7.1: El ángulo de los rayos del sol

Figura\(\PageIndex{1}\): El camino aparente del Sol a través del cielo. Observe cuánto más alto es el sol durante el verano (círculo verde)

En Estados Unidos y en otros países de latitud media al norte del ecuador (por ejemplo, los de Europa), el viaje diario del sol (como nos parece) es un arco a través del cielo del sur. (Por supuesto, es realmente la Tierra la que hace el movimiento). La mayor altura del sol sobre el horizonte ocurre al mediodía, y la altura del sol depende de la estación del año: es más alta a mediados del verano, la más baja a mediados del invierno.

A los boy scouts se les enseñaba (quizás todavía lo son) que alguien perdido en el bosque a menudo puede decir la dirección norte comprobando de qué lado de troncos de árboles crecían mejor los líquenes. Los líquenes evitan la luz solar directa, y con el camino del sol curviéndose a través del cielo sur, el lado norte de un tronco de árbol es el más sombreado.

Figura\(\PageIndex{2}\): El ángulo de los rayos solares.

Por una razón similar, pero para recoger la luz solar en lugar de evitarla, los colectores solares para calentar agua o generar electricidad siempre están orientados hacia el sur. Además, están invariablemente inclinados en un ángulo alrededor de 45°, para asegurarse de que la llegada de los rayos del sol esté lo más cerca posible de la perpendicular. El colector se expone entonces a la mayor concentración de luz solar: como muestra el dibujo, si el sol se encuentra a 45 grados sobre el horizonte, un colector de 0.7 metros de ancho perpendicular a sus rayos intercepta tanta luz solar como un colector de 1 metro plano en el suelo. Por lo tanto, calienta su agua más rápido y alcanza una temperatura más alta. Los productores de vino franceses también han preferido durante siglos las laderas orientadas al sur, en las que las uvas que maduran obtienen la mayor cantidad de luz solar.

Lo mismo vale también para la Tierra. Los rayos del sol de verano, altos en el cielo, llegan en un ángulo pronunciado y calientan la tierra mucho más que los del sol invernal, que inciden en un ángulo poco profundo. Si bien la duración del día es un factor importante para explicar por qué los veranos son calurosos y fríos en invierno, el ángulo de la luz solar probablemente sea más importante. En el verano ártico, a pesar de que el sol brilla las 24 horas del día, solo produce un calor moderado, porque roza alrededor del horizonte y su luz llega en un ángulo bajo.

El aparente movimiento del sol puede ser importante en el diseño de un edificio, en particular en la colocación de ventanas, que atrapan el calor del sol. En un clima caluroso y soleado como el de Texas o Arizona, lo mejor es tener las ventanas más grandes orientadas hacia el norte, evitando el sol. Las paredes orientadas al sur, por otro lado, deben estar bien aisladas y sus ventanas deben ser pequeñas, permitiendo la ventilación cruzada cuando sea necesario pero no admitiendo mucha luz solar (las persianas de madera en el exterior de las ventanas también ayudan). En Canadá podrían elegirse las direcciones opuestas, para atrapar la mayor cantidad de calor posible del sol invernal.

Los voladizos por encima de las ventanas orientadas al sur también ayudan. En verano, con el Sol del mediodía alto en el cielo, tal voladizo proyecta una sombra en la ventana y mantiene la casa fresca. En invierno, sin embargo, cuando el Sol permanece cerca del horizonte, el voladizo le permite brillar a través de la ventana y calentar las habitaciones en su interior.