Zwei Sonnenuhren aus dem Baumarkt

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1 Zwei Sonnenuhren aus dem Baumarkt 1 Bauteile 1Holzbrett (15 cm x 20 cm) 1 Einschlagmutter (M5) 1 Gewindestange (M5, l = 25 cm) 2 Schrauben (M5, l = 25 mm) 2 Muttern (M5) 2 Ringe aus Abflussrohr (d = 1 cm, h 1 = cm und h 2 = 2 cm ) Ring 1 h 1 = cm Ring 2 h 2 = 2cm Brett 15cm x 20xm Gewindestange Diese Anleitung ermöglicht den Bau zweier kostengünstiger Sonnenuhren mit Materialien aus dem Baumarkt. Dabei handelt es sich um eine äquatoriale Ringsonnenuhr und eine äquatoriale Sonnenuhr mit ebenem Zifferblatt. Diese sind für den Einsatz in der Schule besonders geeignet, da keine Verzerrungen des Zifferblatts zu berücksichtigen sind. Die Stundenwinkel der Sonne entsprechen den Stundenlinienwinkeln des Zifferblattes. Einschlagmutter Schrauben, Muttern Abbildung 1: Übersicht der Bauteile An Werkzeugen wird benötigt: 1 Akkuschrauber mit Holzbohrer (d = mm ), eine Säge mit feinem Sägeblatt, ein Hammer, ein Schraubenschlüssel, ein Geodreieck und diverse Stifte. 1

2 2 Äquatoriale Sonnenuhr mit ebenem Zifferblatt Abbildung 2: A quatoriale Sonnenuhr mit ebenem Zifferblatt - links: Ansicht des oberen Zifferblattes (Sommerhalbjahr), rechts: Ansicht des unteren Zifferblattes (Winterhalbjahr) Bau der Uhr Zeichne auf beiden Seiten des Holzbrettes ein Zifferblatt (vgl. Abbildung 3). Die Stundenlinien haben alle einen Winkelabstand von z = 15. Die Stundenlinien einer Uhrzeit mu ssen sich auf der Ober- und der Unterseite des Brettes gegenu ber liegen. Deshalb werden die Linien auf der Oberseite im Uhrzeigersinn und auf der Unterseite entgegen dem Uhrzeigersinn beschriftet. Bohre das Loch fu r die Einschlagmutter. Schlage die Einschlagmutter mit dem Hammer ein. Aufstellen der Uhr Die Sonnenuhr muss so aufgestellt werden, dass der Polstab in Richtung des Himmelsnordpols zeigt und das Zifferblatt parallel zur A quatorebene ist. Um zweites zu erreichen, wird die Gewindestange soweit in die Einschlagmutter gedreht, bis das Zifferblatt den Winkel α = 90 ϕ mit der Erdoberfla che einschließt. Der Winkel ϕ ist die geografische Breite des Aufstellungsortes. α wird u ber die Ho he h(ϕ) eingestellt (vgl. Abbildung ). Bei bekannter La nge l = 20 cm des Zifferblattes gilt h(ϕ) = sin(90 ϕ) 20 cm. Durch die Gewindestange ist die Sonnenuhr in einem großen Bereich 32 ϕ 90 der geografischen Breite einsetzbar. 2

3 Ablesen der Uhr Die Uhr wird im Sommerhalbjahr ( bis ) auf der Oberseite und im Winterhalbjahr ( bis ) auf der Unterseite des Brettes abgelesen. Diese Zeiträume stimmen in etwa mit der Zeitumstellung zwischen Mitteleuropäischer Zeit (MEZ) und Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) überein, so dass die Oberseite in Sommerzeit beschriftet werden kann. Zur Erinnerung MESZ = MEZ + 1. Platte für Zifferblatt - 20cm x 15cm Platte für Zifferblatt - 20cm x 15cm cm 20 Oberseite Bohrung für Einschlagmutter 5 cm 5 Unterseite Bohrung für Einschlagmutter ,5cm 7,5cm Abbildung 3: Zifferblatt - links: Zifferblatt der Oberseite (Sommerhalbjahr, ohne Zeitumstellung) rechts: Zifferblatt der Unterseite (Winterhalbjahr) N L = 20 cm Zifferblatt h(φ) Polstab φ Abbildung : Aufstellen der Sonnenuhr 3

4 3 Äquatoriale Sonnenuhr mit ringförmigem Zifferblatt Bau der Uhr Abbildung 5: Äquatoriale Ringsonnenuhr Der breitere der Ringe (h 1 = cm) dient als Halterung der Ringsonnenuhr, der schmalere (h 2 = 2 cm) als Zifferblatt. Auf den Außenseiten beider Kreisringe wird je eine horizontale Linie eingezeichnet, welche den Ring in zwei Hälften teilt. Mit Hilfe der Schablonen aus Abbildung 7 und 8 im Anhang werden die Markierungen für die Bohrungen und Schnittkanten auf die Ringe übertragen (vgl. auch Abbildung ). Die genauen Stellen der Bohrungen ergeben sich aus den Schnittpunkten der horizontalen Linien und den übertragenen Markierungen. Säge und Bohre an den gekennzeichneten Stellen. Die Bohrungen des Zifferblattes werden mit den Uhrzeiten von 7 Uhr bis 17 Uhr beschriftet. Bei den Uhrzeiten Uhr und 18 Uhr fällt der Schatten gerade auf den Rand des Zifferblattes. Das Zifferblatt wird durch dessen zentrale Bohrung (12 Uhr) mit der Halterung (Bohrung 3) verschraubt. Die Halterung wird durch die Bohrung 2 mit der Einschlagmutter des Zifferblattes der äquatorialen Sonnenuhr mit ebenem Zifferblatt verschraubt. Das ebene Zifferblatt dient hier als Bodenplatte der Ringsonnenuhr. Seine Beschriftung ist nicht weiter relevant. Der Polstab wird durch die Bohrungen 1 und in die Uhr geschoben und durch eine Mutter fixiert.

5 Bohren Sägen Polstab Halterung φ 1 φ 2 Bodenplatte = Platte für Zifferblatt der Äquatorialuhr mit ebenem Zifferblatt 3 d/2 Abbildung : Halterung und Polstab der äquatorialen Ringsonnenuhr Aufstellen der Uhr Auch hier muss der Polstab in Richtung des Himmelsnordpols zeigen. Das Zifferblatt ist bereits in der Äquatorebene, wenn der Winkel zwischen Bohrung 2 und 3 der geografischen Breite des Beobachtungsortes entspricht. Die Schablone im Anhang ist für den Aufstellorts Jena berechnet. Für andere geografische Breiten muss die Position von Bohrung 2 angepasst werden (Bohrung 1 und 3 müssen immer einen Winkel von 90 einschließen. Verschraubt man die Halterung nicht durch Bohrung 2 mit der Bodenplatte, sondern durch Bohrung 3, also gemeinsam mit dem Zifferblatt, kann die Sonnenuhr am Äquator eingesetzt werden. Schraubt man die Uhr hingegen mit Hilfe des Polstabes (Gewindestange) in die Bodenplatte, ist die Uhr einsatzbereit für den Nordpol. Ablesen der Uhr Die äquatoriale Ringsonnenuhr kann ganzjährig abgelesen werden. Verschraubt man das Zifferblatt nicht durch die zentrale Bohrung (12 Uhr) mit der Halterung, sondern durch die Bohrung bei 13 Uhr, ist die Uhr umgestellt auf Sommerzeit. Abschätzung der Kosten Aus einem Abflussrohr der Länge l = 1 m lassen sich ca.15 schmale (h 1 = 2 cm) und 15 breite (h 2 = cm) Ringe sägen. Die Kosten für das Rohr beliefen sich auf 5, e. Pro Uhr ergibt dies 1/1 5, e = 0, 3 e/stück. Aus einem Holzbrett (100 cm x 20 cm) lassen sich sechs der benötigten Bretter schneiden: 1/ 1, 9 e = 0, 25 e/stück. Ein Päckchen Einschlagmuttern enthält sechs Mutter für einen Preis von 2, 99 e, daraus folgt ein Stückpreis von 1/ 2, 99 e = 0, 50 e/stück. Eine Gewindestange der Länge l = 1 m (nicht rostfrei) kostet 2, 18 e. Daraus lassen sich vier Teile sägen zu einem Stückpreis von 1/ 2, 18 e = 0, 55 e/stück. Für zwei Schrauben und die zugehörigen Mutter können weitere 0, 50 e berechnet werden. Pro Bausatz (2 Sonnenuhren) entstehen so Kosten von 2, 20 e/stück. Der gesamte Baumarkteinkauf kostete 20, 88 e und reicht effektiv für Bausätze. Daraus ergibt sich ein Stückpreis von 3, 50 e/stück. Allerdings sind nach dieser Rechnung am Ende nocht Einzelteile für weitere Uhren (Rohr-Ringe, Gewindestange, Schrauben und Muttern) übrig. 5

6 Anhang 1 φ Jena Bohren Sägen 2 Abbildung 7: Winkelschablone für Halterung der äquatorialen Ringsonnenuhr für die geographische Breite von Jena ϕ Jena = Bohren Sägen Abbildung 8: Winkelschablone für Zifferblatt der äquatorialen Ringsonnenuhr