Gnomons et cadrans solaires
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Quelle est la différence entre un gnomon et un cadran solaire ?
Quel est leur principe de fonctionnement ?
La Terre tourne sur elle-même en 24 heures.
À cause de cette rotation, un observateur
situé sur Terre a l'impression que les autres
astres sont en mouvement.
Le Soleil notamment possède un mouvement
apparent : il semble se déplacer dans le
ciel.
La position du Soleil dans le ciel constitue un
repère temporel rudimentaire ; il est
observé (doc.1.) :
- à l'est et proche de l'horizon au début
de la journée ;
- haut dans le ciel (il culmine) vers midi ;
- à l'ouest et proche de l'horizon en fin de
journée.
Doc.1. Position du Soleil au cours de la journée.
– en début de journée, l'ombre est longue et projetée vers l'ouest ;
– vers midi l'ombre est courte et projetée vers le nord ;
– en fin de journée, l'ombre est longue et projetée vers l'est.
Doc.2. Principe du gnomon.
Midi est l'heure qui peut être repérée le plus facilement, puisque qu'elle correspond à l'ombre la plus courte.
Les autres heures peuvent ensuite être repérées facilement en les plaçant sur un cercle divisé en 24 arcs de cercles délimités par un angle de 15 ° (doc.3.) :
24 h sont représentées par un angle plein de 360 °, donc 1 h est représentée par un angle de 360 : 24 = 15 °.
Doc.3. Construction d'un gnomon.
Au bout de quelques semaines, cela produit un décalage important entre l'heure solaire et celle indiquée par le gnomon.
Pour obtenir à nouveau une indication correcte, il faut effectuer une nouvelle série de graduations.
Certains gnomons très complexes portent ainsi plusieurs séries de graduations qui indiquent l'heure à différentes dates de l'année.
Le cadran solaire est une amélioration du gnomon
qui permet d'éviter tout décalage.
Le style n'est plus fixé verticalement, il est
orienté dans la même direction que l'axe de
rotation de la Terre.
Il garde ainsi la même orientation tout au long de
l'année et les graduations obtenues de la
même manière que pour le gnomon restent
fiables. L'orientation du style est proche de la
direction nord. Elle peut être facilement obtenue
en pointant le style en direction de
l’étoile polaire Cette étoile semble
fixe dans le ciel nocturne, car elle est située
sur l'axe de rotation terrestre.
Le cadran solaire garde néanmoins certains
inconvénients du gnomon : il ne peut être
utilisé de nuit et par temps nuageux.
Un gnomon est constitué d'une tige verticale, appelée style, fixée sur un socle ou plantée dans le sol.
L'ombre projetée du style change de direction et de longueur au cours d'une journée à cause du mouvement apparent du Soleil et constitue ainsi un repère temporel.
L'ombre du style est :
- longue le matin et dirigée vers l'ouest ;
- la plus courte à midi ;
- longue le soir et dirigée vers l'est.
L'ombre du style d'un gnomon permet aussi d'obtenir une indication plus précise de l'heure en repérant midi grâce à l'ombre la plus courte, puis en ajoutant sur un cercle 24 graduations équidistantes correspondant aux 24 heures d'une journée.
L'heure indiquée par un gnomon se décale peu à peu par rapport aux graduations, car le mouvement apparent du Soleil change au cours de l'année.
Le cadran solaire est une amélioration du gnomon. Pour éviter tout décalage, le style n'est plus vertical, mais est orienté dans la même direction que l'axe de rotation de la Terre.
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