Geschiedenis
Reeds in de oertijd besefte de mens dat hij langer dan één moment leefde. Hij zag het aan het op- en ondergaan van de zon, aan de cyclus van de jaargetijden, aan het opgroeien van zijn kinderen en aan het ouder worden van zichzelf. Hij noemde dit begrip, deze kennis "tijd", en hij zocht naar een middel om die tijd te meten.
De tijd meten? De eerste mens stak heel eenvoudig een stok in de grond en de schaduw van de stok die over de grond bewoog gaf de verschillende ogenblikken van de dag aan. Zo ontstond de eerste zonnewijzer - de allereerste was natuurlijk de zon zelf - die gnomon werd genoemd.
Toch had de gnomon allerlei gebreken. Ten eerste was hij slechts plaatselijk bruikbaar, want de lengte en de richting van de schaduw varieerden naargelang van de plaats op onze aardbol. Met andere woorden, een stok die dichter bij de evenaar is geplaatst (daar staat de zon loodrecht op het aardoppervlak), projecteert een schaduw die verschilt van die welke aan de noordpool wordt geplaatst. Bovendien hield de gnomon er geen rekening mee dat de aarde onder een bepaalde hoek om de zon draait en dat de staaf dus niet loodrecht op de grond, maar wel loodrecht op het evenaarsvlak moet staan.
Uit die kennis ontstond dan later pas de echte zonnewijzer, die een verbetering is op het principe van de gnomon. De staaf (ook stylus geheten) staat nu loodrecht op het evenaarsvlak en loopt evenwijdig met de as van de aarde, die in de richting van de poolster wijst.
Na enkele eeuwen waren er al heel wat variaties op deze zonnewijzer; zo onderscheiden we een horizontale zonnewijzer, namelijk als het vlak van de schaduwlijnen horizontaal is, een verticale zonnewijzer, als men de schaduwen op een verticaal vlak op opvangt, een equatoriale zonnewijzer, als het grondvlak evenwijdig loopt aan het evenaarsvlak.
Nu had men wel een visuele voorstelling van de stand van de zon, maar men kon er nog steeds geen "tijd" aan vastknopen. In samenwerking met astronomen, hebben de Egyptische pottenbakkers een systeem van wateruurwerken uitgedokterd. Een wateruurwerk, bestond uit twee grote, dikbuikige kruiken, waarvan er een met water was gevuld het water liep heel langzaam door een klein gaatje in de andere kruik. En in één dag, dus van de ene zonsopgang tpt de andere, was de eerste kruik 24 maal leeg geweest. Daarom verdeelde men de dag in 24 uren. Bij de Chaldeeën werden deze wateruurwerken, of clepsydra's gebruikt om de polsslag te meten (deze methode bleef tot de renaissance in gebruik).
Nog later werden de dunne korte staven van de eerste zonnewijzers vervangen door grote obelisken, die voor de tempels werden opgericht. Ze werden zo gebouwd, dat de meting steeds nauwkeuriger werd. Op de Parijse Place de la Concorde vindt u een obelisk uit Boven-Egypte, die stellig meer dan 3000 jaar oud is. Hij werd in 1831 naar de Franse hoofdstad overgebracht.
Nochtans had de uitvinding van de zonnewijzer het probleem van de tijdmeting niet opgelost voor de uren die verstreken tussen zonsondergang en zonsopgang, de nachtelijke uren dus.
De Egyptische astronomen, die vermaarde sterrenkijkers waren, hebben uit de stand van de maan en de sterren meetinstrumenten ontworpen, die deze lichamen gebruikten als oriëntatiepunt.
In feite werden er niet zoveel grote zonnewijzers gemaakt, want de mensen hadden bij het begin van de middeleeuwen behoefte aan kleine draagbare zonnewijzers. Die werden dan ook met alle nodige pracht en praal vervaardigd. Vanaf het einde van de 16e. eeuw tot de 19e. eeuw werden ook zakzonnewijzers gemaakt, die niet alleen in Europa, maar ook in het verre Oosten een groot succes hadden. Ze werden kunstig versierd en vele waren van ivoor, zilver of zelfs van goud vervaardigd.
De uitvinding van het mechanisch uurwerk heeft de zonnewijzer niet in de vergeethoek geduwd, want het nieuwe instrument werd met behulp van de zonnewijzer juist gezet. Artiesten en technici bleven tijdens de 18e. en 19e. eeuw zonnewijzers maken, soms met allerlei gadgets uitgerust. Zo werd omstreeks het einde van de 18e. eeuw door de Franse ingenieur Chevalier een heel merkwaardige zonnewijzer gebouwd. Om twaalf uur 's middags concentreerde een lens de zonnestralen op het zundgat van een miniatuurkanon, waardoor het kruit tot ontploffing kwam en het kanon een schot loste.
En thans, in de 20e. eeuw vinden we nog steeds een groot aantal zonnewijzers op de muren van oude gebouwen. Misschien hebt u zelf ook een zonnewijzer in uw tuin staan, die eruitziet als een uitgeholde wereldbol of ales een bol of cilindervormige steen. Als U goed rondkijkt, merkt u er wellicht een op de gevel van de kerk, of in een park.
Werking
Een zonnewijzer maakt gebruik van de baan die de zon langs de hemel maakt. De aarde draait in 24 uur volledig rond ten opzichte van de zon, in één uur is er dus een verschuiving van de zon langs de hemel van 15° (360/24 ). Een zonnewijzer heeft een staaf die ongeveer evenwijdig loopt aan de aardas, de schaduw van deze staaf valt op een ring waarop een urenschaal is aangebracht.
Plaatsing
De zonnewijzer dient met de punt naar het noorden te worden geplaatst, hierdoor valt de schaduw van de staaf in theorie om 12:00 uur 's middags op het midden van de urenverdeling.
Afwijking
Helaas is een zonnewijzer niet altijd even nauwkeurig. In de loop van het jaar loopt het verschil tussen de normale tijd en de tijd die de zonnewijzer aangeeft op tot ongeveer een kwartier. Hiervoor zijn twee oorzaken: ten eerste is de baan van de aarde rond de zon elliptisch. Bovendien staat de aardas schuin op het vlak van de aardbaan.
We merken dit natuurlijk zelf ook dagelijks, de zon komt ook niet elke dag op hetzelfde tijdstip op, ook de tijd van ondergaan varieert. Het verloop van het verschil tussen 'onze' tijd en de tijd die de zonnewijzer aangeeft is te zien in de tabel.
De waarde die in de tabel is aangegeven geeft aan hoe ver de tijd voorloopt op de zonnewijzer. Ligt de waarde boven de as dan loopt de zonnewijzer dus achter.
Hoek van de poolstijl
De horizontale stijl moet in midden Nederland onder een hoek van 52 graden worden geplaatst in het horizontale vlak. Alleen dan geeft uw zonnewijzer de exacte tijd. Aan. Voor Zuid Nederland is dit 51 graden en voor Noord Nederland 53 graden. Je zonnewijzer is een fraai sieraad voor de tuin, maar het is natuurlijk nog leuker als hij ongeveer de juiste tijd aangeeft. Als je uit karton een rechte hoek knipt met een breedte van 78 mm en een lengte van 100 mm heeft u een hoek van 52 graden.
Je zonnewijzer staat natuurlijk waterpas. Maar dan ben je er nog niet…. De richting van de zonnewijzer moet nu worden bepaald.
Je kunt dat het beste met een horloge doen. Richt de zonnewijzer naar het noorden en zorg voor een correcte hoek. Bij tijden gaan we altijd uit van de Midden Europese tijd. Hierbij moet je ’s zomers een uur optellen Tevens heb je voor de exacte tijdsbepaling een zogenaamde tijdvereffeningstabel(zie onder deze tekst) nodig. De getallen hiervan geven het aantal minuten aan dat je in de desbetreffende maand erbij moet optellen of aftrekken voor de exacte tijd. Misschien is het wat ingewikkeld, en helemaal zuiver al niet altijd lukken. Gelukkig kunt je je dan troosten met de gedachte dat een zonnewijzer gewoon een plaatje is om te zien.
Elk type zonnewijzer bestaat uit een meetkundig uitgeslagen wijzerplaat waarop voor het aflezen van de tijd de schaduw van een wijzer valt. Deze wijzer moet precies evenwijdig aan de noord-zuid-as van de aarde lopen. Dat is gemakkelijk te verwezenlijken. We hoeven in een atlas alleen maar het aantal graden noorderbreedte waarop onze woonplaats ten opzichte van de evenaar ligt op te zoeken. Wanneer we de wijzer een even grote hoek met het horizontale vlak laten maken en op het noorden richten, zal hij nauwkeurig evenwijdig aan de genoemde aardas lopen. Als we er 's avonds langs kijken, zal de poolster in het vizier liggen. Hieruit blijkt dat de helling van de wijzer toeneemt naarmate onze woonplaats noordelijker is gelegen. De zuidelijke grens van onze lezerskring ligt in België bijvoorbeeld op 50' graad noorderbreedte en de noordelijke hij de Waddeneilanden op 53½ graad; altijd nog een verschil van 3 graden. Een in het nog zuidelijker gelegen Frankrijk gekochte zonnewijzer zal bij ons dan ook een onjuiste tijd aangeven! De meetkundige uitslag van de wijzerplaat, waarbij we slechts enig tekengerei nodig hebben, is eveneens van het aantal graden noorderbreedte van onze woonplaats afhankelijk; dat zal straks blijken.
Als we een zonnewijzer willen maken waarop alleen maar de plaatselijke zonnetijd is af te lezen, kan de atlas al worden opgeborgen. Deze zonnetijd komt echter niet met de hier thans geldende Midden-Europese tijd (M.E.T.) overeen. Bedenk namelijk dat de zon in oostelijker gelegen streken eerder dan bij ons opkomt. Over een afstand van 15 graden oosterlengte ten opzichte van de nulmeridiaan van Greenwich scheelt dat één uur. Om over de gehele wereld tot een gemakkelijk vergelijkbare tijdrekening te komen verdeelde men het. aardoppervlak in zones van 15 lengtegraden. De bij ons geldende M.E.T. is de plaatselijke zonnetijd van de streek die op 15 graden oosterlengte is gelegen; dat is ongeveer bij de grens tussen Oost-Duitsland en Polen. Om het tijdsverschil tussen de plaatselijke zonnetijd en de M.E.T. vast te stellen zoeken we eerst in de atlas het aantal graden oosterlengte waarop onze woonplaats ligt op. Dit getal trekken we af van 15, waarna we het verschil met 4 vermenigvuldigen. Op een plaats die op 5 graden oosterlengte ligt, zoals bijvoorbeeld Gorinchem, loopt de plaatselijke zonnetijd dus (15 - 5) x 4 = 40 minuten achterop de M.E.T. Om bij het aflezen van de zonnewijzer steeds terugkerend hoofdrekenwerk te besparen kunnen we ook de wijzerplaat gemakkelijk aan de M.E.T. aanpassen. We merken nog op dat we bij het uitslaan van de wijzer en de wijzerplaat in de praktijk geen rekening met halve graden behoeven te houden. Die kunnen, vooral hij een klein model, nauwelijks zuiver worden getekend. Het zal bovendien zonneklaar zijn dat een zonnewijzer niet op een beschaduwde plaats mag worden opgesteld.
Beoordelen samenwerken en communicatieve competenties
