FR3006070A1

FR3006070A1 - ANALEMMATIC SOLAR DIAL INCLUDING TIME EQUATION CORRECTION

Info

Publication number: FR3006070A1
Application number: FR1301222A
Authority: FR
Inventors: Lopez Jose Merino; Maxime Aubert; Joannes Barbarat; Lionel Batier; Bayle Benoit; Remi Bocquet
Original assignee: ART RECH TECHNOLOGIE ET SCIENCE A R T S
Current assignee: ART RECH TECHNOLOGIE ET SCIENCE A R T S
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-11-28

Abstract

Cette invention concerne un cadran solaire de type équatorial, avec le gnomon ou stylet parallèle à l'axe de la terre, qui permet de compenser les variations de la durée du jour tout au long de l'année. Une came, calculée avec l'équation du temps, permet de donner l'angle de rotation du cadran autour du gnomon correspondant à une date donnée. Le cadran indique ainsi l'heure légale qui est différente de l'heure solaire. Le cadran peut avoir un déplacement complémentaire de 15° pour prendre en compte les horaires d'été et d'hiver.This invention relates to an equatorial sundial, with the gnomon or stylus parallel to the earth's axis, which makes it possible to compensate for variations in day length throughout the year. A cam, calculated with the equation of time, gives the angle of rotation of the dial around the gnomon corresponding to a given date. The dial indicates the legal time which is different from the solar time. The dial can have a complementary displacement of 15 ° to take into account the summer and winter schedules.

Description

-1- La présente innovation concerne un cadran solaire permettant de lire directement l'heure légale. L'heure légale est différente de l'heure solaire car différents facteurs sont à prendre en compte comme la longitude et les faisceaux horaires, les horaires d'été et d'hiver et le fait que la vitesse apparente du soleil n'est pas constante tout au long de l'année. La correction de ce dernier facteur est faite par « l'équation du temps » décrite par John Flamsteed en 1672 et qui prend en compte l'impact de l'obliquité de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l'Ecliptique et le fait que l'orbite soit elliptique et ne pas circulaire.-1- The present innovation concerns a sundial allowing to read directly the legal time. The legal time is different from the solar time because different factors are to be taken into account such as longitude and time zones, summer and winter schedules and the fact that the apparent speed of the sun is not constant. throughout the year. The correction of this last factor is made by "the equation of time" described by John Flamsteed in 1672 and which takes into account the impact of the obliquity of the axis of rotation of the Earth compared to the plane of the Ecliptic and the fact that the orbit is elliptical and not circular.

Les cadrans solaires traditionnels indiquent seulement l'heure solaire déterminée par la position du Soleil. Certains cadrans, plus évolués, permettent d'obtenir indirectement l'heure légale. Le brevet US 4.081.911 décrit un cadran solaire disposant d'un abaque avec des lignes tracées en prenant en compte l'équation du temps. Deux feuilles d'abaques sont disponibles, l'une pour le printemps et l'autre pour l'automne. Le gnomon présente une pointe et c'est l'ombre de cette pointe qui marque l'heure sur l'abaque. Le brevet FR 2765977 montre un autre type de cadran solaire disposant d'abaques pour lire l'heure. Comme dans le cas du brevet précédent, deux abaques sont nécessaires : run porte le tracé du cadran pour l'été et l'automne, l'autre pour l'hiver et le 20 printemps. Le brevet US 4.102.054 décrit un cadran solaire de type équatorial qui peut être adapté au lieu d'installation. Il a un abaque indiquant la correction de l'équation du temps à effectuer sur l'heure lue sur le cadran pour obtenir l'heure civile. La lecture de l'heure civile n'est donc pas directe mais elle doit être calculée.Traditional sundials only indicate the solar time determined by the position of the Sun. Some dials, more evolved, allow to indirectly obtain the legal time. US Patent 4,081,911 describes a sundial having an abacus with lines drawn by taking into account the equation of time. Two sheets of charts are available, one for spring and the other for fall. The gnomon has a tip and it is the shadow of this tip that marks the time on the abacus. The patent FR 2765977 shows another type of sundial with charts to read the time. As in the case of the previous patent, two charts are needed: run carries the dial pattern for summer and fall, the other for winter and spring. US Pat. No. 4,102,054 describes an equatorial type sundial that can be adapted to the installation site. It has an abacus indicating the correction of the equation of the time to be performed on the hour read on the dial to obtain the civil time. The reading of the civil time is therefore not direct but it must be calculated.

25 Le brevet US 4.922.619 montre un cadran solaire de type équatorial qui peut être adapté au lieu d'installation et qui peut inclure une correction par l'équation du temps. La revendication 6 prévoit la possibilité de faire une telle correction, mais aucun moyen n'est décrit pour le faire. Le cadran solaire de l'invention est de type équatorial formé par un support fixe, 30 un gnomon rectiligne G ou style parallèle à l'axe de rotation de la Terre et donc incliné par rapport au plan horizontal d'un angle égal a la latitude du lieu, une surface S sur laquelle le soleil projette l'ombre du gnomon disposant de l'ensemble des marquages nécessaires pour la lecture des informations fournies par le cadran solaire de l'heure et/ou du calendrier. La surface S peut tourner un angle a autour de l'axe défini par le gnomon G à 35 l'aide d'une came, disposant du profil adapté calculé avec l'équation du temps, qui permet, en tournant, de donner l'angle a correspondant à une date concrète. -2- Le dispositif selon l'invention permet la lecture directe de l'heure légale grâce à un déplacement mécanique de la surface S de lecture des heures. La lecture de l'heure sur l'abaque est plus complexe et moins précise que sur le cadran de l'invention, sur lequel, une fois choisie la date sur la came du cadran, la lecture de l'heure se fait sur une échelle simple, linéaire, et pas sur un abaque bi-dimensionnel. La surface de lecture S est disposée sur un arc contenu dans un plan parallèle au plan équatorial terrestre appelé arc mobile équatorial. Cet arc mobile équatorial est porté perpendiculairement par un second arc appelé arc mobile vertical. L'arc mobile équatorial et l'arc mobile vertical forment un système d'arcs solidaires. Ce système d'arcs mobiles to possède ainsi une forme sphérique. Ce système d'arcs mobiles est imbriqué dans un support fixe. La mobilité est assurée par deux liaisons pivots aux extrémités de l'arc mobile vertical. Le porteur d'ombre ou gnomon G, fixé au niveau des liaisons pivots, correspond à un diamètre de l'arc mobile vertical. Le gnomon G est orienté parallèle à l'axe de rotation de la Terre, et donc incliné par rapport au plan horizontal d'un angle égal 15 a la latitude du lieu. L'innovation réside dans le mouvement du système d'arcs mobiles contrôlé par une came via un doigt indexeur. Ce contrôle permet de porter l'ombre du gnomon à un endroit précis de la surface de lecture des heures, disposant des marquages M nécessaires pour réaliser cette lecture. Pour cela, la came, disposant du profil adapté 20 calculé avec l'équation du temps en coordonnées polaires, permet, en tournant, de donner l'angle a correspondant à une date concrète. Une correction d'une minute engendre une rotation d'un angle de 0,25 degrés de la surface de lecture S. Le dispositif, une fois installé, peut indiquer l'heure légale toute l'année en présence du Soleil. Il suffit seulement d'actionner la rotation de la came où chaque angle 25 de rotation correspond à un jour de l'année. L'indication de l'heure est donnée par l'ombre du gnomon qui va se superposer à la graduation correspondante à l'heure légale inscrite sur le banc de lecture. Le banc de lecture dispose uniquement de graduations simples correspondantes aux différentes heures de la journée. Grace à cette lecture directe l'observateur n'a aucun calcul pour obtenir l'heure légale.US Patent 4,922,619 shows an equatorial type sundial which can be adapted to the installation location and which may include correction by the equation of time. Claim 6 provides for the possibility of making such a correction, but no means is described for doing so. The sundial of the invention is of the equatorial type formed by a fixed support, a rectilinear gnomon G or a style parallel to the axis of rotation of the Earth and thus inclined with respect to the horizontal plane by an angle equal to the latitude from the place, a surface S on which the sun projects the shadow of the gnomon having all the markings necessary for the reading of the information provided by the sundial of the hour and / or the calendar. The surface S can turn an angle α about the axis defined by the gnomon G by means of a cam, having the adapted profile calculated with the equation of time, which allows, by turning, to give the angle a corresponding to a concrete date. -2- The device according to the invention allows the direct reading of the legal time through a mechanical movement of the surface S hours reading. The reading of the time on the chart is more complex and less precise than on the dial of the invention, on which, once the date is chosen on the cam of the dial, the time is read on a scale simple, linear, and not on a two-dimensional abacus. The reading surface S is disposed on an arc contained in a plane parallel to the terrestrial equatorial plane called the equatorial moving arc. This equatorial mobile arc is carried perpendicularly by a second arc called vertical mobile arc. The equatorial mobile arc and the vertical mobile arc form a system of integral arches. This system of moving arches thus has a spherical shape. This system of moving arcs is nested in a fixed support. Mobility is provided by two pivot links at the ends of the vertical mobile arc. The shadow carrier or gnomon G, fixed at the level of the pivot links, corresponds to a diameter of the vertical mobile arc. The Gnomon G is oriented parallel to the axis of rotation of the Earth, and thus inclined with respect to the horizontal plane by an angle equal to the latitude of the place. The innovation lies in the movement of the mobile arcs system controlled by a cam via an indexing finger. This control makes it possible to bring the shadow of the gnomon to a precise location of the hours reading surface, having the markings M necessary to perform this reading. For this, the cam, having the adapted profile 20 calculated with the equation of time in polar coordinates, allows, turning, to give the angle a corresponding to a concrete date. A correction of one minute causes a rotation of an angle of 0.25 degrees of the reading surface S. The device, once installed, can indicate the legal time all year in the presence of the Sun. It is only necessary to actuate the rotation of the cam where each angle of rotation corresponds to a day of the year. The indication of the hour is given by the shadow of the gnomon which will be superimposed on the graduation corresponding to the legal time written on the reading bench. The reading bench has only simple graduations corresponding to different times of the day. Thanks to this direct reading the observer has no calculation to obtain the legal time.

30 Pour intégrer les horaires d'été et d'hiver, le cadran présente deux positions angulaires al et a2 de rotation de S autour de G, séparées 15°. La came présente un ensemble de marquages comportant les dates et les signes du zodiaque correspondant à chaque époque de l'année. En plus de l'heure légale, le dispositif peut indiquer le temps civil local sur un 35 second banc de lecture des heures qui a son midi centré sur le milieu de la surface S. Le temps civil local est un temps moyen où le jour est régulier et dure 24h00 par opposition - 3 - au temps solaire irrégulier où la durée d'un jour varie de quelques minutes dans l'année. Le temps solaire peut aussi être obtenu sur le second banc de lecture en réglant la came à une date où la valeur de l'équation du temps est nulle. Le décalage entre le temps légal et le temps civil local est constant et vaut [(fuseau horaire x15°) - Longitude en degrés] x 4 minutes Où le fuseau horaire et la longitude sont des valeurs algébriques nulles pour Greenwich, positive à l'Est et négative à l'Ouest. Le décalage entre les deux bancs de lectures vérifie ainsi cette loi. Le cadran solaire peut disposer d'un dispositif de réglage suivant un angle 10 complémentaire permettant de s'adapter à la latitude du lieu et permettant donc d'utiliser le cadran sous n'importe quelle latitude du monde. Le cadran solaire peut disposer d'un dispositif de réglage suivant un angle complémentaire permettant de s'adapter à la longitude du lieu, permettant donc de pouvoir utiliser le cadran sous n'importe quelle longitude du monde.To integrate the summer and winter schedules, the dial has two angular positions a1 and a2 of rotation of S around G, separated by 15 °. The cam presents a set of markings containing the dates and signs of the zodiac corresponding to each time of the year. In addition to the legal time, the device can indicate the local civil time on a second reading bench hours which has its midday centered on the middle of the surface S. The local civil time is an average time where the day is regular and lasts 24 hours in contrast - 3 - to irregular solar weather where the duration of a day varies by a few minutes in the year. The solar time can also be obtained on the second reading bench by setting the cam to a date where the value of the equation of time is zero. The time difference between the legal time and the local civil time is constant and is [(timezone x15 °) - Longitude in degrees] x 4 minutes Where the time zone and longitude are zero algebraic values for Greenwich, positive in the East and negative in the West. The gap between the two read benches thus verifies this law. The sundial may have an adjusting device at a complementary angle to adapt to the latitude of the place and thus allowing the dial to be used in any latitude of the world. The sundial can have a setting device at a complementary angle to adapt to the longitude of the place, allowing the dial to be used anywhere in the world.

15 Le cadran de l'invention peut être aisément réalisé avec différents matériaux. En métal tel que de l'acier, classique ou inoxydable, ou un alliage d'aluminium pour les éléments mobiles. Le gnomon peut être réalisé par un câble tendu ou par une barre de métal. Les éléments fixes peuvent être réalisés également en métal mais également en bois, en pierre ou en béton pour la base.The dial of the invention can easily be made of different materials. Made of metal such as steel, conventional or stainless, or an aluminum alloy for the moving parts. The gnomon can be made by a stretch cable or a metal bar. The fixed elements can be made also of metal but also of wood, stone or concrete for the base.

20 Une maquette intégrant le dispositif a été réalisé et testé avec succès. Cette invention permet de réaliser des cadrans solaires didactiques et d'agrément, à placer par exemple dans les lieux publics. L'invention qui vient d'être exposée sera aisément comprise à l'aide des dessins 25 annexés qui ne représentent que des modes particuliers de réalisation et qui ne sauraient être considérés comme limitatifs. La figure 1 montre un cadran solaire équatorial selon l'état de l'art. La figure 2 montre un exemple de réalisation du cadran selon l'invention en vue en perspective.A model incorporating the device has been produced and tested successfully. This invention makes didactic sundials and amenity, to place for example in public places. The invention which has just been described will be easily understood with the aid of the appended drawings which represent only particular embodiments and which can not be considered as limiting. Figure 1 shows an equatorial sundial according to the state of the art. Figure 2 shows an embodiment of the dial according to the invention in perspective view.

30 La figure 3 montre un exemple de réalisation du cadran selon l'invention en vue de côté. La figure 4 montre la came de l'invention. La Figure 1 montre un cadran solaire équatorial selon l'état de l'art. Le cadran 35 repose sur une base 1 et est formé par un support 2, également fixe, un gnomon 3 et un -4- arc équatorial 4 comportant les graduations des heures 5. Le gnomon 3 est placé dans le plan formé par la ligne NS et la direction verticale. La figure 2 montre un exemple de réalisation du cadran de l'invention avec les mêmes éléments du cadran de la figure 1 et incluant en plus un arc mobile vertical 6 5 auquel est lié l'arc équatorial 4. Les arcs 4 et 6 peuvent tourner un certain angle a autour du gnomon 3 grâce aux liaisons pivot 7. La came 8, calculée avec l'équation du temps en coordonnées polaires, est en liaison pivot par rapport au support fixe 2 ; un doigt indexeur 9, en suivant le profil de la dite came, fait tourner la surface 12 comportant les marquages 5 de l'angle a nécessaire pour appliquer la valeur de la correction de l'équation du temps 10 correspondante à la date du jour grâce aux marquages 11. Le cadran dispose d'un dispositif 10 permettant de régler la latitude La figure 3 montre l'exemple de réalisation du cadran de la figure 2 en vue de côté. La figure 4 montre le détail de la came, comportant un chemin 8 calculé avec 15 l'équation du temps en coordonnées polaires, et les graduations 11 des mois et jours de l'année. Des points 13 indiquent une variation d'une minute de l'équation du temps. Un point blanc indique une valeur nulle de l'équation du temps permettant l'obtention de l'heure solaire. Sur la came ils sont marqués les signes du zodiaque astronomique 14, 20 permettant de se passer de connaître la date du jour, La ligne des solstices 15 et la ligne des équinoxes 16.Figure 3 shows an exemplary embodiment of the dial according to the invention in side view. Figure 4 shows the cam of the invention. Figure 1 shows an equatorial sundial according to the state of the art. The dial 35 rests on a base 1 and is formed by a support 2, also fixed, a gnomon 3 and an equatorial arc 4 having the graduations of the hours 5. The gnomon 3 is placed in the plane formed by the line NS and the vertical direction. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the dial of the invention with the same elements of the dial of FIG. 1 and including in addition a vertical mobile arc 6 to which the equatorial arc 4 is linked. The arcs 4 and 6 can rotate a certain angle around the gnomon 3 through the pivot links 7. The cam 8, calculated with the equation of time in polar coordinates, is pivotally connected relative to the fixed support 2; an indexing finger 9, following the profile of said cam, rotates the surface 12 having the markings 5 of the angle α necessary to apply the value of the correction of the equation of time corresponding to the date of the day thanks to 11. The dial has a device 10 for adjusting the latitude. FIG. 3 shows the exemplary embodiment of the dial of FIG. 2 in side view. FIG. 4 shows the detail of the cam, having a path 8 calculated with the equation of time in polar coordinates, and the graduations 11 of the months and days of the year. Points 13 indicate a one-minute change in the equation of time. A white point indicates a zero value of the equation of time for obtaining solar time. On the cam they are marked the signs of the astronomical zodiac 14, 20 making it possible to dispense with knowing the date of the day, the line of the solstices 15 and the line of the equinoxes 16.

Claims

CLAIMS1) Equatorial type solar dial formed by a fixed support, a straight Gnomon G or style parallel to the axis of rotation of the Earth and therefore inclined relative to the horizontal plane by an angle equal to the latitude of the place, a surface S on which the sun projects the shadow of the gnomon and the set of markings on this surface necessary for the reading of the information provided by the sundial of the hour and / or calendar, characterized in that, the surface S can turn an angle α about the axis defined by the gnomon G and that a cam, having the adapted profile calculated with the equation of time, allows, turning, to give the angle a corresponding to a date 15 concrete.

2) A sundial according to claim 1, wherein the surface S bearing markings is a generator cylinder parallel to the Gnomon G.

3) sundial according to one of claims 1 and 2, wherein there are referenced two angular positions al and a2 rotation of S around G, separated 15 ° to take into account the winter schedules and summer.

4) sundial according to any one of claims 1 to 3, such that the cam has a set of markings with the dates of the year.

5) A sundial according to any one of claims 1 to 4, such that the cam has a set of markings with the zodiac signs corresponding to each time of the year.

6) sundial according to any one of claims 1 to 5, such that the cam is pivotally connected relative to the fixed support; an indexing finger, in connection with the surface S and following the profile of said cam, rotates the surface S of the angle a necessary to apply the value of the correction of the equation of the time corresponding to the date of the day.

7) sundial according to any one of claims 1 to 6, such that the profile of the cam results from the passage in polar coordinates of the equation of time. A correction of one minute generates a rotation of an angle of 0.25 degrees of the reading surface S.

8) Sundial according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has two reading benches on the surface S, offset by a certain angle-6- depending on the longitude of the place, allowing simultaneously obtain the local civil time and legal time.

9) sundial according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has a setting device at a complementary angle to adapt to the latitude of the place and thus allowing to use the dial in any latitude of the world.

10) Sundial according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it has a setting device at a complementary angle to adapt to the longitude of the place and thus allowing the use of the dial under any longitude of the world.