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MONTURE DE GLOBE TERRESTRE.
L'invention concerne les procédésde montage des globes terrestres et a pour objet un globe astro-terrestre. -
On a déjà essayé différentes montures de globes terrestres permettant d'expliquer les changements de saisons et les autres manifestations naturelles de même genre.-
La monture perfectionnée qui fait l'objet de l'invention se distingue par les éléments nouveaux et utiles
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qu'elle comporte et qui permettent d'expliquer également dautres particularités du mouvement de la terre.
L'instrument peut, d'ailleurs, être également utilisé à l'enseignement de la géographie.-
En établissant cet instrument on s'est surtout proposé de réaliser un appareil spécial permettant d'expliquer la différence entre le temps sidéral et le temps solai- re. Les ouvrages astronomiques attribuent invariablement cette différence à l'augmentation quotidienne de l'ascension droite du Soleil.- On.sait, en effet qu'à mesure que croit l'ascension droite du Soleil, l'instant de son passage au méridien, exprimé en temps sidéral, recule d'un jour sidéral à l'autre, la différence étant en moyenne de quatre minutes. Il s'en suit que l'intervalle compris entre deux passages successifs du centre du Soleil au méridien est de quatre minutes plus long que le jour sidéral.
Si, par exemple, une étoile passe aujourd'hui au méridien au même instant que le centre du Soleil, demain son passage par le méridien devance. ra d'environ quatre minutes le passage du centre du Soleil, puisque dans l'intervalle ; le Soleil aura abandonné la position qu'il occupe aujourd'hui.
Mais le centre du Soleil devant être considéré comme fixe par rapport à la Terre se mouvant sur son orbite, c'est à un mouvement spécial de la Terre que l'on doit attribuer l'augmentation de l'ascension droite du Soleil, ainsi que la différence qu'elle crée entre le temps sidéral et le temps moyen. Un jour sidéral équivalant à l'intervalle entre deux passages consécutifs d'une même étoile au méridien et étant mesuré par 23 heures 56 minutes de temps solaire moyen, il représente la vraie période de révolution de la Terre autour de l'axe passant par ses pôles.
Mais comme le Soleil retarde, tous les jours d'environ quatre mi-nutes et comme il doit être considéré comme fixe, la différenoe de quatre minutes (où d'un degré d'arc) ne peut être
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due qu'à un déplacement de l'équateur, c'est-à-dire à un mouvement de la Terre.
L'instrument qui sera décrit ci-après permet d'expliquer parmi plusieurs autres phénomènes :
1 .- Que la Terre et par conséquent aussi, le plan du méridien tourne dans un sens contraire à celui de la rotation de l'axe terrestre.
Que l'ampleur de ce mouvement rétrograde équivaut précisément au déplacement du méridien de l'angle correspondant aux quatres minutes qui distinguent la durée du jour sidéral de la durée du jour solaire, c'est-à-dire à l'augmentation que subit quotidiennement l'ascenSion droite du Soleil.
3 .- Que le plan de l'équateur tourne nécessairement avec la Terre autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique et engendre ainsi la variation connue sous le nom d'équation du temps.
4 .- Que la rotation rétrograde de la Terre a lieu autour d'un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique et qu'une légère variation de ce mouvement de rotation donnerait lieu à la precession des équinoxes.
Le déplacement du méridien dû à la rotation de la Terre en sens contraire est, en réalité, oausé par l'effet gyroscopique qu'engendre la rotation diurne de la Terre autour de l'axe passant par ses p8les ; grâce à cette rotation, le plan passant par ces pôles reste constamment parallèle à lui-même. On désigne habituellement par "non relatif le mouvement subordonné à cette condition et qui diffère de celui de la Lune ; celle-ci présente en effet à la Terre invariablement la même face et tourne une fois sur son axe pendant qu'elle effectue une révolution autour de la Terre, les deux rotations étant de même sens.
On peut toujours démontrer qu'un corps ne peut tourner autour d'un point fixe sans tourner, en même temps, autour d'un axe perpendiculaire au plan de sa rotation ; il
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sten suit que la Terre doit tourner autour d'un pareil axe comme le fait la Lune, les effets de la rotation de la Terre étant, toutefois, réduits par la rotation rétrograde décrite précédemment et résultant des deux rotations qui ont lieu en môme temps. En effet, s'il n'y avait pas de rotation rétrograde, le Soleil aurait atteint régulièrement le point culminant de sa oourse toutes les 23 heures 56 minutes et, chaque jour, les étoiles passeraient au méridien quatre minutes avant le Soleil.
De même s'il n'y avait pas de rotation directe (comme dans le cas de la Lune) chacun des pales de la Terre décriraient dans l'espace, une circon. férenoe entière, pendant que la Terre accomplirait une Révo. lution.-
L'instrument faisant l'objet de lt invention est basé sur les considérations ci-dessus et rend bien plus facile l'étude du mouvement quela Terre effectue par rapport au Soleil. Grâce à cet instrument, l'étudiant saisit. la question qu'il ne pourrait autrement pénétrer s'il ne possède des connaissances mathématiques bien supérieures à celle$dont dispose un¯,.individu moyen.
L'instrument comprend, d'abord, un socle en toute matière appropriée et constitué, de préférence, par un trépied ou montant en fer, suffisamment stable. Un pivot en acier, ou autre métal, loge dans un moyeu à la partie centrale du socle et porte un bras rotatif radial.
Sur le pivot même, ou sur un élément prolongeant le pivot, est établi un disque gradué circulaire en matière transparente, ou en celluloïd, en métal etc... fixé par un écrou molette, ou par un organe analogue, à l'extrémité supérieure du pivot. Le centre de cet écrou, ou vis, correspondant au centre du disque, peut représenter le Soleil et porter, éventuellement une petite ou autre source de lumière artificielle pour éclaira le globe qui sera décrit ciaprès.
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Le disque circulaire doit représenter le plan de l'écliptique ; il est divisé près de son bord extérieur, sur sa surface supérieure, en mois et jours et peut, dail- leurs, porter également des divisions en degrés et en heures en même temps que les signes du zodiaque des cercles azimutaux, des cercles d'amplitudes etc. Le bras radial présente un moyeu à chacune de ses extrémités, le moyeu interne étant perforé de façon à entourer exactement le pivot central autour duquel tourne le bras ; la perforation du moyeu ex- téfieur est oreusée de manière à entourer une broche rotative parallèle au pivot central, ces deux éléments étant par conséquent perpendiculaires au plan du disque.
A son bout supérieur, la broche porte un prolongement qui y est fixé invariablement, ou qui en fait pastie et qui porte lui-même un pivot invariablement fixé ou faisant partie de ce prolongement , le pivot est convenablement orienté pour constituer axe polaire.
Sur cet axe est monté un globe rotatif représentant la Terre et portant les cerdles conventionels, comme de coutume. Le bras radial se prolonge au-delà du moyeu externe et présente un support faisant partie du bras ou y étant fixé au moyen de vis. Le support est destiné à retenir un écran hémisphérique creux monté sur un épanouissement du support et entourant une partie du globe ; le globe se trouve ainsi constamment à l'intérieur de l'écran par une de ses moitiés mais peut tourner sans toucher à l'écran.
L'écran peut être fait en toute matière appropriée par exemple en aluminium, en celluloïd etc.., il présente un prolongement, grâce auquel on peut règler la position qu'il occupe sur le bras radial ;il est fixé à l'aide d'une ou de plusieurs vis auxquelles on peut donner une longueur suffisante pour s'en servir comme de poignée et manoeuvrer l'écran. On peut, aussi bien, fixer l'écran à un cercle méridien du bras radial, comme il sera montré ci-après.
Une particularité essentielle de l'écran consis.
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te dans l'ouverturecirculaire qui est taillée dans sa paroi supérieure et qui vient se placer immédiatement audessus et dans le plan du cercle arctique tracé sur le globe quand le globe est supposé âtre au solstice d'hiver.
L'ouverture circulaire sera décrite plus loin en détail.
La broche qui tourne dans le moyeu externe du bras radial comporte ine crosse assujettie invariablement à son bout Inférieur, en dessous du moyeu. Une vis de calage et un écrou servent à fixer la crosse et à en régler la position. La crosse se prolonge latéralement et constitue poignée permettant de manoeuvrer la broche et de déplacer le bras radial autour du pivot central. Elle porte un index qui y est fixé ou en fait partie et qui s'étend perpendiculairement aux poignées latérales, pour que l'axe polaire puisse conserver une position invariable.
Au dessus dé l'écran opaque on peut adapter un méridien ou un cadran gradué, en le fixant à l'écran ou en le montant à charnière sur le support qui prolonge le bras radial, de façon à pouvoir éloigner temporairement ces éléments, quand on veut utiliser le globe pour enseigner la géographie, ou à pouvoir utiliser le .méridien gradué seul et non l'écran. On pourra actionner la broche depuis le pivot central à l'aide d'engrenages. Néanmoins, le dispositif à crosse convient tout particulièrement car il permet de faire tourner la broche sans avoir à déplacer le bras radial.
Aux dessins ci-annexés ;
La Fig. 1 montre l'instrument en élévation.
La Fig. 2 est une vue en plan se rapportant à la Fig.1 et montrant le globe en différentes positions.
La Fig. 3 fait voir une autre forme d'exécution du support de l'écran lequel est combiné à un cadran méridien figé rigidement, ou articulé, au prolongement du bras constituant support:-
Diaprés Fig. 4 on: se rend Dompte de l'usage
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qu'on peut faire de l'écran opaque.
Comme on le voit à la Fig. l, le socle 1 présente un moyeu 2 à l'intérieur duquel est engagé le pivot 3. Ce- lui-ci est fixé au moyeu 2 à l'aide d'une vis de calage 4 ou d'un organe analogue. Le disque en cellulold 6, représentant le plan de l'écliptique, est maintenu par un collier 7 sur le prolongeaient du pivot 4 ; il y est fixé par un écrou moletté 8.
Le bras radial 9 comprend un premier moyeu 10 qui tourne fou sur le pivot 3 et un second moyeu 11 situé en son extrémité. La broche 12 peut tourner à l'intérieur du moyeu 11, le prolongement 13 porte le pivot polaire 14 autour duquel peut tourner le globe 15. Le support 16, présentant un épanouissement 17 retient l'écran hémisphérique opaque 18 par l'intermédiaire d'un prolongement 19 faisant corps avec l'écrou , ou y étant fixé. Ce prolongement est fixé au support 17 à l'aide de la vis 20 qui s'étend jusqu'en 21 ou elle constitue poignée, et qui sort à déplacer le bras radial 9 autour du pivot 13.
A la partie supérieure de l'écran 18 on a percé une ouverture circulaire 22 que l'on peut se figurer comrae divisée en 24 heures et fractions de manière constituer cercle des temps ainsi qu'il sera expliqué en détail. Dans la position représentée, l'ouverture circulaire coïncide avec le cercle polaire 30, mais dans d'autres positions, ces deux cercles se coupent ; cette disposition a été choisie dans un but spécial qui sera élucidé plus loin.
La crosse 23 est montée rigidement sur la broche 12 par l'intermédiaire d'un moyeu passant sur l'extrémité inférieure de la broche et fixé par une vis de calage 26 et un écrou 24, ou par, des moyens analogues. La crosse se prolonge en 27 et forme des poignées de manoeuvre pour la broche 12, comme on voit plus clairement à la Fig. 2 ; elle porte un indes: 28 qui marque la direction de l'axe polaire.
La Fig. 2 représente l'instrument vu en plan,
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les éléments étant dé signés par les mêmes chiffres que sur la Fig. 1. Grâce à la poignée 21, on peut faire mouvoir le bras radial 9 le long d'un cercle entourant le pivot central 3. Le globe 15 peut prendre toutes les positions sur le cercle, telles que A.B.C.D. qui correspondent respectivement aux solstices d'hiver et d'été, aux équinoxes de printemps et d'automne. Quand on se sert des poignées 27 de la crosse pour faire tourner le bras 9, ces poignées restent parallèles à la position qu'elles occupaient au début en A, l'index 28 et avec lui l'axe polaire 22 pointant constamment vers le nord, supposé en N.
A la position B (équinoxe du printemps) située à 90 de la position B, le cercle 22 de l'écran 18 s'est déplacé de 90 avec le bras radial ; il ne coïncide donc plus aveo le oercle polaire 30, et le pale 29 n'est plus au centre du cercle 22, comme en A.
Le globe occupant la position 0 (solstice d'été) à 1800 de la position 2, le cercle 22 de l'écran a complètement abandonné le cercle polaire 30 lequel est entièrement en dehors de la -- ,. face plane 32 de l'écran qui sépare la région "nuit" de la région "jour". Il est clair que quand le globe occupe cette position et tourne autour de l'axe polaire 29, il est éclairé sans desse par le soleil, 24 heures durant.
Dans la position D ( équinoxe d'automne ) le cercle 22 vient de nouveau couper le cercle polaire 30 sur un cadran opposé à celui qu'il occupait dans le cas de la position B. Le globe revenant à sa position primitive A, les deux cercles coïncident à nouveau.
Bien entendu, en toutes positions intermédiaires (non représentées), les cercles se coupent mutuellement sur des segments variables, selon la distance que le globe a franchi sur son orbite.
Le cercle polaire est divisé en 24 heures et on peut diviser pareillement l'ouverture circulaire 22. Les segments sur lesquels les deux cercles viennent se couper
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pendant que le globe effectue une révolution, mesurent, en heures et fractions d'heures, la différence entre le temps sidéral et le temps solaire, en un jour quelconque de l'année.
La Fig. 3 se rapporte à une autre forme d'exécution. Ici, l'écran opaque 18 est adapté à un méridien, ou cadran gradué 37 relié rigidement, ou articulé, au support 5 et au prolongement 16 du bras radial 9 ; l'écrou 18 que l'on voit sectionné par un plan vertical est fixé au méridien par des tenons s'engageant dans des oeillets, de manière à constituer charnière. Le globe 15 est établi sur le pivot polaire 14, comme dans le oas précédent. Un cercle gradué horizontal 41, indiqué en traits interrompus, est adapté au méridien 37 concentriquement au globe 15, Quand on fait -tourner le bras radial 9 autour du pivot central (Fig.l), le méridien qu'il porte en 38 passera par les divisions des jours et les autres divisions marquées sur le bord du disque 6.
Quand on rait tourner le globe 15 en agissant sur la broche 12, la ligne 25 du méridien qui coupe l'équateur en 40, marquera sur 1''anneau gradué 41 un certair nombre de divisions exprimées en degrés, ou en heures et en fractions de degrés ou d'heures ; ces divisions seront lues en même temps que celles que l'index méridien 38 marque sur le disque 6.
Cette lecture représentera la valeur de l'angle dont 1@ globe 15 aura tourné autour de son axe par rapport à celle de l'angle que le globe franohit dans sa révolution autour du pivot central, quand on fait tourne autour de ce pivot le bras radial, elle servira de moyen de contrôle pour des mesures semblables faites sur le plus petit cercle 22 de l'écran 18, décrit ci-après,
La Fig. 4 est un diagramme montrant en détail la façon dont se coupent les deux cercles ; on suppose que les différents éléments occupent la position B, (Fig.2).
On suppose aussi que l'écran opaque 18 avec son ouverture 22 tourne dans la direction de la flèche 36 autour de l'axe
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X, perpendiculaire au plan du disque 5 (Fig. 2). Quand au globe 15, il est censé tourner avec le cercle polaire 30, autour de l'axe polaire 29 dans la direction de la flèche 43.
On peut d'ailleurs démontrer que le globe 15 tourne autour de l'axe X suivant la direction de la flèche 35, c'est-à-dire qu'il effectue la rotation précédemment mentionnée. Le diagramme sert à faire voir les changements qui ont lieu depuis que le globe a abandonné la position A (fig. 2) jusqu'à de qu'il ait atteint la position B représentée sur la même figure. Quand le globe est à la position B la paroi plane 32 de l'écran 18 a une direction est-ouest désignée par E-W sur le diagramme de la fig. 4, l'éorou ayant tourné de 90 .
Quand le globe passe de A en B (Fig. 2) le bord 32 de l'écran 18 prend successivement x,m, x n, x q, x r, x s, x t, x u, x v, x w, x y. Les différents ppints par lesquels passe le bord sont autant de divisions marquant des heures dur le cercle arctique 30 le bord 32 de l'écran coupant le cercle en Y, marque 12 heures de jour à l'intérieur du cercle arctique.
Mais il s'agit de la position B (Fig. 2 ; équinoxe du printemes 12 divisions horaires resteront à l'intérieur de l'écran opaque 18, comme c'est indiqué par les traits interrompus 33, la durée du jour étant égale à celle de la nuit sur toute la Terre.
-- On voit en outre, que tandis que l'écran 18 continue à tourner autour de l'axe X, le bord 32 de l'écran'vient à la position C (Fig. 2) après avoir passé sur les traits interrompus 33 (Fig. 4), et marquera un nouveau segment de 12 heures ; le cercle arctique sera alors complètement en dehors de l'écran 18.
Pour la position D du globe, corresp à l'équinoxe d'automne, l'écran 18 occupe la position indiquée (Fig. 2) et marque de nouveau 12 ligures de nuit et 12 heures de jour, comme si le diaamme de la Fig. 47 était retourné.
Ces conditions se réalisent deux fois à chaque révolution qu'effectue le globe, le bord 32 de l'écran divisant en deux
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parties égales le cercle arctique 30.
Quand le globe est revenu en A (Fig. 2) l'écran 18 a repris sa position initiale le solstice d'hiver et le cercle arctique 30 coïncide à nouveau avec l'ouverture ciroulaire 22, ce cercle se trouvant entièrement compris à l'intérieur de l'écran, marque, par conséquent, 24 heures de nuit.
On peut se représenter facilement toutes les variations intermédiaires de la durée du jour et de la nuit.
La rotation diurne qu'effectue normalement la terre autour de l'axe polaire est indiquée par la flèche 40, indépendamment de la rotation du globe 15 et de l'écran 18 autour de l'axe X.
Le rôle de l'ouverture circulaire 22, percée dans l'écran opaque 18 est le suivant :
Pendant que cet écran tourne autour de l'axe X , l'ouverture circulaire 22, qui coïncide en A (Fig. 2) avec le cercle arctique, continue à couper le cercle arctique en toutes les positions intermédiaires, sauf dans la position C, pour laquelle les deux cercles sont tangants.
Le diagramme de la Fig. 4 fait voir les points d' intersection des cercles 22 et 30, depuis le point zéro pour lequel les cercles coïncident. La première intersection horaire a lieu en a et les intersections successives en b , c, d, e , f, s'étendant sur une période de 6 heures, après laquelle le cercle occupe la position 22, comme en B (Fig.2). L'aire correspondant à l'intersection est repré sentée comme décrite par des rayons émanant de centres successifs distribués uniformément le long d'un cercle 34 ; celui-ci représente le lieu géométrique de l'axe polaire 29 par rapport au cercle 22, quand le globe effectue une révolution complète.
Si l'on imagine que l'écran 18, continuant à se déplacer, arrive en C (Fig. 2) ce cercle 22 continuera à couper le cercle arctique 30 aux points g, h, i, j, k, l,couvrant six heures entre les positions et C (Fig. 2) Ces
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heures représentent la différence entre le temps sidéral et le temps solaire, ou le retard que marque le soleil, par rapport au temps sidéral, depuis l'équinoxe du printemps jusqu' au solstice d'été, retard qui équivaut aussi à l'accroissement de l'ascension droite du Soleil indiquée sur le cercle horaire 44, le 21 Juin (Fig. 2).
Du diagramme, on peut déduire que l'écran 18 continuant à tourner autour de l'axe 7, le cercle 22-passera par les points horaires situés au-delà de 1, tels que m, n, 0,1 Le bord 32 de l'écran précédera toujours les intersections des cercles désignés par les droites xm, xn xo, etc., comme il a été expliqué précédemment ; il marquera donc les heures de jour et les heures de nuit, comprises dans le cercle arctique.
On notera que l'arc intercepté par un quelconque des rayons vecteurs, par exemple par xy, équivaut au double de l'arc que le cercle 22 intercepte en f. L'arc yf est égal à 90 et l'arc xy à 180 .-
Le cercle 22 situé sur l'écran 18, peut être constitué par une ouverture circulaire découpée dans l'écran, ou bien par 24 orifices rangés le long d'un cercle et représentant des heures de manière que, dans de dernier cas, le cercle arctique se déplaçant au-delà du centre de chaque ouverture soit l'équivalent du cercle d'intersection considéré précédemment. Si l'écran est fait en celluloïd transparent, on pourra graver le cercle 22 et les divisions horaires sur sa surface.
D'après ce qui précède, et en examinant le diagramme de la Fig. 4, on voit que le plan de basé de l'ombre de la Terre et représenté par le bord 32 de l'écran 18, ne cesse de tourner dans l'espace autour d'un axe tel que X, per- pendiculaire au plan de l'écliptique. On voit, de même que ce plan. coupes, successivement le cercle arotique, tracé sur le globe en des points uniformément répartis ; les différentes intersections divisent en heures et fractions d'heures la période de jour ou de nuit comprise à l'intérieur du cercle arc-
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tique et correspondant a un jour quelconque de l'année.
On voit aussi qu'un cercle de l'ombre terrestre tangent au plan de la base, et représenté par le cercle 22 de l'écran 18, coupera le cercle arctique du globe en des points régulièrement espacés et divisera ainsi en heures et en fractions d'heures la période qui mesure le retard du Soleil par rapport au temps sidéral à partir de l'équinoxe du printemps, comme on le mesure ordinairement.
L'écartement angulaire des différentes intersections étant égal à l'accroissement que subit, durant la période correspondante, l'ascension droite du Soleil, on peut les considérer comme représentant simultanément la différence entre le temps sidéral et le temps solaire et l'accroissement de l'ascension droite du Soleil,
L'instrument peut être. construit non seulement suivant le modèle salaire qui vient d'être décrit, mais aussi suivant un modèle de haute précision dans lequel les plans et cercles essentiels seraient fait en métal, gradués à la machine et pourvus de verniers et de microscopes, On pourra établir le plan de l'écliptique exoentriquement sur le pivot central de manière à reproduire les conditions réelles du mouvement de la Terre.
Bref, on pourra faire de cet appareil un instrument de haute précision, permettant détudier de près les mouvements décrits.
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EARTH GLOBE MOUNT.
The invention relates to methods of mounting terrestrial globes and relates to an astro-terrestrial globe. -
We have already tried different mounts of terrestrial globes to explain the changes of seasons and other natural manifestations of the same kind.
The improved frame which is the subject of the invention is distinguished by the new and useful elements
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which it includes and which also explain other peculiarities of the movement of the earth.
The instrument can, moreover, also be used for teaching geography.
In establishing this instrument, the main goal was to produce a special device that would explain the difference between sidereal time and solar time. Astronomical works invariably attribute this difference to the daily increase in the right ascension of the Sun. We know, in fact, that as the right ascension of the Sun increases, the instant of its passage to the meridian, expressed in sidereal time, recedes from one sidereal day to another, the difference being on average four minutes. It follows that the interval between two successive passages from the center of the Sun to the meridian is four minutes longer than the sidereal day.
If, for example, a star passes through the meridian today at the same time as the center of the Sun, tomorrow its passage through the meridian precedes. ra of about four minutes the passage of the center of the Sun, since in the interval; the Sun will have abandoned the position it occupies today.
But the center of the Sun to be considered as fixed with respect to the Earth moving in its orbit, it is to a special movement of the Earth that we must attribute the increase in the right ascension of the Sun, as well as the difference it creates between sidereal time and average time. A sidereal day equivalent to the interval between two consecutive passages of the same star at the meridian and being measured by 23 hours 56 minutes of mean solar time, it represents the true period of revolution of the Earth around the axis passing through its poles.
But as the Sun delays every day by about four minutes and as it should be considered fixed, the difference of four minutes (or one degree of arc) cannot be
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due only to a displacement of the equator, that is to say to a movement of the Earth.
The instrument which will be described below makes it possible to explain, among several other phenomena:
1 .- That the Earth and therefore also, the meridian plane rotates in a direction opposite to that of the rotation of the earth axis.
That the magnitude of this retrograde movement is precisely equivalent to the displacement of the meridian by the angle corresponding to the four minutes which distinguish the duration of the sidereal day from the duration of the solar day, that is to say to the increase that is suffered daily the right ascension of the Sun.
3 .- That the plane of the equator necessarily rotates with the Earth around an axis perpendicular to the plane of the ecliptic and thus generates the variation known as the equation of time.
4 .- That the retrograde rotation of the Earth takes place around an axis perpendicular to the plane of the ecliptic and that a slight variation of this rotational movement would give rise to the precession of the equinoxes.
The displacement of the meridian due to the rotation of the Earth in the opposite direction is, in reality, caused by the gyroscopic effect generated by the diurnal rotation of the Earth around the axis passing through its poles; thanks to this rotation, the plane passing through these poles remains constantly parallel to itself. We usually designate by "non-relative the movement subordinate to this condition and which differs from that of the Moon; the latter in fact invariably presents the same face to the Earth and rotates once on its axis while it performs a revolution around of the Earth, the two rotations being in the same direction.
It can always be shown that a body cannot rotate around a fixed point without rotating, at the same time, around an axis perpendicular to the plane of its rotation; he
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sten follows that the Earth must rotate around such an axis as does the Moon, the effects of the rotation of the Earth being, however, reduced by the retrograde rotation described above and resulting from the two rotations which take place at the same time. Indeed, if there were no retrograde rotation, the Sun would have regularly reached the highest point of its oourse every 23 hours 56 minutes and, each day, the stars would pass to the meridian four minutes before the Sun.
Likewise if there were no direct rotation (as in the case of the Moon) each of the Earth's blades would describe in space, a circumference. whole ferenoe, while the Earth would accomplish a Revo. lution.-
The instrument which is the object of the invention is based on the above considerations and makes it much easier to study the movement which the Earth performs with respect to the Sun. Thanks to this instrument, the student grasps. the question that he would not otherwise be able to penetrate if he did not have mathematical knowledge much superior to that available to an average person.
The instrument comprises, first of all, a base made of any suitable material and preferably constituted by a sufficiently stable tripod or iron upright. A steel pivot, or other metal, sits in a hub at the central portion of the pedestal and carries a radial rotating arm.
On the pivot itself, or on an element extending the pivot, is established a circular graduated disc in transparent material, or in celluloid, in metal etc ... fixed by a knurled nut, or by a similar member, at the upper end of the pivot. The center of this nut, or screw, corresponding to the center of the disc, can represent the Sun and possibly carry a small or other source of artificial light to illuminate the globe which will be described below.
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The circular disc must represent the plane of the ecliptic; it is divided near its outer edge, on its upper surface, into months and days and may, moreover, also bear divisions in degrees and hours together with the signs of the zodiac, azimuthal circles, circles of amplitudes etc. The radial arm has a hub at each of its ends, the internal hub being perforated so as to exactly surround the central pivot around which the arm rotates; the perforation of the outer hub is oreused so as to surround a rotary spindle parallel to the central pivot, these two elements being consequently perpendicular to the plane of the disc.
At its upper end, the spindle carries an extension which is fixed there invariably, or which makes pastie and which itself carries a pivot invariably fixed or forming part of this extension, the pivot is suitably oriented to constitute the polar axis.
On this axis is mounted a rotating globe representing the Earth and carrying the conventional rings, as usual. The radial arm extends beyond the outer hub and has a support forming part of the arm or being fixed thereto by means of screws. The support is intended to retain a hollow hemispherical screen mounted on an expansion of the support and surrounding a part of the globe; the globe is thus constantly inside the screen by one of its halves but can rotate without touching the screen.
The screen can be made of any suitable material, for example aluminum, celluloid, etc., it has an extension, thanks to which the position it occupies on the radial arm can be adjusted; it is fixed using 'one or more screws which can be given a length sufficient to use it as a handle and maneuver the screen. It is also possible to fix the screen to a meridian circle of the radial arm, as will be shown below.
An essential feature of the consis screen.
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te in the circular opening which is cut in its upper wall and which is placed immediately above and in the plane of the arctic circle drawn on the globe when the globe is supposed to be hearth at the winter solstice.
The circular opening will be described in detail later.
The spindle which rotates in the outer hub of the radial arm has a stock invariably secured at its lower end, below the hub. A set screw and nut are used to secure the stock and adjust its position. The stick extends laterally and constitutes a handle making it possible to maneuver the spindle and to move the radial arm around the central pivot. It carries an index which is fixed to it or is part of it and which extends perpendicularly to the side handles, so that the polar axis can maintain an invariable position.
Above the opaque screen, you can adapt a meridian or a graduated dial, by fixing it to the screen or by mounting it hinged on the support which extends the radial arm, so as to be able to temporarily move these elements away, when you wants to use the globe to teach geography, or to be able to use the graduated meridian alone and not the screen. The spindle can be actuated from the central pivot using gears. Nevertheless, the stick device is particularly suitable because it allows to rotate the spindle without having to move the radial arm.
In the accompanying drawings;
Fig. 1 shows the instrument in elevation.
Fig. 2 is a plan view relating to Fig.1 and showing the globe in different positions.
Fig. 3 shows another embodiment of the screen support which is combined with a meridian dial rigidly fixed, or articulated, to the extension of the arm constituting the support: -
Diaprés Fig. 4 on: surrenders to use
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that we can make the screen opaque.
As can be seen in FIG. 1, the base 1 has a hub 2 inside which is engaged the pivot 3. The latter is fixed to the hub 2 by means of a setting screw 4 or the like. The cellulold disc 6, representing the plane of the ecliptic, is held by a collar 7 on the extension of the pivot 4; it is fixed to it by a knurled nut 8.
The radial arm 9 comprises a first hub 10 which turns idle on the pivot 3 and a second hub 11 located at its end. The spindle 12 can rotate inside the hub 11, the extension 13 carries the pole pivot 14 around which the globe 15 can rotate. The support 16, having an opening 17 retains the opaque hemispherical screen 18 by means of an extension 19 being integral with the nut, or being fixed thereto. This extension is fixed to the support 17 by means of the screw 20 which extends to 21 where it constitutes a handle, and which comes out to move the radial arm 9 around the pivot 13.
At the top of the screen 18, a circular opening 22 has been drilled, which can be seen as divided into 24 hours and fractions so as to constitute a circle of times as will be explained in detail. In the position shown, the circular opening coincides with the polar circle 30, but in other positions, these two circles intersect; this arrangement was chosen for a special purpose which will be elucidated later.
The butt 23 is rigidly mounted on the spindle 12 by means of a hub passing over the lower end of the spindle and fixed by a set screw 26 and a nut 24, or by similar means. The butt extends at 27 and forms operating handles for the pin 12, as can be seen more clearly in FIG. 2; it bears an indes: 28 which marks the direction of the polar axis.
Fig. 2 represents the instrument seen in plan,
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the elements being designated by the same numbers as in FIG. 1. Thanks to the handle 21, the radial arm 9 can be made to move along a circle surrounding the central pivot 3. The globe 15 can take all the positions on the circle, such as A.B.C.D. which correspond respectively to the winter and summer solstices, to the spring and autumn equinoxes. When one uses the handles 27 of the butt to rotate the arm 9, these handles remain parallel to the position they occupied at the beginning at A, the index 28 and with it the polar axis 22 constantly pointing north. , assumed in N.
At position B (spring equinox) located 90 from position B, circle 22 of screen 18 has moved 90 with the radial arm; it therefore no longer coincides with the polar circle 30, and the blade 29 is no longer at the center of the circle 22, as in A.
The globe occupying the position 0 (summer solstice) to 1800 from position 2, the circle 22 of the screen has completely abandoned the polar circle 30 which is entirely outside the -,. flat face 32 of the screen which separates the "night" region from the "day" region. It is clear that when the globe occupies this position and revolves around the polar axis 29, it is lit without power by the sun for 24 hours.
In position D (autumn equinox), circle 22 again intersects polar circle 30 on a dial opposite to that which it occupied in the case of position B. The globe returning to its original position A, the two circles coincide again.
Of course, in all intermediate positions (not shown), the circles intersect each other on variable segments, depending on the distance that the globe has crossed in its orbit.
The polar circle is divided into 24 hours and we can similarly divide the circular opening 22. The segments on which the two circles intersect
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as the globe revolves, measure, in hours and fractions of hours, the difference between sidereal time and solar time, on any day of the year.
Fig. 3 relates to another embodiment. Here, the opaque screen 18 is adapted to a meridian, or graduated dial 37 rigidly connected, or articulated, to the support 5 and to the extension 16 of the radial arm 9; the nut 18, which can be seen sectioned by a vertical plane, is fixed to the meridian by tenons engaging in eyelets, so as to constitute a hinge. The globe 15 is established on the polar pivot 14, as in the previous oas. A horizontal graduated circle 41, indicated in broken lines, is adapted to meridian 37 concentrically to the globe 15, When the radial arm 9 is rotated around the central pivot (Fig.l), the meridian that it carries at 38 will pass through the day divisions and other divisions marked on the edge of the disc 6.
When we turn the globe 15 by acting on the pin 12, the line 25 of the meridian which intersects the equator at 40, will mark on the graduated ring 41 a certain number of divisions expressed in degrees, or in hours and in fractions. of degrees or hours; these divisions will be read at the same time as those that the meridian index 38 marks on disc 6.
This reading will represent the value of the angle which 1 @ globe 15 will have rotated around its axis in relation to that of the angle that the globe passes through in its revolution around the central pivot, when the arm is rotated around this pivot. radial, it will serve as a control means for similar measurements made on the smallest circle 22 of the screen 18, described below,
Fig. 4 is a diagram showing in detail how the two circles intersect; it is assumed that the different elements occupy position B, (Fig. 2).
It is also assumed that the opaque screen 18 with its opening 22 rotates in the direction of arrow 36 around the axis
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X, perpendicular to the plane of disc 5 (Fig. 2). As for the globe 15, it is supposed to rotate with the polar circle 30, around the polar axis 29 in the direction of the arrow 43.
It can also be demonstrated that the globe 15 rotates around the axis X in the direction of the arrow 35, that is to say that it performs the rotation mentioned above. The diagram serves to show the changes that take place since the globe left position A (fig. 2) until it reached position B shown in the same figure. When the globe is in position B the planar wall 32 of screen 18 has an east-west direction designated E-W in the diagram of FIG. 4, the eoru having turned 90.
When the globe passes from A to B (Fig. 2) the edge 32 of the screen 18 successively takes x, m, x n, x q, x r, x s, x t, x u, x v, x w, x y. The various ppints through which the edge passes are as many divisions marking the hours on the arctic circle 30 the edge 32 of the screen intersecting the Y-circle, marks 12 hours of daylight inside the arctic circle.
But it is the position B (Fig. 2; equinox of the spring 12 hourly divisions will remain inside the opaque screen 18, as indicated by the dotted lines 33, the duration of the day being equal to that of the night all over the Earth.
- It can also be seen that while the screen 18 continues to rotate around the X axis, the edge 32 of the screen comes to position C (Fig. 2) after having passed over the dotted lines 33 (Fig. 4), and will mark a new 12 hour segment; the arctic circle will then be completely outside of screen 18.
For the position D of the globe, corresponding to the autumnal equinox, the screen 18 occupies the position indicated (Fig. 2) and again marks 12 figures of night and 12 hours of day, as if the diameter of Fig. . 47 had returned.
These conditions occur twice for each revolution made by the globe, the edge 32 of the screen dividing in two
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equal parts the arctic circle 30.
When the globe has returned to A (Fig. 2) the screen 18 resumed its initial position on the winter solstice and the arctic circle 30 again coincides with the ciroular opening 22, this circle being entirely included in the inside the screen, mark, therefore, 24 hours at night.
We can easily imagine all the intermediate variations in the length of day and night.
The diurnal rotation that the earth normally performs around the polar axis is indicated by the arrow 40, independently of the rotation of the globe 15 and of the screen 18 around the X axis.
The role of the circular opening 22, pierced in the opaque screen 18 is as follows:
While this screen rotates around the X axis, the circular opening 22, which coincides at A (Fig. 2) with the arctic circle, continues to intersect the arctic circle in all intermediate positions except in position C, for which the two circles are tangent.
The diagram of FIG. 4 shows the points of intersection of circles 22 and 30, from the zero point at which the circles coincide. The first hourly intersection takes place in a and the successive intersections in b, c, d, e, f, extending over a period of 6 hours, after which the circle occupies position 22, as in B (Fig. 2) . The area corresponding to the intersection is represented as described by rays emanating from successive centers distributed uniformly along a circle 34; this represents the geometrical locus of the polar axis 29 with respect to the circle 22, when the globe performs a complete revolution.
If we imagine that the screen 18, continuing to move, arrives at C (Fig. 2) this circle 22 will continue to intersect the arctic circle 30 at points g, h, i, j, k, l, covering six hours between positions and C (Fig. 2) These
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hours represent the difference between sidereal time and solar time, or the delay that the sun marks, in relation to sidereal time, from the spring equinox until the summer solstice, a delay which is also equivalent to the increase of the right ascension of the Sun indicated on the hour circle 44, on June 21 (Fig. 2).
From the diagram, we can deduce that the screen 18 continuing to rotate around the axis 7, the circle 22-will pass through the time points located beyond 1, such as m, n, 0.1 The edge 32 of the screen will always precede the intersections of the circles designated by the lines xm, xn xo, etc., as explained previously; it will therefore mark the hours of day and the hours of night, included in the arctic circle.
It will be noted that the arc intercepted by any one of the vector rays, for example by xy, is equivalent to double the arc that the circle 22 intercepts at f. The arc yf is equal to 90 and the arc xy to 180 .-
The circle 22 located on the screen 18, can be constituted by a circular opening cut in the screen, or else by 24 orifices arranged along a circle and representing hours so that, in the latter case, the circle arctic moving beyond the center of each opening is the equivalent of the circle of intersection considered previously. If the screen is made of transparent celluloid, we can engrave the circle 22 and the hourly divisions on its surface.
From the above, and examining the diagram of FIG. 4, we see that the base plane of the shadow of the Earth and represented by the edge 32 of the screen 18, does not stop rotating in space around an axis such as X, perpendicular to the plane of the ecliptic. We see, as well as this plan. sections, successively the arotic circle, drawn on the globe at points evenly distributed; the different intersections divide into hours and fractions of hours the period of day or night included within the arc-
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tick and corresponding to any day of the year.
We also see that a circle of the terrestrial shadow tangent to the plane of the base, and represented by the circle 22 of the screen 18, will cut the arctic circle of the globe at regularly spaced points and will thus divide into hours and fractions of hours the period which measures the delay of the Sun with respect to sidereal time from the spring equinox, as is ordinarily measured.
The angular separation of the different intersections being equal to the increase undergone, during the corresponding period, the right ascension of the Sun, we can consider them as simultaneously representing the difference between the sidereal time and the solar time and the increase of the right ascension of the Sun,
The instrument can be. constructed not only according to the salary model which has just been described, but also according to a high precision model in which the essential planes and circles would be made of metal, machine-graduated and provided with verniers and microscopes. plane of the ecliptic exoentrically on the central pivot so as to reproduce the real conditions of the movement of the Earth.
In short, we can make this device a high precision instrument, allowing the movements described to be closely studied.