Werk van Leden - januari 2007

Equatoriale zonnewijzer met optische schijf

Het essentiële onderdeel van deze zonnewijzer is een cirkelronde schijf van perspex die in het equatoriale vlak ligt. Het zonlicht dat aan de ene kant de schijf binnenkomt, komt er aan de andere kant min of meer gefocusseerd weer uit, waarna het wordt opgevangen op een instelbaar schermpje met een indexlijn die de tijd aanwijst.

Alleen omdat het nodig is voor de constructie heeft deze zonnewijzer nog zoiets als een stijl: de ondoorzichtige pen waarmee de perspex schijf is bevestigd op het onderstel. Deze geeft een schaduw die goed bruikbaar is bij het instellen van de index, maar hij is niet echt nodig.

Deze zonnewijzer functioneert bij iedere declinatie van de zon, zelfs als die veel groter zou zijn dan 23,5 graad. Licht dat binnenkomt aan het cilinderoppervlak kan de schijf alleen verlaten via dit cilinderoppervlak. Evenzo kan licht dat binnenkomt aan het bovenvlak de schijf alleen verlaten via het ondervlak.

Dat is zo doordat deze oppervlakken haaks op elkaar staan en doordat de brekingsindex (n) van perspex voldoende groot is: n=1,5. Daardoor is de grenshoek kleiner dan 45 graden.
Voor alle invallende lichtstralen is de hoek van de gebroken straal met de normaal kleiner dan de grenshoek, dus kleiner dan 45 graden. Daardoor is de hoek van inval aan het tweede oppervlak groter dan 45 graden en dus groter dan de grenshoek. Daar wordt de lichtstraal dus totaal gereflecteerd.
Dit geldt voor alle richtingen van de inkomende stralen. Bij scherende inval van het zonlicht is de hoek van inval heel groot. Ook hierbij wordt het licht dus toch in de schijf ingevangen en volgt het een zigzagkoers tussen onder- en bovenvlak.

Bij iedere zonsdeclinatie is de lichtgang ongeveer in het equatorvlak, ook in de zomermaanden, wanneer de dagboog van de zon groter dan 180 graden is. Daardoor is het niet mogelijk het uittredende, gefocusseerde zonlicht op te vangen op een cilinder met urenschaal. Daarbij zou die cilinder in de vroege ochtend en de late avond het binnenkomen van het zonlicht in de weg zitten.
Daarom heeft deze zonnewijzer een schermpje met een indexlijn dat draaibaar is om de as van de optische schijf. De indexlijn wordt ingesteld op het midden van de uittredende, min of meer gefocusseerde lichtbundel. Een verbindingslijntje van de indexlijn naar de urenschaal wijst daar dan het juiste uur aan.

De zonnewijzer is gemaakt voor 52 graden NB; het equatorvlak staat onder een hoek van 38 graden met het horizontale vlak.
Voor het overige is hij instelbaar voor de geografische lengte, voor zomer- of wintertijd en voor de tijdvereffening.
Die instelling gebeurt m.b.v. een schijf tussen de basisplaat en de urenschijf, waarop de benodigde schaalverdelingen zijn aangebracht. Deze tussenschijf wordt ingesteld op de geografische lengte. Daarna wordt de urenschijf ingesteld op zomer- of wintertijd en op de tijdvereffening.

Ton van den Beld

Idee en realisatie: Ton van den Beld