mesure du te'mps
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| Le cadran solaire sert à mesurer le temps en repérant, au cours de la journée, la course de l'ombre d'un bâton (le style) sur un plan gradué appelé cadran (ou plan des graduations). L'ombre du bâton est projetée sur le cadran par le soleil et change de position au cours du temps. Cette mesure du temps est donc basé sur le mouvement apparent du soleil dans le ciel. Il se lève à l'Est et se couche à l'Ouest. L'ombre la plus courte de la journée correspond à l'instant où le soleil est le plus haut dans le soleil (midi solaire, le soleil est au dessus du méridien du lieu). L'ancêtre du cadran soleil est le gnomon. Un simple piquet fiché verticalement dans le sol dont on repère l'ombre au cours de la journée. Le gnomon est beaucoup moins précis que le cadran soleil. Gnomon et cadrans solaires étaient utilisés par les hommes avant l'invention des horloges mécaniques. |
Le gnomon, l'ancêtre du cadran solaire
Dès
l'antiquité les hommes utilisent le gnomon, un bâton planté
dans le sol, pour mesurer le temps ou tout du moins repérer le milieu
de la journée (l'ombre du bâton atteint alors un minimum,
le soleil est au zénith). Les égyptiens construisent
de gigantesques gnomon: les obélisques. Celui de la place de la
Concorde, à Paris, provient de Thébes. Le problème
est que le gnomon est une horloge très imprécise. En effet,
la longueur des journées varient au cours des jours et surtout au
cours des saisons. En hiver, les journées sont plus courtes qu'en
été. Une heure représente la douzième partie
du jour. Dans ces conditions, en hiver, les heures ne mesuraient plus que
45 minutes et en été elles arrivaient à durer jusqu'à
1h20 mn.
Il fallait trouver un autre moyen.
Que
se passe t'il si on place un gnomon, en été, au pôle
Nord? (en rouge sur le dessin). En été, le gnomon est éclairé
24h sur 24h. Il n'y a pas de nuit. L'ombre de bâton parcourt donc,
à vitesse constante, le cadran (360°) en 24h. Si on divise le
cadran en 24 parties égales (comme une tarte), chaque part correspond
à un angle de 15° (24x15 = 360°). On obtient la même
chose si on place le gnomon au pôle Sud en hiver. L'horloge est maintenant
correctement étalonnée. Peut on l'utiliser ailleurs qu'aux
pôles?
L'horloge
construite aux pôles peut être utilisée sous une autre
latitude, par exemple à la latitude L, à condition de garder
la même orientation, par rapport au soleil. Le cadran doit
rester parallèle au plan de l'équateur et le bâton
doit tester parallèle à l'axe des pôles. Le bâton,
appelé maintenant style, doit donc être orienté indiquer
le Nord (il pointe vers l'étoile polaire).
Comment construire cette nouvelle horloge?
L'image ci-contre
montre comment installer l'horloge construite sur un plan horizontal (parallèle
au sol).
Cette
horloge s'appelle un cadran solaire équatorial. Pour finir la construction
du cadran, il ne faut pas oublier les graduations: Un trait tout les 25°
sur le plan du cadran.
Il
reste un problème. En été et au printemps, le soleil
est plus haut dans le ciel qu'en automne et en hiver. L'ombre du bâton
est projeté sur la face supérieure du cadran. Mais en automne
et en hiver, l'ombre du style se projettera sur le plan inférieur
du cadran.
Il faut donc faire des graduations sur les deux faces
du cadran.
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