Keluarga Whitehurst dikenal di Derby sebagai ahli mekanik yang terkenal. John Whitehurst (1713–1788) dilahirkan di Congleton, kemudian datang ke Derby di mana ia menjalankan usaha sebagai pembuat jam dan arloji. Ia pindah ke London ketika ditunjuk menempati posisi sebagai Inspector of Weights. Sepupunya melanjutkan usaha dengan nama Whitehurst & Son. Usaha keluarga ini dikenal atas karya jam menara.[1]
Konstruksi
Konstruksi jam Matahari didasarkan atas pemahaman geometri dari tata surya, dan khususnya bagaimana matahari membuat bayang-bayang pada permukaan rata, dalam hal ini permukaan horisontal. Setiap hari selama satu putaran tahun, bayang-bayang akan berbeda dengan hari lainnya, dan bayang-bayang selalu menempati lokasi tertentu pada jam Matahari, khususnya garis lintang. Jam ini dirancang untuk menunjukkan waktu lokal sehingga garis bujur tidaklah penting. Dalam arti tengah hari adalah titik di mana Matahari berada di posisi tertinggi di langit dan di arah selatan, waktu standar adalah ketika Matahari berada di suatu tempat di selatan seperti pada Observatorium Kerajaan di Greenwich. Derby berada 1° 28′ 46.2″ di arah Barat dari Greenwich,[2] jadi Matahari kira-kira 5 menit dan 52,05 detik kemudian ketika mencapai tengah hari. Hal lain yang diperhatikan adalah bumi berputar mengelilingi Matahari sedikit elips, panjang hari bervariasi sedikit menghasilkan sedikit perbedaan dari rata-rata, sampai 16 menit di bulan November dan Februari,[3] hal ini dengan koreksi lainnya disebut sebagai persamaan waktu dan tidak terlalu penting sampai orang membandingkannya dengan jam mekanis, yang konsekuensinya penunjukannya seimbang setiap hari atau harus diatur setiap hari jika ingin sama dengan siklus alam. Jam mekanis mengukur waktu rata-rata lokal. Jadwal kereta memerlukan waktu yang tepat tiap hari dan mengarah pada adopsi Waktu Greenwich. Midland Railway mengadopsi Waktu Greenwich sejak Januari 1848.[4]
Jam Matahari tembaga ini diberi tanda "Whitehurst and Son/Derby/1812" dan diperkirakan dibuat untuk George Benson Strutt (yang merupakan adik dari pemintal katun William Strutt), untuk rumahnya Bridge Hill House, di Belper.[5][6] Jam ini mempunyai lokasi persis di 53° 1′ 49.08″ lintang Utara, dan 1° 29′ 26.88″ bujur Barat dari Greenwich,[7] yang sedikit berbeda dengan Derby pada 52° 55′ 00″ lintang Utara,[2] perbedaan 6′ 49″. Garis Bujur hampir sama, dan hanya berbeda waktu 2 detik.
Gnomon
Jam Matahari ini dibuat kokoh, dengan gnomon tebal, satu sisi gnomon adalah penunjuk [8] yang menghasilkan bayang-bayang sebelum tengah hari, dan sisi lain menunjukkan setelah tengah hari. Piringan jam tidak dibuat berupa lingkaran penuh, namun dua separuh lingkaran yang dibagi oleh ketebalan lempeng penunjuk. Pada rancangan jam Matahari ini, sudut lempeng penunjuk adalah sama dengan garis lintang, yaitu 53° 1′ 49″ garis lintang dari Bridge Hill House. Piringan jam adalah tepat horisontal, penyesuaian sedikit untuk garis lintang bisa dilakukan jika jam digeser dengan mengayun piringan jam untuk mengubah sudut dari horisontal.[9] Saat ini jam Matahari berada di 0° 6′ 49″ bujur Barat atau sekitar 1/10 derajat ke selatan, ujung gnomon perlu ditinggikan sedikit.
Piringan jam
Pada jam Matahari horisontal (juga disebut jam Matahari taman), piringan yang menerima bayang-bayang diatur horisontal, dibanding dibuat tegak lurus seperti pada jam Matahari ekuatorial.[10][11][12] Oleh karena itu, garis bayangan tidak berputar seragam pada tampilan jam, melainkan garis jam dengan jarak sesuai dengan perhitungan.[13][14] Piringan jam diukir secara presisi, garis jam dihitung berdasarkan fomula:
di mana λ adalah posisi geografis garis lintang (dan garis sudut yang dibuat horisontal). θ adalah sudut antara garis jam tertentu dan garis jam tengah hari (yang selalu mengarah ke Utara di piringan, dan t adalah jumlah jam sebelum atau sesudah tengah hari.
Matematika
Setiap jam 1 sampai 6, rumus dihitung. Misalnya jam 3 setelah tengah hari, kita membagi angka 53,03 dan 3 pada rumus.
Ini menghasilkan
Jam Matahari untuk Belper 53,03
Satu jam
11,791779
Dua jam
24,219060
Tiga jam
37,922412
Empat jam
53,460042
Lima jam
71,020970
Enam jam
90,000000
Jam sebelum tengah hari adalah tepat sama, jam Matahari ini simetris, garis-garis lainnya adalah cerminan dari yang di atas - simetri 2 arah. Dengan cara yang sama, setengah jam dan garis menit bisa dihitung. Seperti siang terletak tepat pada garis utara-selatan dan bukan bukan 5' dan 54" ke arah satu sisi. Jam ini menunjukkan waktu Belper dan bukan waktu Greenwich.[15]
Persamaan Waktu
Skala persamaan waktuPersamaan waktu
Secara jelas, pada piringan kita dapat melihat sepasang skala yang dapat membantu pengamat melakukan koreksi persamaan waktu. Satu skala memberikan tanggal pada bulan dan hari-hari pada sisinya terdapat guratan dengan menit-menit pada hari tertentu akan berjalan lebih cepat atau lambat. Tertulis "Watch Slower, Watch Faster. The 15th April is one day when no conversion needs to be made." (Jam melambat, Jam lebih cepat. Tanggal 15 April adalah suatu hari di mana konversi tidak perlu dilakukan)[16] Jam Matahari ini dapat dipakai untuk membaca waktu Matahari dan juga waktu rata-rata seperti pada jam mekanis,[17] dengan mempelajarinya pengamat bisa menggunakan jam Matahari ini untuk melakukan kalibrasi jam saku mereka, di mana tahun 1812 tidak selalu berjalan baik. Sejak tahun 1820 para pembuat jam telah meningkatkan sistem penyesuaian sehingga kalibrasi berulang tidak diperlukan lagi.
Buatan lainnya
Jam Matahari buatan Whitehurst lainnya tertanggal sekitar 1800-an terjual senilai £1850 tahun 2005 di Derby.[18]
Rohr RRJ (1996). Sundials: History, Theory, and Practice (edisi ke-translated by G. Godin). New York: Dover. ISBN0-486-29139-1. Slightly amended reprint of the 1970 translation published by University of Toronto Press (Toronto). The original was published in 1965 under the title Les Cadrans solaires by Gauthier-Villars (Montrouge, France).
