Πόλος του ουρανού

Ουράνιος Ισημερινός Εκλειπτική

Άξονας του κόσμου

Ισημερινός

θερινό ηλιοστάσιο

χειμερινό ηλιοστάσιο

23,270

To εκκρεμές

Το εκκρεμές στην πιο απλή μορφή του αποτελείται από ένα μικρό βαρίδι κρεμασμένο στην άκρη μιας κλωστής. Όταν μετακινούμε το βαρίδι προς τη μια πλευρά από την κατακόρυφη θέση ισορροπίας και το αφήνουμε ελεύθερο, τότε αυτό αιωρείται πέρα-δώθε (ταλαντώνεται) από την επίδραση της βαρυτικής δύναμης. Εκκρεμή με το ίδιο μήκος στον ίδιο τόπο κάνουν ισόχρονες ταλαντώσεις, δηλαδή, έχουν την ίδια περίοδο. Περίοδος είναι ο χρόνος

που χρειάζεται ένα εκκρεμές να κάνει μια πλήρη αιώρηση.

To εκκρεμές

Στις ακραίες θέσεις αιώρησης το σφαιρίδιο του εκκρεμούς έχει τη μέγιστη δυναμική ενέργεια (Εδ) και μηδενική κινητική ενέργεια (Εκ) (ταχύτητα ίση με 0 m/s). Στη θέση ισορροπίας έχει τη μέγιστη κινητική ενέργεια και την ελάχιστη δυναμική ενέργεια.

Εκ Εδ Υψος (m)

Ταχύτητα (m/s)

θέση ισορροπίας

Οι επιστήμονες του 17ου αιώνα όρισαν, τότε, το ένα δευτερόλεπτο ως το μισό της περιόδου ενός εκκρεμούς μήκους ενός περίπου μέτρου. Έτσι, η πέρα-δώθε κίνηση του σχήματος άγκυρας μηχανισμού διαφυγής του μηχανισμού των μηχανικών ρολογιώνρυθμίζεται από το εκκρεμές, μέσω των ρυθμιστικών ονύχων που έχει στις άκρες της η άγκυρα. εκκρεμές

άγκυρα

ρυθμιστικός όνυχας

τροχός διαφυγής

Εκκρεμές δευτερολέπτου…

Ίππαρχος (190 -120 π.Χ.)

Γεννήθηκε στη Βιθυνία αλλά έζησε και πέθανε στη Ρόδο. Θεωρείται ο μεγαλύτερος αστρονόμος της αρχαιότητας. Ο Ίππαρχος συνέταξε τον πρώτο κατάλογο αστέρων, επινόησε τον αστρολάβο, θεμελίωσε την μαθηματική γεωγραφία, μέτρησε με μεγάλη ακρίβεια την απόσταση Ηλίου- Σελήνης και κατανόησε και ανέλυσε ένα πλήθος από άλλα ουράνια φαινόμενα.

Κτησίβιος ο Αλεξανδρινός (περί το 270 π.Χ.)

Διάσημος μηχανικός που γεννήθηκε και πέθανε στην Αλεξάνδρεια της Αιγύπτου. Θεωρείται ο μεγαλύτερος μηχανικός της αρχαιότητας. Ο Κτησίβιος ανακάλυψε την ελαστικότητα του αέρα και εφεύρε διάφορες συσκευές που χρησιμοποιούν το συμπιεσμένο αέρα, συμπεριλαμβανομένης μιας υδραντλίας-αεραντλίας και ενός καταπέλτη και βελτίωσε το ατμοπυροβόλο του Αρχιμήδη. Βελτίωσε το υδραυλικό ρολόι και κατασκεύασε ένα υδραυλικό αρμόνιο, που ονομαζόταν ύδραυλις, στο οποίο το βάρος του νερού κινούσε τον αέρα μέσω των σωλήνων του οργάνου.

Υδραυλικό ρολόι κατασκευασμένο σύμφωνα με

σχέδια του Κτησίβιου.

Ιταλός μαθηματικός, φυσικός και αστρονόμος. Εισηγήθηκε τη μαθηματική περιγραφή της κίνησης των αντικειμένων και τη μελέτη της με το πείραμα και τη μέτρηση. Η πρότασή του Γαλιλαίου ότι όλα τα αντικείμενα πέφτουν με τον ίδιο ρυθμό στο κενό, επιβεβαιώθηκε μετά το θάνατό του. Με το διοπτρικό τηλεσκόπιο που έφτιαξε παρατήρησε κρατήρες και βουνά στη Σελήνη, τις φάσεις της Αφροδίτης και τα τέσσερα μεγάλα φεγγάρια του Δία. Επιβεβαίωσε και παρατηρησιακά την άποψη που θεωρούσε τον Ήλιο και όχι τη Γη ως κέντρο του ηλιακού συστήματος. Ο Γαλιλαίος πέθανε απογοητευμένος από τις διώξεις της Καθολικής Εκκλησίας που τον κατηγόρησε σαν αιρετικό.

Γαλιλαίος Γαλιλέι (Galileo Galilei, 1564-1642)

Ολλανδικός μαθηματικός, αστρονόμος και φυσικός, που ο πρώτος χρησιμοποίησε ένα εκκρεμές για να ρυθμίσει την ισόχρονη κίνηση σε ένα ρολόι (1657). Έλυσε προβλήματα σχετικά με την ταλάντωση ενός εκκρεμούς και την ομοιόμορφη (ομαλή) κυκλική κίνηση. Ο Χόυχενς ανέπτυξε την ομώνυμη αρχή για την ανάκλαση και τη διάθλαση υδάτινου κύματος και εισηγήθηκε την κυματική θεωρία του φωτός (1678). Εφηύρε μια μέθοδο λείανσης των φακών των τηλεσκοπίων και ανακάλυψε τη μορφή των δαχτυλιδιών του Κρόνου (1659).

Χ. Χόυχενς (Christian Huyghens, 1629-1695)

Συμπλήρωσε τον πίνακα…

Είδος ρολογιού

Κινητήρια δύναμη

Ρυθμιστής μέτρησης χρόνου

Μηχανισμός μετάδοσης κίνησης

Τρόπος ένδειξης χρόνου

1

2

3

φύλλο εργασίας

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

Στην Πλάκα, νότια της Ακρόπολις των Αθηνών, βρίσκεται το οκταγωνικό Μνημείο του

Ανδρόνικου του Κυρρήστου, ένα υδραυλικό και ηλιακό ρολόι που κατασκευάστηκε το 50 π.Χ.

Ο αστρολάβος των Αντικυθήρων είναι ένα πρώιμο μηχανικό ρολόι του 80 π.Χ. Βρίσκεται στο Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο στην Αθήνα.

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Με το μολύβι σου άνοιξε μια τρύπα στο πλάι του πλαστικού ποτηριού περίπου 5 cm κάτω από το χείλος του, με διάμετρο τόση, όση έχει το καλαμάκι της πορτοκαλάδας. Γέμισε το ποτήρι με νερό (ή με άμμο) ώστε να μην ανατρέπεται εύκολα. Βάλε το καπάκι. Πέρασε το καλαμάκι από την τρύπα που υπάρχει στο κέντρο του και σπρώξε το καλαμάκι να περάσει και από την πλαϊνή τρύπα. Τοποθέτησε τη συσκευή σε ένα ηλιόλουστο μέρος. Με τη βοήθεια μιας μαγνητικής πυξίδας προσανατόλισε το καλαμάκι-γνώμονα στο Βορρά (στο μεσημβρινό του τόπου). Όταν το ρολόι σου δείχνει 09.00 σημείωσε με το μαρκαδόρο την ένδειξη πάνω στο καπάκι. Συνέχισε το ίδιο κάθε μια ώρα, μέχρι το απόγευμα. Δοκίμασε τη λειτουργία του γνώμονα-ηλιακού ρολογιού την επόμενη μέρα!

καλαμάκι

καπάκι

μαγνητική βελόνα

τρύπα

Υλικά που χρειάζονται: Πλαστικό ποτήρι με καπάκι, καλαμάκι πορτοκαλάδας, μολύβι, μαρκαδόρος, πυξίδα, ρολόι

Εκκρεμές ρολόι που κατασκευάστηκε σύμφωνα με το αντίστοιχο σχέδιο του Γαλιλαίου και αρκετά χρόνια μετά το θάνατό του (1642).

ρυθμιστικός όνυχας

τροχός με ακίδες

εκκρεμές

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

Ο ωρολογιακός μηχανισμός του Γαλιλαίου

Γαλιλαίος Γαλιλέι

Οδοντωτοί τροχοί ή γρανάζια

Οι οδοντωτοί τροχοί λειτουργούν κατά ζεύγος και επιτρέπουν τη μετάδοση δύναμης και τη μεταφορά περιστροφικής κίνησης από άξονα σε άξονα, αλλά και στην αύξηση ή στη μείωση της ταχύτητας περιστροφής. Σε ένα ζεύγος τέτοιων τροχών ο λόγος των ταχυτήτων περιστροφής είναι αντίστροφος του αριθμού των δοντιών ή των ακτίνων τους.

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ

Αναφορές:Σ. Θεοδοσίου, Μ. Δανέζης, Μετρώντας τον άχρονο χρόνο, εκδ. Δίαυλος, Αθήνα 1996, σελ. 78-150Σ. Θεοδοσίου, Ε. Κοντιζά, Ηλιακά ρολόγια, Φυσικός Κόσμος, τ. 115, 1988Σ. Γκάουντσμιτ, Ρ. Κλέιμπον, Χρόνος, Επιστημονική βιβλιοθήκη Life, εκδ. Λύκειος Απόλλων, σελ. 76-99Εγκυκλοπαίδεια Πάπυρος- Λαρούς- Μπριτάννικα, Εκδοτικός Οργανισμός Πάπυρος, Αθήνα: σχετικά λήμματα

Στο διαδίκτυο:http://www.britannica.com/clockworks/main.htmlhttp:// astrophysics.physics.uoc.gr/ conf/sessions/Session08/S818/pragorlo.dochttp://www.arcytech.org/java/clock/clock_history.htmlΦτιάξε ένα ηλιακό ρολόι, http://www.sundials.gr/what_is_it.htm http://www.sundials.co.uk/projects.htm#edialhttp://www.sundials.co.uk/projects.htm#edial http://liftoff.msfc.nasa.gov/Academy/Earth/Sundial/Sundial-how.htmlΦτιάξε ένα ρολόι νερού,http://www.sciencenetlinks.com/Lessons.cfm?DocID=2Το ρολόι με εκκρεμές, http://home.howstuffworks.com/clock.htmΟ μηχανισμός των Αντικυθήρων, http://www.ams.org/new-in-math/cover/kyth5.html & http://www.tmth.edu.gr/el/expo/ancient_greek_technology/01929.html