EL RELOJ DE SOL (RELOJ DE DIFRACCIÓN)

EL RELOJ DE SOL (RELOJ DE DIFRACCIÓN)

­-Construyendo relojes de Sol-

El hombre, desde que es hombre ha sentido la inquietud y la necesidad de medir el transcurso del tiempo para regular el desarrollo de sus actividades cotidianas y en la medida que la humanidad avanza esta manía se ha incrementado a tal punto, que muchas de nuestras actividades se desarrollan en fracciones de segundo, no pudiéndonos imaginar un mundo sin relojes de alta tecnología.

Apartando esta obsesión por el tiempo y su medición exacta con errores de microsegundos, volvamos por un instante a uno de los métodos más antiguos, la medición del tiempo por medio del Sol.

¿Qué es un reloj de Sol? ………

La idea de utilizar el Sol como un elemento indicador de la hora se pierde en el tiempo y su fundamento originario está sustentado en la creencia de la marcha regular del Sol a través de la bóveda celeste y que el día puede ser fraccionado en partes iguales.

Los relojes de Sol se basan en su mayoría en la proyección de la sombra de un objeto sobre una superficie, registrándose en esta superficie el recorrido angular de la sombra que se produce en la medida que el Sol realiza su transito por el firmamento. El objeto que proyecta su sombra, normalmente una varilla, se le llama gnomon o estilete y la superficie sobre la cual se proyectará la sombra se denomina cuadrante Solar. El cuadrante Solar está graduado adecuadamente para permitir leer la hora con facilidad y en algunos casos indica la estación, el mes y el día.

De acuerdo a la disposición del cuadrante, los relojes Solares se pueden denominar:

De cuadrante ecuatorial.
De cuadrante horizontal.
De cuadrante vertical.
De cuadrante declinante.
De cuadrante esféricos.
Anulares.

No obstante existen algunas variantes de relojes de Sol cuya designación no se corresponde a la forma del cuadrante Solar, tal como los analemáticos, en cuales el gnomon no está fijo, sino que el mismo debe cambiar de posición de día en día para indicar la hora correcta. Están los acimutales, los cuales miden el acimut del Sol y de allí se desprende la hora. También se han desarrollados relojes de Sol sin gnomon, empleándose para su fabricación un lente de Fresnel, denominados en la red como relojes de difracción y los llamados digitales, los cuales proyectan directamente sobre el cuadrante la hora en forma de dígito.

De todos los diseños de relojes Solares, el reloj de Sol de cuadrante ecuatorial es quizás el más simple de todos, requiriéndose escasos cálculos para su diseño y de fácil fabricación.

Prácticamente todos los demás modelos de relojes Solares están basados en el de cuadrante ecuatorial, siendo la proyección de este último sobre las diferentes superficies lo que permite la construcción de los otros modelos.

El reloj de Sol de cuadrante ecuatorial recibe este nombre porque la superficie de proyección o cuadrante está paralela al plano ecuatorial y el gnomon perpendicular al mismo, de manera que éste está paralelo al eje de rotación, apuntando a los polos celestes.
Si imaginamos una vara que atraviesa a la tierra de polo a polo y en su plano ecuatorial imaginamos un disco graduado en 24 partes (la vara es perpendicular a este plano ecuatorial); en la medida que la tierra gira sobre su eje, esta vara proyectará su sombra sobre el plano ecuatorial siguiendo el movimiento relativo angular del Sol, de manera que cada 24 horas la sombra completará una vuelta y para cada hora la sombra se desplazará 15º, tal como si de un gran reloj se tratase.

Se puede demostrar fácilmente por medio de la geometría que este comportamiento de la sombra se puede reproducir en la superficie de la tierra si colocamos un disco graduado con su varilla perpendicular, orientada de manera tal, que la superficie del disco quede paralela al plano ecuatorial y la varilla apunte a los polos celestes. Esto se cumple independientemente del lugar (latitud y longitud) que se escoja sobre la tierra, siempre y cuando mantengamos la varilla paralela al eje del mundo y la superficie del disco graduado paralelo al plano ecuatorial. Estos son los relojes denominados de cuadrante ecuatorial.

RELOJ DE SOL DE DIFRACCIÓN.

Antes de desarrollar el reloj clásico de cuadrante ecuatorial haremos el curioso reloj de difracción, que a la final no es más que un reloj de cuadrante ecuatorial particular que emplea una lente de Fresnel. En este curioso artilugio se aprovecha el fenómeno de difracción que poseen estas lentes para indicar la hora por medio de una “aguja de luz” que parte del centro óptico de la lente en vez de emplear la sombra que proyectaría un gnomon sobre el cuadrante. Debido al fenómeno este reloj de sol no posee gnomon.

Una lente de Fresnel no es más que una lámina transparente sobre la cual se han grabado una serie de “prismas” concéntricos muy cercanos unos con otros de tal manera, que la desviación de los rayos de luz por cada prisma circular convergen en un punto común, comportándose como el foco de una lente convexa.

Las lentes de Fresnel se consiguen fácilmente en el mercado y de diversos tamaños. El que se empleó para este diseño fue uno de los que venden como lupas tipo tarjeta de crédito, con dimensiones de 83 mm de largo x 52 mm de ancho x 0,5 mm de espesor.

Disponiendo de la lente de Fresnel, lo que se necesita es hacer un marco que servirá de bastidor de soporte del lente, sobre este marco estarán indicadas las horas. De igual manera el marco-soporte debe disponer de un pié que permita mantener el plano de la lente (el cuadrante) paralela al ecuador celeste, es decir, con la inclinación correspondiente a la latitud del lugar, que en el caso de Ciudad Guayana es de 8,16º.

La imagen siguiente muestra las plantillas que se emplearon para fabricar el bastidor.

La forma de la plantilla puede ser cualquiera, el limite es la imaginación de quien diseña, pero en nuestro caso quisimos hacerla lo más sencilla posible siguiendo la forma de la lente de Fresnel. La distribución de lo números alrededor del cuadrante es la misma que para los relojes ecuatoriales normales con gnomon y las líneas indicadoras de la hora tienen como centro de origen el eje óptico de la lente, el cual es el centro de los prismas circulares concéntricos que forman a la lente de Fresnel, hay que se muy cuidadosos en determinar el centro óptico de la lente a la hora de realizar las plantillas pues la ubicación de este centro determinará en gran medida la exactitud del reloj en dar la hora solar local.

Estas plantillas impresas las podemos pegar en unos cartones delgados para luego recortarlos con un exacto y obtener las diferentes partes que nos permitirán fabricar el reloj. El separador es una pieza de unión entre los dos cuadrantes, de manera que nos permitirá colocar fácilmente la lente al mismo tiempo que sirve de elemento de centrado del lente con respecto a los cuadrantes.

Colocando el lente de Fresnel

Cara posterior del Reloj

Cara frontal del reloj.

Ensamblado el marco de soporte, colocamos la lente de Fresnel y salimos al exterior orientando el reloj al norte de la misma manera que se hace con un reloj de Sol ecuatorial normal, es decir con el gnomon (en nuestro caso sería el eje óptico de la lente) apuntando a los polos celestes.

Para leer correctamente la hora en este reloj hay que hacerlo mirando al lente directamente por su eje óptico, es decir perpendicular a la lente y alineado con el centro de los prismas concéntricos. Este sería el inconveniente principal de este interesante reloj de Sol.

Hora Solar: 11 de la mañana.