นาฬิกาแดด ....... ของเล่นและ Landmark เชิงวิทยาศาสตร์ โรงเรียนวิถีธรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide05.jpg)
ราวเดือนต้นตุลาคม 2559 ไปร่วมประชุมคณะครูโรงเรียนวิถีธรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนครเพื่อหารือการสร้างนาฬิกาแดดให้เด็กๆได้เรียนรู้วิชาวิทยาศาสตร์แบบเชิงประจักษ์ จากนั้นก็มอบให้คุณครูตกลงกันเองว่าอยากได้นาฬิกาแดดแบบไหน ..... 27 ตุลาคม บินไปเยี่ยมลูกหลานที่อเมริกา
16 พฤศจิกายน 2559 คุณครูแอ๋ว รักษาการครูใหญ่ส่ง messenger ข้ามทวีปมาให้ที่อเมริกาโดยแจ้งว่า ...... คณะครูลงมติว่าอยากได้นาฬิกาแดด 2 ชนิด ชนิดแรกเป็นลักษณะ landmark มีโลโก้และชื่อโรงเรียนติดตั้งที่ "วงกลมหน้าโรงเรียน" ชนิดที่สองเป็นนาฬิกาแดดที่เด็กๆเข้าไปยืนและให้ตัวเขาเองทำหน้าที่เป็น "เข็มนาฬิกา"
ผมนึกภาพออกทันทีครับเพราะเดาล่วงหน้าไว้แล้วว่า "มติของคุณครู" ต้องออกมาในลักษณะนี้ นาฬิกาแดดทั้งสองจึงได้แก่ ชนิด Equatorial และชนิด Horizontal รูปร่างหน้าตาเป็นอย่างไรสามารถเข้าไปอ่านรายละเอียดที่บทความ "นาฬิกาแดดมิติเวลาแห่งมนุษยชาติ" ในเว้ปไชด์เดียวกันนี้
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide26.jpg)
บริเวณที่ตั้งโรงเรียนวิถีธรรม ในมหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide25.jpg)
ภาพถ่าย Google Earth แสดง Layout สถานที่ติดตั้งนาฬิกาแดดทั้งสองชนิดที่โรงเรียนวิถีธรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร
เด็กๆนักเรียนช่วยกันออกแบบนาฬิกาแดด
เริ่มต้นที่การบรรยายให้เด็กๆทราบว่านาฬิกาแดดคืออะไรและมีหลักการทำงานอย่างไร แล้วให้ช่วยกันออกแบบผลงานออกมาอย่างที่เห็นนี่แหละครับ
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide57.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide58.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide60(3).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide59.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide59(1).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide59(2).jpg)
1.นาฬิกาแดดชนิด Equatorial
มีโลโก้และชื่อโรงเรียนเป็น landmark ตั้งอยู่ที่วงกลมบริเวณทางเดินเข้าโรงเรียน
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide02.jpg)
side profile ของนาฬิกาแดดชนิด Equatorial โดยวาง center-line ให้ตรงกับ "ทิศเหนือแท้" (true north) ซึ่งเป็นตำแหน่งของขั้วโลกเหนือ และ "ดาวเหนือ"
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide01.jpg)
รายละเอียดรูป Side Profile ของนาฬิกาแดด Equatorial หันไปที่ "ทิศเหนือแท้" และตัวหน้าปัด (dial) ทำมุมเอียง 17 องศา กับแนวดิ่งเพราะตั้งอยู่ที่เส้นรุ้ง 17 องศาเหนือ เข็มนาฬิกา (Gnomon) ขนาดความยาว 30 ซม ติดตั้งที่จุด center และตั้งฉากกับหน้าปัด
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide04.jpg)
ภาพหน้าปัดด้านทิศเหนือ (north side dial)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide03(1).jpg)
หน้าปัด (south side dial) ด้านทิศใต้
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide05(1).jpg)
ช่องแสดงเวลาเท่ากับ 15 องศา ต่อ 1 ชั่วโมง โดยมีเข็มนาฬิกาอยู่ที่ center และตั้งฉากกับหน้าปัด
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide06.jpg)
15 องศา ต่อ 1 ชั่วโมง
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide07.jpg)
จุด center ของเข็มนาฬิกา (gnomon) ต้องอยู่ที่ center ของหน้าปัด
แสดงวิธีการติดตั้งนาฬิกาแดดชนิด Equatorial
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide09.jpg)
ภาพตัวอย่างนาฬิกาแดดโบราณ ชนิด Equatorial ที่พระราชวังต้องห้ามกรุงปักกิ่ง ประเทศจีน
ทำไมนาฬิกาแดดชนิดนี้จึงมีชื่อว่า Equatorial
คำตอบ เพราะถูกออกแบบให้ "หน้าปัด" (dial) ขนานกับเส้นศูนย์สูตรของโลก (Equator) ดังคำอธิบายในภาพต่อไปนี้
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide26(2).jpg)
โรงเรียนวิถีธรรม ม.ราชภัฏสกลนคร ตั้งอยู่ที่พิกัดเส้นรุ้ง 17 องศาเหนือ
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide27(1).jpg)
ไดอะแกรมแสดงภาพ "หน้าปัด" (dial) ขนานกับเส้นศูนย์สูตร (Equator)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide28.jpg)
ภาพการติดตั้งนาฬิกาแดดให้ "หน้าปัด" ขนานกับเส้นศูนย์สูตร จึงต้องทำมุมเอียงจากแนวดิ่ง 17 องศา
เพราะสถานที่ตั้งของโรงเรียนวิถีธรรม ม.ราชภัฏสกลนคร อยู่ ณ ตำแหน่งเส้นรุ้งที่ 17 องศาเหนือ
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide14(1).jpg)
ช่วยกันติดตั้งนาฬิกาแดดและปรับมุมเอียงให้ได้ 17 องศา
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide15(1).jpg)
ตัดกระดาษให้ได้มุม 17 องศา เพื่อช่วยในการติดตั้งหน้าปัดนาฬิกาแดด
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide19(2).jpg)
ติดตั้งเสร็จเรียบร้อยแล้ว
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide29.jpg)
แสดงภาพนาฬิกาแดดที่ประกอบเสร็จแล้ว มีมุมเอียงจากแนวดิ่ง 17 องศา
นาฬิกาแดดชนิดนี้ทำงานอย่างไร
เนื่องจากนาฬิกาแดดติดตั้งอยู่ที่พิกัดเส้นรุ้ง 17 องศาเหนือ และโคจรรอบดวงอาทิตย์พร้อมๆกับโลก มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์ในฤดูร้อน (summer) ส่องทางด้านทิศเหนือ แต่มุมตกกระทบแสงอาทิตย์ในฤดูหนาว (winter) จะเปลี่ยนไปทางทิศใต้ ส่วนวันที่กลางวันเท่ากับกลางคืน (equinox) ดวงอาทิตย์จะอยู่ตรงกลางพอดี
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide30.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide18(2).jpg)
นาฬิกาแดด เคลื่อนที่ไปพร้อมกับโลก
เวลาของนาฬิกาแดด กับนาฬิกาข้อมือเท่ากันหรือไม่
คำตอบ เวลานาฬิกาแดดเป็นเวลาจริง ณ สถานที่โรงเรียนวิถีธรรม เส้นรุ้งที่ 17 องศาเหนือ ซึ่งในแต่ละฤดูตำแหน่งดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนมุมไปตามการโคจรของโลกมีผลให้มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์เปลี่ยนไปอย่างต่อเนื่อง แต่เวลาของนาฬิกาข้อมือเป็นการเฉลี่ยคงที่ให้ทั้งประเทศมีเวลาเท่ากันโดยไม่ต้องคำนึงถึงฤดูกาล ดังนั้นจึงต้องมีสมการที่เรียกว่า "Equation of Time" เป็นตัวช่วยสอบเทียบระหว่างเวลาของนาฬิกาแดดกับเวลาของนาฬิกาข้อมือ อนึ่งในบางช่วงของฤดูกาลนาฬิกาแดดกับนาฬิกาข้อมือก็มีโอกาสเท่ากัน เช่น ช่วงเดือนพฤษภาคม ต้นเดือนกันยายน และกลางเดือนธันวาคม
เหตุผลเชิงวิทยาศาสตร์
1.นาฬิกาแดดแสดงเวลาที่แท้จริงของตามหลักดาราศาสตร์เฉพาะพื้นที่นั้นๆตามองศาเส้นรุ้ง แต่นาฬิกาข้อมือยึดเวลามาตรฐานตามข้อตกลง (Greenwich Mean Time) โดยประเทศไทยยึดพิกัด ณ เส้นแวง 105 E ที่ผาชนะได อ.โขงเจียม จ.อุลบราชธานี เป็นเวลาสากลทั้งประเทศไทย แต่ในความเป็นจริงดวงอาทิตย์ขึ้นที่ผาชนะได เร็วกว่าที่แหลมพรหมเทพจังหวัดภูเก็ต ณ เส้นแวง 98 E ประมาณ 28 นาที อย่างไรก็ตามคนภูเก็ตกับคนอุบลราชธานี ก็ต้องใช้เวลามาตรฐานเดียวกัน ยืนเคารพธงชาติเวลา 08:00 น. พร้อมกัน
2.ตามหลักดาราศาสตร์ทุกพื้นที่บนโลกจะมีฤดูกาลทำให้ความยาวของกลางวันและกลางคืน มี 3 ลักษณะ กลางวันยาวกว่ากลางคืน กลางวันเท่ากับกลางคืน กลางวันสั้นกว่ากลางคืน แต่นาฬิกาข้อมือถือว่า กลางวัน 12 ชั่วโมง กลางคืน 12 ชั่วโมง
ด้วยเหตุผลดังข้างต้น จึงต้องมีสมการเทียบเวลาระหว่างนาฬิกาแดด (solar time) V/S นาฬิกาข้อมือ (clock time)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide10(3).jpeg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide10(4).jpeg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide10(2).jpeg)
กร๊าฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างนาฬิกาแดด (solar time) กับนาฬิกาข้อมือ (clock time) จะเห็นได้ว่าช่วงเดือนมกราคม ถึง ต้นเดือนพฤษภาคม เวลาเที่ยงของนาฬิกาแดด (solar noon) ช้ากว่านาฬิกาข้อมือ เช่น solar noon วันที่ 15 กุมภาพันธ์ เท่ากับเวลา 12:18 น. ของ clock time (นาฬิกาแดดช้าไป 18 นาที) แต่เมื่อถึงช่วงวันที่ 7 - 20 พฤษภาคม นาฬิกาแดด (solar time) กับนาฬิกาข้อมือ (clock time) ตรงกันพอดี ที่ 12:00 น. จากข้อมูล "สมการแห่งเวลา" (Equation of Time) มีคำอธิบายได้ ดังนี้
1. วันที่ 1 มกราคม ถึง 6 พฤษภาคม solar time ช้ากว่า clock time
2. วันที่ 7 - 20 พฤษภาคม solar time = clock time พอดี โดย solar noon = 12:00 น.
3. วันที่ 21 พฤษภาคม - 13 กันยายน solar time ช้ากว่า clock time
4. วันที่ 14 กันยายน solar time = clock time
5. วันที่ 15 กันยายน - 15 ธันวาคม solar time เร็วกว่า clock time
6. วันที่ 17 ธันวาคม solar time = clock time
7. วันที่ 18 - 31 ธันวาคม solar time เร็วกว่า clock time
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide6.jpg)
ต้นเดือนพฤศจิกายน นาฬิกาแดด (solar time) เร็วกว่านาฬิกาข้อมือ (clock time) ราวสิบกว่านาที
2.นาฬิกาแดดชนิด Horizontal ที่เด็กๆเข้าไปยืนให้ตัวเองเป็น "เข็มนาฬิกา"
องศาของหน้าปัดนาฬิกาแดดชนิด Horizontal โดยเริ่มต้น 00 องศา ที่ 12:00 น.
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide20(1).jpg)
ระยะขีดที่พื้นให้เด็กๆเข้าไปยืนตามความสูงของแต่ละคน โดยเริ่มต้นวัดระยะจากจุด original
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide21.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide24.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide25(1).jpg)
นาฬิกาแดดขนาดยักษ์ที่สามารถใช้ Drone ถ่ายรูปจากระยะสูง
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide26(1).jpg)
วิธีหาทิศเหนือแท้โดยใช้เงาดวงอาทิตย์
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide11.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide12.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide13.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide14.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide16.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide17.jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide18.jpg)
การทำ shadow plot ต้องการพื้นเรียบและระนาบกับพื้นโลก หากพื้นที่วงกลมเป็นสนามหญ้าย่อมไม่สะดวก ก็สามารถเลื่อนมาทำบนพื้นคอนกรีต เมื่อได้แนวทิศเหนือแล้วก็โยงเข้าไปหาตำแหน่งที่ต้องการโดยวิธเรขาคณิต
"การทำ shadow plot เพื่อหาแนวทิศเหนือแท้ ควรทำในช่วงระหว่างเดือน พฤศจิกายน - มกราคม เพราะเส้น curve of shadow ชัดเจนและอากาศไม่ร้อน แต่ถ้าหลุดจากนี้ไปแล้ว ก็ต้องรอให้ถึงวันที่ 20 - 22 มีนาคม curve of shadow จะเป็นเส้นตรงก็หาทิศเหนือง่ายเช่นกัน"
คุณครูอ้อย แห่งโรงเรียนวิถีธรรมรับอาสาทำ shadow plot โดยยืนตากแดดทุกๆ 5 นาที ตั้งแต่เวลา 09:00 น. จนถึง 15:00 น. ทำให้สามารถติดตั้งนาฬิกาแดดได้ตรงกับทิศเหนือแท้
คุณครูอ้อยอาสายืนตากแดดทำ shadow plot เพื่อหาตำแหน่ง "ทิศเหนือแท้" (true north)
Shadow plot โดยใช้ตาปูเป็นอุปกรณ์ทำให้เกิดเงาดวงอาทิตย์
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide11(1).jpg)
เมื่อได้ curve ของเงาดวงอาทิตย์ตั้งแต่ 09:00 - 15:00 ก็สามารถค้นหาทิศเหนือแท้ได้อย่างง่ายดาย
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide12(3).jpg)
ผลการทำ shadow plot สามารถหาทิศเหนือแท้ (true north) ได้อย่างง่ายดาย
Question
ทำไมนาฬิกาแดดของแต่ละประเทศจึงมีมุมเอียงไม่เท่ากัน
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide01(1).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide03(2).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide04(3).jpg)
ถ้าเอาไม้ปักตั้งฉาก ณ ขั้วโลกเหนือ เงาของไม้จะเปลี่ยนไปชั่วโมงละ 15 องศา
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide05(2).jpg)
โลกจึงสามารถทำหน้าที่เป็นนาฬิกาแดด
ส่วนนี้ของโลก ...... กลายเป็นนาฬิกาแดด
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide07(2).jpg)
เราจึงผลิตอุปกรณ์ให้มีลักษณะเดียวกันโดยเลียนแบบโลก
เอาไปตั้งไว้ที่ขั้วโลกเหนือ
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide09(1).jpg)
ทดลองเอาไปตั้งไว้ที่เส้นศูนย์สูตร
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide10(2).jpg)
ทดลองเอาไปตั้ง ณ เส้นรุ้ง 17 องศา อ.เมืองสกลนคร
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide11(2).jpg)
นี่คือนาฬิกาแดดที่ อ.เมืองสกลนคร
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide13(1).jpg)
หลักการของนาฬิกาแดด ณ เส้นรุ้ง 17 องศา เหนือ
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide17(1).jpg)
มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์ต่อนาฬิกาแดดเปลี่ยนไปตามฤดูกาล
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide56.jpg)
เงาของตัวนาฬิกาแดดในปรากฏการณ์ "วิษุวัต" (Equinox) มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์ ณ "เที่ยงสุริยะ" (solar noon) ตรงกับมุมเอียงของนาฬิกาแดด ณ เส้นรุ้ง 17 N
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide18(1).jpg)
นาฬิกาแดดเคลื่อนที่ไปพร้อมๆกับโลกและรับ "มุมตกกระทบของแสงอาทิตย์" ด้วยองศาเดียวกัน
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide19(3).jpg)
แสดงมุมตกกระทบของแสงอาทิตย์ในฤดูร้อนและฤดูหนาว โปรดสังเกตุแสงอาทิตย์จะตกที่ด้านทิศเหนือของนาฬิกาแดดในฤดูร้อน และตกกระทบด้านทิศใต้ของนาฬิกาแดดในฤดูหนาว
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide24(1).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide25(2).jpg)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide26(3).jpg)
นาฬิกาแดดทำมุมเอียงจากแนวดิ่งเท่ากับองศาของเส้นรุ้ง ณ สถานที่นั้นๆ แต่ทั้งหมดนี้ต้องขนาดกับเส้นศูนย์สูตร (equator)
![](http://www.yclsakhon.com/images/sub_1479500700/Slide27(2).jpg)
มุมเอียงของนาฬิกาแดดขึ้นอยู่กับองศาเส้นรุ้ง ณ สถานที่นั้นๆ ในภาพนี้ นาฬิกาแดดที่มหานครลอนดอน เอียง 51 องศา นาฬิกาแดดที่เมืองโอมาฮ่า รัฐไอโอว่า สหรัฐอเมริกา เอียง 41 องศา นาฬิกาแดดที่โรงเรียนวิถีธรรม สกลนคร เอียง 17 องศา