El camino del sol , a veces también llamado arco diurno , se refiere al camino en forma de arco diario y estacional que el Sol parece seguir a través del cielo mientras la Tierra gira y orbita alrededor del Sol. La trayectoria del Sol afecta la duración del día experimentado y la cantidad de luz diurna recibida a lo largo de una determinada latitud durante una temporada determinada.
La posición relativa del Sol es un factor importante en la ganancia de calor de los edificios y en el rendimiento de los sistemas de energía solar . [1] El conocimiento preciso y específico de la ubicación de la trayectoria del sol y las condiciones climáticas es esencial para las decisiones económicas sobre el área del colector solar , la orientación, el paisajismo, la protección de verano y el uso rentable de seguidores solares . [2] [3]
Efecto de la inclinación axial de la Tierra
Las trayectorias del sol en cualquier latitud y en cualquier época del año se pueden determinar a partir de la geometría básica . [4] El eje de rotación de la Tierra se inclina unos 23,5 grados , en relación con el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol . A medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, esto crea la diferencia de declinación de 47 ° entre las trayectorias del sol del solsticio , así como la diferencia específica del hemisferio entre el verano y el invierno.
En el hemisferio norte , el sol de invierno (noviembre, diciembre, enero) sale por el sureste, transita por el meridiano celeste en un ángulo bajo en el sur (más de 43 ° sobre el horizonte sur en los trópicos) y luego se pone en el Sur oeste. Está en el lado sur (ecuador) de la casa durante todo el día. Una ventana vertical orientada al sur (lado del ecuador) es eficaz para capturar energía solar térmica . A modo de comparación, el sol de invierno en el hemisferio sur (mayo, junio, julio) sale en el noreste, alcanza su punto máximo en un ángulo bajo en el norte (más de la mitad del horizonte en los trópicos) y luego se pone en el noroeste. . Allí, la ventana orientada al norte dejaría entrar mucha energía solar térmica a la casa.
En el hemisferio norte en verano (mayo, junio, julio), el sol sale por el noreste, alcanza un pico ligeramente al sur del punto superior (más bajo en el sur a mayor latitud ) y luego se pone en el noroeste, mientras que en el hemisferio sur en verano (noviembre, diciembre, enero), el sol sale por el sureste, alcanza un pico ligeramente al norte del punto superior (más bajo en el norte a mayor latitud) y luego se pone en el suroeste. Se puede diseñar fácilmente un voladizo simple del lado del ecuador dependiente de la latitud para bloquear el 100% de la ganancia solar directa y evitar que ingrese a las ventanas verticales que dan al ecuador en los días más calurosos del año. Las cortinas exteriores enrollables, las colchas para ventanas interiores translúcidas u opacas, las cortinas, las contraventanas, los enrejados móviles, etc. se pueden utilizar para controlar la transferencia de calor y el sol por horas, días o por temporadas (sin ningún aire acondicionado eléctrico activo).
En todas partes del mundo durante los equinoccios (20/21 de marzo y 22/23 de septiembre), excepto en los polos, el sol sale por el este y se pone por el oeste. En el hemisferio norte, el sol del equinoccio alcanza su punto máximo en la mitad sur (aproximadamente a la mitad del horizonte en latitud media) del cielo, mientras que en el hemisferio sur, ese sol alcanza su punto máximo en la mitad norte del cielo. Cuando mira hacia el ecuador, el sol parece moverse de izquierda a derecha en el hemisferio norte y de derecha a izquierda en el hemisferio sur.
Las diferencias de trayectoria solar específicas de latitud (y hemisferio) son críticas para el diseño eficaz de edificios solares pasivos . Son datos esenciales para un diseño estacional óptimo de ventanas y voladizos. Los diseñadores solares deben conocer los ángulos de trayectoria solar precisos para cada ubicación para la que diseñan y cómo se comparan con los requisitos estacionales de calefacción y refrigeración basados en el lugar.
En los EE. UU., Los números precisos de trayectoria solar estacional de altitud y acimut específicos de la ubicación están disponibles en la NOAA : el "lado ecuatorial" de un edificio está al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur , donde el solsticio de verano máximo La altitud solar se produce el 21 de diciembre.
Sombra de un palo vertical al mediodía solar
En el ecuador, el sol estará directamente sobre nuestras cabezas y un palo vertical no proyectará sombra al mediodía solar en los equinoccios . Aproximadamente a 23,5 grados al norte del ecuador en el Trópico de Cáncer , un palo vertical no proyectará sombra el 21 de junio, el solsticio de verano para el hemisferio norte . El resto del año, la sombra del mediodía apuntará al polo norte. Aproximadamente a 23,5 grados al sur del ecuador en el Trópico de Capricornio , un palo vertical no proyectará sombra el 21 de diciembre, el solsticio de verano para el hemisferio sur , y el resto del año su sombra del mediodía apuntará al polo sur. Al norte del Trópico de Cáncer, la sombra del mediodía siempre apuntará al norte y, a la inversa, al sur del Trópico de Capricornio, la sombra del mediodía siempre apuntará al sur.
Las sombras del mediodía solar de los objetos en puntos más allá y debajo de los puntos subsolares apuntarán hacia el norte verdadero y el sur verdadero respectivamente solo cuando la declinación solar tenga su máximo positivo (δ☉ = + 23.44 °) o máximo negativo (δ☉ = −23.44 °) valor. Por otro lado, en los equinoccios cuando el sol no está declinado hacia el norte ni hacia el sur (δ☉ = 0 °) y las sombras del mediodía del tiempo solar apuntan al NNW al norte del ecuador y al SSE al sur del ecuador en el equinoccio de primavera (y el punto NNE al norte del ecuador y SSW al sur del ecuador en el equinoccio de otoño).
Duración de la luz del día
Dentro de los círculos polares (al norte del Círculo Polar Ártico y al sur del Círculo Antártico ), cada año experimentará al menos un día en el que el Sol permanece por debajo del horizonte durante 24 horas (en el solsticio de invierno ), y al menos un día cuando el El sol permanece sobre el horizonte durante 24 horas (en el solsticio de verano ).
En las latitudes medias (entre los trópicos y los círculos polares , donde vive la mayoría de los seres humanos), la duración del día , así como la altitud y el azimut solar , varían de un día a otro y de una estación a otra. La diferencia entre la duración de un día largo de verano y de un día corto de invierno aumenta a medida que uno se aleja del Ecuador . [2]
Visualización
Las imágenes a continuación muestran las siguientes perspectivas desde la Tierra, que marcan las posiciones horarias del Sol en ambos días de solsticio . Cuando están conectados, los soles forman dos arcos diurnos , los caminos por los que el Sol parece seguir en la esfera celeste en su movimiento diurno . El arco más largo es siempre el camino de pleno verano, mientras que el arco más corto es el camino de pleno invierno. Los dos arcos están separados por 46,88 ° (2 × 23,44 °), lo que indica la diferencia de declinación entre los soles del solsticio.
Además, algunos soles "fantasmas" son visibles debajo del horizonte , hasta 18 ° hacia abajo, durante los cuales ocurre el crepúsculo . Las imágenes se pueden utilizar tanto para el hemisferio norte como para el sur de la Tierra . Se supone que un observador teórico está parado cerca del árbol en una pequeña isla en medio del mar. Las flechas verdes representan las direcciones cardinales .
- En el hemisferio norte, el norte está a la izquierda. El Sol sale por el este (flecha lejana), culmina en el sur (a la derecha) mientras se mueve hacia la derecha y se pone por el oeste (flecha cercana). Tanto las posiciones de subida como de puesta se desplazan hacia el norte en pleno verano y hacia el sur en pleno invierno.
- En el hemisferio sur, el sur está a la izquierda. El Sol sale por el este (flecha cercana), culmina en el norte (a la derecha) mientras se mueve hacia la izquierda y se pone por el oeste (flecha lejana). Tanto las posiciones de subida como de puesta se desplazan hacia el sur en pleno verano y hacia el norte en pleno invierno.
Se muestran los siguientes casos:
- En la línea abstracta del Ecuador (latitud 0 °), la altitud máxima del Sol es grande durante todo el año, pero no forma un ángulo recto perfecto con el suelo al mediodía todos los días. De hecho ocurre dos días al año, durante los equinoccios. Los solsticios son las fechas en las que el Sol se mantiene más alejado del cenit pero de todos modos también en esos casos está alto en el cielo, alcanzando una altitud de 66,56 ° al norte o al sur. Todos los días del año, incluidos los solsticios, tienen la misma duración de 12 horas.
- Arcos del día del solsticio vistos desde 20 ° de latitud . El Sol culmina a 46,56 ° de altitud en invierno y 93,44 ° de altitud en verano. En este caso, un ángulo superior a 90 ° significa que la culminación tiene lugar a una altitud de 86,56 ° en la dirección cardinal opuesta. Por ejemplo, en el hemisferio sur, el Sol permanece en el norte durante el invierno, pero puede alcanzar el cenit hacia el sur en pleno verano. Los días de verano son más largos que los de invierno, pero la diferencia no supera las dos horas y media aproximadamente. La trayectoria diaria del Sol es empinada en el horizonte durante todo el año, lo que da como resultado un crepúsculo de solo una hora y 20 minutos por la mañana y por la noche.
- Arcos del día del solsticio vistos desde 50 ° de latitud. Durante el solsticio de invierno, el sol no se eleva más de 16,56 ° sobre el horizonte al mediodía, pero 63,44 ° en el solsticio de verano por encima de la misma dirección del horizonte. La diferencia en la duración del día entre el verano y el invierno, de aquí al norte, comienza a ser llamativa: poco más de 8 horas en el solsticio de invierno, a más de 16 horas durante el solsticio de verano. Asimismo, es la diferencia en la dirección del amanecer y el atardecer. En esta latitud a la medianoche (alrededor de la 1 am con la hora legal de verano) el sol de verano está 16,56 ° por debajo del horizonte, lo que significa que el crepúsculo astronómico continúa toda la noche. Este fenómeno se conoce como las noches grises , noches en las que no oscurece lo suficiente como para que los astrónomos realicen sus observaciones del cielo profundo . Por encima de los 60 ° de latitud, el Sol estaría aún más cerca del horizonte, a solo 6,56 ° de distancia. Luego, el crepúsculo civil continúa casi toda la noche, solo un poco de crepúsculo náutico alrededor de la medianoche local. Por encima de los 66,56 ° de latitud, no hay puesta de sol en absoluto, un fenómeno conocido como sol de medianoche .
- Arcos del día del solsticio vistos desde 70 ° de latitud. Al mediodía local, el Sol de invierno culmina a −3,44 ° y el Sol de verano a 43,44 °. Dicho de otra manera, durante el invierno el Sol no se eleva por encima del horizonte, es la noche polar . Sin embargo, todavía habrá un fuerte crepúsculo. A la medianoche local, el sol de verano culmina a 3.44 °. Dicho de otra manera, no se fija; es el día polar.
- Los arcos del día del solsticio como se ven desde cualquier polo (latitud de 90 °). En el momento de los solsticios de verano o invierno, el Sol se encuentra a 23,44 ° grados por encima o por debajo del horizonte, respectivamente, independientemente de la hora del día. Mientras el Sol está alto (durante los meses de verano) circulará alrededor de todo el cielo (en el sentido de las agujas del reloj desde el Polo Norte y en el sentido contrario a las agujas del reloj desde el Polo Sur ), pareciendo permanecer en el mismo ángulo desde el horizonte, de ahí el concepto de día o la noche no tiene sentido. El ángulo de elevación cambiará gradualmente en un ciclo anual, con el Sol alcanzando su punto más alto en el solsticio de verano y saliendo o poniéndose en el equinoccio , con períodos prolongados de crepúsculo que durarán varios días después del equinoccio de otoño y antes del equinoccio de primavera.
- Arcos del día del solsticio vistos desde latitudes seleccionadas
0 ° de latitud (el ecuador )
20 ° de latitud
50 ° de latitud
70 ° de latitud
Latitud de 90 ° ( cualquier polo )
Ver también
- Eclíptica
- Diseño solar pasivo
- Acceso solar
- Piranómetro
- Pirheliómetro
- Helióstato
- Iluminación natural
- Analemma
- Efecto del ángulo del sol sobre el clima
- Posición del sol
- Equinoccio
- Solsticio
Referencias
- ^ "Información de recursos solares" . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 28 de marzo de 2009 .
- ^ a b Khavrus, V .; Shelevytsky, I. (2010). "Introducción a la geometría del movimiento solar sobre la base de un modelo simple" . Educación física . 45 (6): 641. Bibcode : 2010PhyEd..45..641K . doi : 10.1088 / 0031-9120 / 45/6/010 .
- ^ Khavrus, V .; Shelevytsky, I. (2012). "Geometría y física de las estaciones" . Educación física . 47 (6): 680. doi : 10.1088 / 0031-9120 / 47/6/680 .
- ^ Librorum, Helluo (2012). "Notas de la noosfera: la geometría simple de las trayectorias del sol, la luna y las estrellas" . notesfromnoosphere.blogspot.com . Consultado el 19 de septiembre de 2013 .[ fuente no confiable? ]
enlaces externos
- Tabla de Altitud / Azimut del Sol o la Luna del Observatorio Naval de EE. UU.
- La geometría simple de los caminos del sol, la luna y las estrellas.
- Cálculo y visualización de la trayectoria del sol en Android
- Ruta del sol en realidad aumentada
- Ruta del sol por ubicación y fecha
- Posiciones del sol, diagrama y trayectorias alrededor del mundo por ubicación y fecha.
- Tutorial de problemas de diseño de rutas solares estacionales y por horas
- Ruta del sol en el mapa, gráficos y tablas, posición del sol para cada ubicación y fecha
- Posición del sol por ubicación y fecha