It’s about Time… to Make a Sundial!

Key concepts
Physics
Earth’s rotation
Time
Sundial

Introduction
Devemo-nos alguma vez assistir a um filme ambientado numa era anterior, e quando um personagem pergunta a que horas são os outros personagens, que não têm relógios ou telemóveis, todos olham para o céu? Não estão a olhar para um relógio digital gigante acima, estão a usar a posição do sol no céu para dizer as horas, como as pessoas fazem há gerações.

O mais antigo instrumento conhecido para dizer as horas, o relógio de sol, permite-nos seguir com mais precisão a posição do sol. Até ao início do século XIX, os solares eram o principal instrumento que as pessoas utilizavam para contar as horas. Se forem colocados correctamente, os solares podem ser usados para dizer com precisão a hora até ao minuto!

Nesta actividade estará a fazer o seu próprio relógio de sol e a usar o seu corpo para seguir o movimento do sol através do céu!

Background
Durante milénios as pessoas têm usado os solares para dizer a hora do dia com base na posição aparente do sol no céu. Há muitos tipos de sundials, mas em geral cada um consiste de um gnomon, uma vara fina que lança uma sombra num mostrador, e uma placa ou plataforma plana. O movimento aparente do sol sobre o céu é o resultado da rotação da Terra sobre o seu eixo. À medida que o nosso planeta gira, o sol parece mover-se através do céu – mas na realidade somos nós que nos estamos a mover!

À medida que a posição do sol muda no nosso céu, a sombra que lança alinha-se com linhas que marcam cada hora, indicando a hora do dia. A precisão de um relógio de sol é afectada por uma série de factores, incluindo o facto de o ângulo de rotação da Terra não ser perfeitamente perpendicular, e a Terra não ser perfeitamente redonda. Como resultado, têm de ser feitas correcções aos solares para contabilizar estas alterações.

Para esta actividade, vamos fazer um simples relógio de sol (usando um relógio de sol para nos ajudar!), bem como seguir a posição do sol, observando as nossas sombras.

Materiais

• Giz de calçada
• Fita métrica ou metro
• Pena ou lápis
• Um grande espaço de betão sem sombras
• Relógio
• Placa de papel
• Palha de plástico
• Régua
• Marcadores ou lápis de cera
• Pesa-papel ou algumas pedras pequenas
• Ajudante adulto
• Ajuda ao sol

br>Preparação

li>Esta actividade funciona melhor se se começar cedo no dia, por isso, tem algumas horas de luz do dia para fazer os seus testes. Recomendamos que comece às 9 da manhã e que os testes se iniciem e continuem até ao meio-dia – ou que comece ao meio-dia e que os testes se iniciem e continuem até às 3 P.M./ul>

br>Procedimento

• Inicie escolhendo um local onde estará sempre de pé durante esta actividade. Certifique-se de que se encontra no meio do espaço de betão aberto, sem sombras nas proximidades. Marque este espaço usando o seu giz para delinear os seus sapatos.
• Escreva no local escolhido e peça ao seu ajudante que use o giz da calçada para traçar o contorno da sua sombra no betão.
• Utilize o seu giz para escrever a hora no topo da sua sombra.
• Repita estes passos a cada 30 minutos, marcando cada vez a hora do dia no topo da sua sombra.
• Enquanto espera para traçar a sua sombra use um lápis ou caneta para fazer um furo cuidadosamente através do centro da sua placa de papel.
• Verifica a hora, arredondando para a hora mais próxima, e escreve este número na extremidade da sua placa com um lápis de cera ou marcador. Por exemplo, se o relógio diz 9:45 da manhã, escreva “10” na chapa. Use a sua régua para desenhar uma linha recta a partir do número que escreveu até ao buraco no centro do prato.

li>Espere até o relógio ler a hora que escreveu antes de prosseguir para o passo seguinte (por exemplo, se começasse às 9:45 da manhã, esperaria 15 minutos até o relógio ler 10:00 da manhã).li>Tire o seu prato e palha de plástico para fora. Coloque o prato no chão e espete a palha através do buraco que fez. Incline a palha ligeiramente para a linha que desenhou.

• Roda cuidadosamente o prato para que a sombra da palha se alinhe com a linha que desenhou. Acha que a sombra permanecerá no mesmo lugar todo o dia? Porquê ou porque não?
• Colocar o pisa-papéis ou pedras nas próprias margens do prato para o manter no lugar.
• Cada hora verifique o seu relógio de sol e a posição da sombra no seu prato. Se começou às 10 da manhã, anote a posição da sombra às 11 da manhã e escreva “11” na borda do prato onde esta sombra cai. Cada vez que verificar o relógio de sol, escreva a hora na borda da placa onde a sombra cai. Porque pensa que a sombra está em movimento? O que é que o seu relógio de sol lhe faz lembrar?
• Após várias horas de traçar a sua própria sombra, observe as posições de cada traçado. A sua sombra move-se durante o dia? O que mais mudou na sua sombra com cada traçado? O que acha que causou estas mudanças?

Observações e resultados
Nesta actividade observou o movimento e as mudanças nas sombras ao longo do dia. No caso da sua própria sombra, o padrão que observou depende da hora do dia em que começou. Se iniciou esta actividade de manhã, deveria ter observado a sua sombra durante muito tempo e, a meio do dia, parecia muito mais curta. Se começou a meio do dia, notou o oposto – a sua sombra começou mais curta e cresceu mais ao longo da tarde. Contudo, independentemente de quando começou, deveria ter notado que a posição da sua sombra mudou ao longo do tempo. Como ficou mais tarde, a sua sombra deslocou-se no sentido dos ponteiros do relógio desde o primeiro esboço que desenhou – desde que estivesse a completar esta actividade no Hemisfério Norte!

Para o seu relógio de sol, deveria ter notado algo semelhante. A cada hora a sombra da palha estava numa posição diferente, cada vez que se movia no sentido dos ponteiros do relógio desde a posição inicial. Após algumas horas deveria ter notado que o relógio de sol se parece com o rosto de um relógio com os números uniformemente espaçados à volta da placa.

O motivo da mudança de forma e posição da sua sombra tem a ver com a rotação da Terra no seu eixo. À medida que a Terra gira, o Sol parece mover-se através do céu. O sol é mais alto no céu ao meio-dia ou ao meio-dia, e neste ponto lança a sua sombra mais curta porque está mais directamente acima de nós no céu. De manhã e mais tarde à tarde, o sol é mais descentrado e por isso lança uma sombra mais longa.

A posição da sombra também muda à medida que o sol parece mover-se através do nosso céu. Pode-se ver algo semelhante se se acender uma lanterna na mão, e depois mover a lanterna. À medida que se move a luz, a posição da sombra da sua mão muda com o movimento da lanterna. A posição do sol no nosso céu é ditada pela velocidade de rotação da Terra – ela gira no seu eixo a uma velocidade de 460 metros por segundo, ou aproximadamente 1.000 milhas por hora! Quando a Terra roda 15 graus no seu eixo, é como se o Sol se tivesse movido 15 graus através do nosso céu. Como resultado deste movimento (e dependendo de onde se vive), a sombra lançada pelo sol move-se aproximadamente 15 graus por hora, de modo que ao longo de 24 horas viaja 360 graus ao redor do seu relógio de sol.

p>Mais para explorar
Uma Questão de Tempo, de Science Buddies
Make Moon Cycles-with an Orange!, de Scientific American
Changing Constellations, de Science Buddies
Science Activities for All Ages!, de Science Buddies