Het is tijd… om een zonnewijzer te maken!

Key concepts
Physics
Earth’s rotation
Time
Sundial

Introduction
Heb je ooit naar een film gekeken die zich in een vroeger tijdperk afspeelt, en als een personage vraagt hoe laat het is kijken de andere personages, die geen horloges of mobieltjes hebben, allemaal naar de hemel? Ze kijken niet naar een gigantische digitale klok, maar gebruiken de stand van de zon aan de hemel om de tijd te bepalen, zoals mensen al generaties lang doen.

Het oudst bekende instrument om de tijd te bepalen, de zonnewijzer, stelt ons in staat om de stand van de zon nauwkeuriger te bepalen. Tot het begin van de 19e eeuw waren zonnewijzers het belangrijkste instrument dat mensen gebruikten om de tijd af te lezen. Als ze correct zijn geplaatst, kunnen zonnewijzers worden gebruikt om de tijd tot op de minuut nauwkeurig af te lezen!

In deze activiteit maak je je eigen zonnewijzer en gebruik je je lichaam om de beweging van de zon aan de hemel te volgen!

Achtergronden
Al duizenden jaren lang gebruiken mensen zonnewijzers om de tijd af te lezen aan de hand van de schijnbare stand van de zon aan de hemel. Er zijn vele soorten zonnewijzers, maar in het algemeen bestaat elk type uit een gnomon, een dunne staaf die een schaduw werpt op een zonnewijzer, en een vlakke plaat of platform. De schijnbare beweging van de zon langs de hemel is het resultaat van de draaiing van de aarde om haar as. Als onze planeet draait, lijkt het alsof de zon langs de hemel beweegt – maar in werkelijkheid zijn wij het die bewegen!

Als de positie van de zon aan onze hemel verandert, zal de schaduw die hij werpt zich richten naar de lijnen die elk uur markeren en de tijd van de dag aangeven. De nauwkeurigheid van een zonnewijzer wordt beïnvloed door een aantal factoren, waaronder het feit dat de draaihoek van de aarde niet perfect loodrecht is en dat de aarde niet perfect rond is. Daarom moeten zonnewijzers worden gecorrigeerd om met deze veranderingen rekening te houden.

Voor deze activiteit maken we een eenvoudige zonnewijzer (met een klok als hulp!) en houden we de positie van de zon bij door naar onze schaduwen te kijken.

Materialen

• Stoepkrijt
• Lintmeter of meetlat
• Stift of potlood
• Grote betonnen ruimte zonder schaduwen
• Klok
• Papierplaat
• Plastic rietje
• Regel
• Stiften of kleurpotloden
• Papiergewicht of een paar kleine steentjes
• Gehelper
• Zonnig weer

Voorbereiding

• Deze activiteit werkt het best als je vroeg op de dag begint, zodat je een paar uur daglicht hebt om je tests te doen. Wij raden u aan om 9 uur ’s ochtends te beginnen en af en toe te testen tot 12 uur ’s middags, of om 12 uur ’s middags te beginnen en af en toe te testen tot 15 uur ’s middags

Procedure

• Begin met het kiezen van een plaats waar u tijdens deze activiteit altijd zult staan. Zorg ervoor dat dit in het midden van de open betonnen ruimte is, zonder schaduwen in de buurt. Markeer deze plek door met je krijt je schoenen te omlijnen.
• Stel op de door jou gekozen plek en laat je helper het stoepkrijt gebruiken om de omtrek van je schaduw op het beton te tekenen.
• Gebruik je krijt om de tijd bovenaan je schaduw te schrijven.
• Herhaal deze stappen elke 30 minuten, waarbij je elke keer de tijd bovenaan je schaduw markeert.

• Terwijl je wacht om je schaduw te tekenen, gebruik je een potlood of pen om voorzichtig een gaatje te prikken door het midden van je papieren bord.
• Controleer de tijd, rond naar boven af op het dichtstbijzijnde uur, en schrijf dit getal aan de rand van je bord met een krijtje of stift. Bijvoorbeeld, als de klok 9:45 uur aangeeft, schrijf dan “10” op het bord. Gebruik je liniaal om een rechte lijn te trekken van het getal dat je hebt opgeschreven naar het gat in het midden van het bord.
• Wacht tot de klok het uur aangeeft dat je hebt opgeschreven voordat je verder gaat met de volgende stap (bijvoorbeeld, als je bent begonnen om 9:45 uur, wacht je 15 minuten tot de klok 10:00 uur aangeeft).
• Neem je bord en plastic rietje mee naar buiten. Zet het bord op de grond en steek het rietje door het gat dat je gemaakt hebt. Schuif het rietje een beetje in de richting van de lijn die je hebt getrokken.
• Draai het bord voorzichtig, zodat de schaduw van het rietje op één lijn komt met de lijn die je hebt getrokken. Denk je dat de schaduw de hele dag op dezelfde plaats zal blijven? Waarom wel of waarom niet?
• Plaats de presse-papier of steentjes op de rand van de plaat om hem op zijn plaats te houden.
• Kijk elk uur naar je zonnewijzer en de positie van de schaduw op je plaat. Als je om 10 uur bent begonnen, noteer dan de positie van de schaduw om 11 uur en schrijf “11” op de rand van de plaat waar deze schaduw valt. Telkens als je de zonnewijzer bekijkt, schrijf je het uur op de rand van de plaat waar de schaduw valt. Waarom denk je dat de schaduw beweegt? Waaraan doet jouw zonnewijzer je denken?
• Na een paar uur je eigen schaduw te hebben getraceerd, observeer je de posities van elke tracering. Bewoog je schaduw gedurende de dag? Wat veranderde er nog meer aan je schaduw bij elke keer overtrekken? Wat denk je dat de oorzaak van deze veranderingen is?

Observaties en resultaten
In deze activiteit heb je de beweging en veranderingen van schaduwen in de loop van de dag geobserveerd. In het geval van je eigen schaduw hangt het patroon dat je waarnam af van het tijdstip van de dag waarop je begon. Als je ’s ochtends met deze activiteit bent begonnen, moet je hebben gezien dat je schaduw lang begon en halverwege de dag veel korter leek. Als je in het midden van de dag begon, zag je het tegenovergestelde – je schaduw begon korter en werd in de loop van de middag langer. Ongeacht wanneer je begon, zou je echter gemerkt moeten hebben dat de positie van je schaduw in de loop van de tijd veranderde. Naarmate het later werd bewoog je schaduw in de richting van de wijzers van de klok ten opzichte van de eerste omtrek die je tekende – zolang je deze activiteit op het noordelijk halfrond uitvoerde!

Voor je zonnewijzer moet je iets soortgelijks hebben opgemerkt. Op elk uur stond de schaduw van het rietje in een andere positie, elke keer met de klok mee ten opzichte van de beginpositie. Na een paar uur zou je gemerkt moeten hebben dat de zonnewijzer eruit ziet als de wijzerplaat van een klok met de cijfers gelijkmatig verdeeld over de plaat.

De reden voor de verandering in vorm en positie van je schaduw heeft te maken met de draaiing van de aarde om haar as. Als de aarde draait, lijkt het alsof de zon langs de hemel beweegt. s Middags of ’s middags staat de zon het hoogst aan de hemel en op dat moment werpt hij de kortste schaduw omdat hij dan het meest recht boven ons aan de hemel staat. s Ochtends en later in de middag staat de zon meer uit het midden en werpt daarom een langere schaduw.

De positie van de schaduw verandert ook als de zon zich aan de hemel lijkt te bewegen. Je kunt iets soortgelijks zien als je met een zaklamp op je hand schijnt, en de zaklamp beweegt. Als je het licht beweegt, verandert de positie van de schaduw van je hand mee met de beweging van de zaklamp. De positie van de zon aan onze hemel wordt bepaald door de draaisnelheid van de aarde – zij draait om haar as met een snelheid van 460 meter per seconde, ofwel ongeveer 1.000 mijl per uur! Wanneer de aarde 15 graden om haar as draait, is het net alsof de zon 15 graden verschoven is aan onze hemel. Als gevolg van deze beweging (en afhankelijk van waar je woont), beweegt de schaduw van de zon elk uur ongeveer 15 graden, zodat hij in 24 uur 360 graden rond je zonnewijzer draait.

Meer om te ontdekken
Een kwestie van tijd, van Science Buddies
Maancycli maken-met een sinaasappel!, van Scientific American
Veranderende sterrenbeelden, van Science Buddies
Wetenschappelijke activiteiten voor alle leeftijden!, van Science Buddies