Der Schatten eines Gegenstandes bei Sonnenschein bietet sich dazu an, die Uhrzeit ablesen zu können. Das wussten bereits die Chinesen 1100 v. Chr. und verwendeten den Schattenstab (Gnomon) zur Bestimmung der Tageszeit. Doch der Schattenstab verrät noch mehr. So ist der Schatten auf der Nordhalbkugel um die Mittagszeit (Zenit) zurzeit der Sommersonnenwende am kürzesten und zur Wintersonnenwende am längsten. Beobachtet man das im Jahresverlauf hat man bereits einen ungefähren Kalender. Dazu wird auch die Himmelsrichtung bestimmt, denn der Schatten zeigt im Zenit immer genau nach Norden. – grossartig!
Prinzip (Schattenstab)
Bevor also mechanische und später elektronische Uhren erfunden wurden, war die Sonnenuhr neben der Sanduhr wohl das am verbreitetsten genutzte Zeitmessgerät. Sonnenuhren findet man noch sehr oft bei Klöstern, Kirchen – und, am Oberstufenschulhaus in Trimmis (nicht, dass diese Sonnenuhr historischen Charakter hätte, sie war das Resultat einer Projektarbeit meines Werkunterrichts der 90er-Jahre).
Wanduhr Oberstufe Trimmis
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Skizze Tischmodell
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Die Herstellung einer halbwegs genauen Sonnenuhr bedarf einiger Vorüberlegungen:
Nachfolgend stelle ich nicht die Werkarbeit meiner ehemaligen SuS vor, sondern zeige dir, wie du ein einfaches Tischmodell einer Sonnenuhr aus einer alten CD oder DVD herstellen und damit deine Gäste beim Sonntagsbrunch in Staunen versetzen kannst.
Aufstellungsort und Stabwinkel
Tischmodell, also waagrechte, horizontale Ausrichtung des Ziffernblattes. Die geographischen Koordinaten sind von der Wetterstation her bekannt: Gg Breite: 46.9023° = 46° 54' 8.29'', Gg Länge: 9.556° = 9° 33' 21.44''. Dabei spielt nun die geographische Länge keine Rolle, die Breite hingegen schon. Also, 46.9° nördliche Breite. Diese Angabe brauchst du, um den Stabwinkel zu bestimmen (herauszufinden mit Google-Maps).
- Standort (geographische Koordinaten, Montage horizontal oder vertikal)
- Stabwinkelberechnung und Stabausrichtung
- Eichen der Uhr unter Berücksichtigung der Zeitabweichungen (Zeitgleichung)
Nachfolgend stelle ich nicht die Werkarbeit meiner ehemaligen SuS vor, sondern zeige dir, wie du ein einfaches Tischmodell einer Sonnenuhr aus einer alten CD oder DVD herstellen und damit deine Gäste beim Sonntagsbrunch in Staunen versetzen kannst.
Aufstellungsort und Stabwinkel
Tischmodell, also waagrechte, horizontale Ausrichtung des Ziffernblattes. Die geographischen Koordinaten sind von der Wetterstation her bekannt: Gg Breite: 46.9023° = 46° 54' 8.29'', Gg Länge: 9.556° = 9° 33' 21.44''. Dabei spielt nun die geographische Länge keine Rolle, die Breite hingegen schon. Also, 46.9° nördliche Breite. Diese Angabe brauchst du, um den Stabwinkel zu bestimmen (herauszufinden mit Google-Maps).
Solltest du Zweifel haben, dass das so auch stimmt, hilft dir vielleicht die folgende Skizze bei der Überlegung. Dazu nehmen wir eine deutlichere nördliche Breite von 30° an, beispielsweise von Jacksonville California). Da würde nun bei horizontalem Ziffernblatt ein Stabwinkel von 30° und bei vertikaler Wandmontage ein solcher von 60° (90° - 30°) gelten. Die Stabausrichtung muss bei der horizontalen Anordnung genau in Nordrichtung und bei der vertikalen an einer eher nach Süden ausgerichteter Wand genau nach Süden sein.
Du solltest den Zusammenhang des Gnomon-Winkels mit dem Breitengrad auch online unbedingt mit meinem Geogebra-Tool ausprobieren, indem du den Punkt P bewegst (funktioniert auf PC und Android).
Eichen des Prototyps
Um auf der CD ein geeignetes Ziffernblatt zu gestalten, empfiehlt sich die Herstellung eines Prototyps. Dieser wird an einem sonnigen Tag beobachtet und die Stundenmarkierungen unter Berücksichtigung der Zeitabweichung (Zeitgleichungstabelle) gesetzt.
Um auf der CD ein geeignetes Ziffernblatt zu gestalten, empfiehlt sich die Herstellung eines Prototyps. Dieser wird an einem sonnigen Tag beobachtet und die Stundenmarkierungen unter Berücksichtigung der Zeitabweichung (Zeitgleichungstabelle) gesetzt.
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In unserem Fall wird der Minikompass, der später auch beim Originalmodell eingesetzt wird, für die exakte Nordausrichtung des Prototyps verwendet. Du kannst dazu aber auch dein Smartphone benutzen. Beim Eintragen der Markierungen kommt die Tabelle der Zeitgleichung zum Zug. Berücksichtige also die Abweichungen, ausser du eichst gerade am 16. April, 16. Juni, 1. September oder 26. Dezember.
Deine Sonnenuhr wird also diesen Schwankungen bei der Zeitanzeige unterliegen und die Zeit eigentlich nur an vier Tagen im Jahr genau anzeigen. Zudem kennt sie natürlich keine Zeitumstellung auf Sommerzeit – sie hat immer Sonnenzeit!
Fertigstellung
Nachdem du die Zeiteinteilungsskala angefertigt hast, kannst du mit dessen Übertragung auf einen CD-Labeler beginnen und die CD/DVD damit bedrucken.
Nachdem du die Zeiteinteilungsskala angefertigt hast, kannst du mit dessen Übertragung auf einen CD-Labeler beginnen und die CD/DVD damit bedrucken.
Etwas handwerkliches Geschick erfordert die Bereitstellung und Montage des Stabes. Ich habe 3mm Rundstahl verwendet und darauf ein Gewinde geschnitten. Du kannst dazu aber auch gleich ein M3-Gewindestänglein benutzen.
Das Produkt wartet nun auf viele schöne Sonnentage!
Das Produkt wartet nun auf viele schöne Sonnentage!
Die Uhr zeigt etwa 13:40 Uhr an (14:40 Uhr Sommerzeit)
Material:
- Ausgediente CD / DVD
- Rundstahl- , Messing- oder Alustab (Stricknadel)
- CD-Labeler-Programm
- Selbsklebe-Schutzfolie (transparent)
- M3-Mütterchen (2 Stk)
- Klebefüsschen
- ev. Minikompass
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