Reloj solar ecuatorial

Qué va a aprender

• Que el Sol parece moverse 15° cada hora (360° en 24 h) porque la Tierra gira.
• Que el eje de un reloj de sol debe apuntar al polo celeste (estrella Polar), inclinado tantos grados como la latitud del lugar.
• Por qué la hora solar no coincide con la del móvil: husos horarios, horario de verano y longitud.
• Que en primavera-verano el sol pasa por encima del ecuador celeste y en otoño-invierno por debajo (por eso hay dos caras).

Prepara antes

• Imprime las piezas al 100 % y comprueba que el disco mide 160 mm de diámetro.
• Busca tu latitud y longitud (en un mapa o en el móvil): península y Baleares, 36–44° N; Canarias, 28° N (usa los soportes para Canarias).
• Calcula la hora del mediodía solar de tu ciudad con la regla del paso 11 y apúntala.
• Elige un sitio con sol de 10:00 a 18:00, horizontal y donde el reloj no se mueva (o marca con cinta la posición de la base en el suelo).
• Revisa la previsión: necesitas un día despejado para la prueba.

Materiales y herramientas

• Cartón corrugado rígido — 1 lámina de 40 × 40 cm (o dos de 40 × 20 cm)
  3–4 mm, plano: dos capas de base de 200 × 180 mm, disco de Ø 160 mm, dos soportes de 90 × 107 mm y tope de 140 × 10 mm
• Varilla de madera recta — 1 de 165 mm
  Ø 5 mm (varilla de bricolaje o palillo chino recto)
• Plastilina — 2 bolitas de Ø 15 mm
  para fijar la varilla perpendicular al disco
• Folio impreso — 2 hojas A4
  caras de verano e invierno (piezas B y C), mejor en papel de 160 g
• Barra de pegamento y cola blanca — 1 de cada
  barra para el papel; cola o silicona para los soportes
• Cinta de embalar transparente — 50 cm
  para proteger las esferas de la humedad
• Rotulador o tiza — 1
  para decorar y marcar sombras en los experimentos

Herramientas

• Cúter, regla metálica y base de corte — cortar soportes y base adulto
• Tijeras — recortar el disco y las esferas de papel
• Punzón o lápiz — abrir el agujero central de 5 mm adulto
• Escuadra o cartabón — comprobar que la varilla queda a 90° del disco
• Brújula o app de brújula del móvil — orientar la base al norte

Piezas y plantillas

• A · Disco del reloj ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• B · Cara de verano (esfera superior) ×1 — papel 80–160 g
• C · Cara de invierno (esfera inferior) ×1 — papel 80–160 g
• D · Soporte triangular (40° de latitud) ×2 — cartón corrugado 3–4 mm
• E · Base ×1 — cartón corrugado 3–4 mm (2 capas pegadas)
• F · Tope ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• G · Gnomon ×1 — varilla de madera Ø 5 mm

Paso a paso

1. Recorta las piezas adulto

   Pega las plantillas sobre el cartón con barra de pegamento y recorta el disco A (Ø 160 mm), los dos soportes D, la base E (dos capas de 200 × 180 mm con las ondas cruzadas) y el tope F de 140 × 10 mm.

2. Pega las dos esferas

   Recorta las esferas B (verano) y C (invierno). Pega B en una cara del disco y C en la otra, centradas sobre el agujero y con la línea de las 12 de ambas hacia el MISMO borde del disco.

   Comprueba: Mira el disco a contraluz: los centros y las líneas de las 12 de las dos caras coinciden.

3. Protégelas adulto

   Forra las dos caras con cinta de embalar transparente o plástico de forrar, para que el rocío no arrugue el papel. Vuelve a abrir el agujero central de 5 mm con el punzón.

4. Coloca el gnomon

   Marca la varilla G a 100 mm de una punta. Pásala por el agujero desde la cara de invierno hasta que la marca quede justo en la cara de verano: 100 mm por arriba y unos 60 mm por abajo. Fíjala con una bolita de plastilina en cada cara.

   Comprueba: Apoya la escuadra en el disco: la varilla forma 90° en dos direcciones distintas.

5. Monta la base adulto

   Pega las dos capas de la base E. Pega el tope F sobre la línea marcada y los dos soportes D de pie sobre sus líneas (a 50 mm a cada lado del centro), con la esquina en punta tocando el tope y el lado vertical hacia el SUR.

   Comprueba: Los dos soportes son paralelos y sus lados inclinados están a la misma altura.

6. Apoya el disco en los soportes adulto

   Apoya el disco sobre los lados inclinados de los soportes, con el borde de las 12 tocando el tope y la cara de verano hacia arriba. La varilla de abajo pasa entre los dos soportes sin tocarlos. Pega el disco a los soportes con cola o silicona.

   Comprueba: La varilla de arriba apunta hacia el norte y sube 40° sobre el horizonte; la de abajo, hacia el sur.

7. Lleva el reloj al sol

   Coloca la base sobre una superficie horizontal y soleada (comprueba con una canica o un nivel que no está inclinada). El borde marcado NORTE de la base debe mirar hacia el norte.

8. Oriéntalo al norte adulto

   Con la brújula, gira la base hasta que su línea norte-sur coincida con la aguja. En la península y Baleares la desviación magnética es de 2° como mucho y puedes ignorarla; en Canarias ronda los 5–6° (y baja unos 0,2° cada año): allí la línea norte-sur debe quedar unos 5–6° a la derecha (al este) de la aguja, o usa el método de la sombra del consejo. Aleja móviles, llaves y mesas metálicas al menos 30 cm de la brújula.

   Truco: Sin brújula: a la hora del mediodía solar de tu ciudad (paso 11), gira la base hasta que la sombra caiga justo sobre la línea de las 12.

9. Lee la hora solar

   Mira en qué línea cae la sombra de la varilla. De marzo a septiembre lee la cara de arriba (verano); de septiembre a marzo, la de abajo (invierno), agachándote para mirar debajo del disco.

   Comprueba: La sombra cae sobre la esfera y se mueve una línea (15°) cada hora.

10. Marca la posición

    Cuando esté bien orientado, rodea la base con cinta de carrocero o tiza en el suelo para poder sacar y volver a poner el reloj en el mismo sitio sin reorientarlo.

11. Convierte a la hora del reloj adulto

    Hora oficial ≈ hora solar + 1 h (invierno) o + 2 h (verano, de finales de marzo a finales de octubre) + 4 min por cada grado de longitud al oeste de Greenwich (resta 4 min por grado al este). Madrid (3,7° O): suma 1 h 15 min en invierno o 2 h 15 min en verano.

    Truco: Canarias está en otro huso: suma 1 h 2 min en invierno y 2 h 2 min en verano (15,5° O, huso UTC+0/UTC+1).

12. Comprueba con el reloj del móvil

    Cada hora durante una tarde, anota la hora solar del reloj de sol, conviértela y compárala con el móvil. La diferencia debe ser de 16 minutos como mucho (es la «ecuación del tiempo», que cambia según el día).

¿Funciona? La prueba

Un día despejado, con el reloj orientado, anota cada hora en punto (según el móvil) la línea en la que cae la sombra.

Qué debe pasar: La sombra avanza exactamente una línea (15°) por hora. En Madrid en horario de verano, a las 14:15 la sombra cae sobre las 12; a las 17:15 sobre las 15. La diferencia con el móvil, tras aplicar la corrección del paso 11, es como máximo de ±16 minutos según la fecha.

Si algo falla

• La sombra no cae sobre la cara de arriba — Estás entre finales de septiembre y marzo: el sol está por debajo del plano del disco. Solución: Lee la cara de invierno, por debajo del disco. Cerca de los equinoccios la sombra apenas se ve en ninguna cara: espera un par de semanas.
• Marca una hora muy distinta de la del móvil (más de 30 min) — No has aplicado la corrección de horario de verano/invierno y longitud, o la base no apunta al norte. Solución: Aplica la regla del paso 11. Reorienta la base con la brújula lejos de objetos metálicos o con la sombra al mediodía solar.
• La sombra no sigue las líneas: va adelantada por la mañana y atrasada por la tarde (o al revés) — La varilla no está perpendicular al disco o el disco no está inclinado 50°. Solución: Comprueba la varilla con la escuadra y los soportes con un transportador. Revisa que la base esté horizontal.
• El disco se comba o el papel se arruga — Humedad o rocío. Solución: Forra con cinta transparente y guárdalo por la noche. Usa cartón pluma si va a estar fuera muchos días.
• La varilla se mueve — Agujero demasiado grande o plastilina blanda al sol. Solución: Usa silicona caliente en lugar de plastilina o rodea la varilla con cinta hasta que entre ajustada.

Seguridad

• Nunca mires directamente al sol, ni a través de nada; para comprobar la sombra mira solo al disco.
• El cúter lo usa un adulto, con regla metálica y base de corte.
• La varilla sobresale 10 cm: colócalo donde nadie pueda caer encima o agacharse de golpe sobre ella (protege la punta con una bolita de plastilina).
• Al sol de verano, pon gorra, crema y agua durante las observaciones largas.

La ciencia detrás

Para los niños

El Sol no se mueve de verdad: es la Tierra la que gira como una peonza, y por eso vemos el Sol pasar por el cielo de un lado a otro. Da una vuelta entera cada 24 horas, así que cada hora avanza un trocito igual, como las porciones de una pizza de 24 trozos. Nuestra varilla apunta al mismo sitio que el eje de la Tierra, hacia la estrella Polar, y su sombra gira a su alrededor como la aguja de un reloj, avanzando una porción cada hora.

Para el adulto

La rotación terrestre hace que el Sol describa en el cielo, cada día, un círculo alrededor del eje polar a 15°/h (360°/24 h). En un reloj ecuatorial el gnomon es paralelo a ese eje (inclinado sobre el horizonte un ángulo igual a la latitud φ y apuntando al norte geográfico) y la esfera es paralela al ecuador celeste (inclinada 90° − φ). Así la sombra del gnomon gira exactamente 15° por hora y las líneas son equiangulares, a diferencia del reloj horizontal, donde tan(ángulo) = sen φ · tan(15°·h). La declinación solar varía de +23,4° (solsticio de junio) a −23,4° (diciembre): de marzo a septiembre el Sol ilumina la cara norte-superior y de septiembre a marzo la inferior; en los equinoccios incide rasante. El reloj marca la hora solar aparente local. Para pasar a hora oficial: + huso (UTC+1 en invierno, UTC+2 con horario de verano en la península) − longitud/15 (en horas, positiva al este) − ecuación del tiempo (−14 min a mediados de febrero, +16 min a principios de noviembre, consecuencia de la excentricidad de la órbita y la inclinación del eje). El método sencillo (gnomon vertical, marcas de un día) produce un reloj que solo es exacto en fechas cercanas a las de calibración, porque con gnomon vertical la dirección de la sombra a una hora dada depende de la declinación. Un error de ±4° en latitud produce errores de pocos minutos en las horas centrales.

• gnomon: la varilla del reloj de sol que da la sombra.
• hora solar: la hora que marca el Sol: a las 12 está en lo más alto, justo al sur.
• latitud: lo lejos que estás del ecuador, en grados (Madrid, 40°).
• eje de la Tierra: línea imaginaria alrededor de la que gira la Tierra; apunta a la estrella Polar.
• huso horario: zona del mundo que usa la misma hora oficial.

Por edades

• 5–7 años: El adulto corta y monta el reloj; el niño pega las esferas, coloca la plastilina y por la tarde lee la hora solar. Basta con «la sombra gira como una aguja».
• 8–10 años: Construyen todo salvo los cortes con cúter, orientan con brújula y comparan con el móvil sumando las horas de diferencia.
• 11–12 años: Calculan su corrección de longitud, construyen soportes para su latitud exacta con un transportador y registran la ecuación del tiempo durante varios meses.

En grupo o en clase

Equipos de 3, un reloj por equipo. Antes: imprimir esferas, precortar discos y soportes, preparar brújulas (o una sola con la que el docente marca una línea norte-sur con tiza en el patio). Sesión de 60 min: 10 min de explicación con una linterna y una pelota, 35 min de montaje, 15 min en el patio orientando los relojes sobre la línea. Lectura de la hora en el recreo y a la salida.

Retos

• Construye un reloj de sol horizontal calculando los ángulos con tan(ángulo) = sen(latitud) · tan(15° · horas).
• Añade una pequeña tabla de corrección para cada mes en el borde de la base.
• Haz un reloj de sol humano en el patio: tú eres el gnomon.
• Fabrica un reloj de sol de bolsillo plegable con una brújula pequeña incorporada.

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