Il metodo classico per la misurazione dell’altezza del Sole (angolo $\alpha$) consiste nel posizionare un bastone verticale, chiamano gnomone, il quale proietta la sua ombra su un piano orizzontale. Il triangolo $ABC$ retto in $B$ ci permette di misurare direttamente, oppure di calcolare, l’angolo di inclinazione dei raggi solari rispetto al piano orizzontale.
Le condizioni per una buona misurazione sono:
A- Il piano su cui si proietta l’ombra deve essere orizzontale. L’orizzontalità va controllata con una livella. Se si lavora sulla superficie di un tavolo, l’orizzontalità si può ottenere con un accurato uso di spessori sotto i suoi piedi.
B- Lo gnomone deve essere verticale. Se si tratta di un bastone, la verticalità va controllata con un filo a piombo. Nel caso di strumenti più piccoli, la verticalità si ottiene geometricamente, nella costruzione stessa dello strumento, il quale va sistemato comunque su un piano orizzontale controllato.
C- La misura dell’ombra deve tener conto dei problemi di penombra. A questo riguardo, vedi: La misurazione dell’ombra e i problemi di penombra.
L’angolo $\alpha$ può essere misurato direttamente, tendendo una cordicella tra l’estremità dello gnomone e l’estremità dell’ombra e posizionando un goniometro con il suo centro nell’estremità dell’ombra. E’ un metodo che sconsiglio anche se ha il vantaggio dell’immediatezza intuitiva del funzionamento dello strumento.
In alternativa si possono misurare i cateti (l’altezza dello gnomone $\overline{AB}$ e lunghezza dell’ombra $\overline{CB}$) e quindi ricostruire il triangolo su un foglio di carta con le sue dimensioni reali o ridotte in scala. Infine si effettua la misura diretta sul disegno utilizzando un goniometro.
Infine, l’angolo $\alpha$ può essere determinato per via indiretta: basta misurare l’altezza dello gnomone e la lunghezza dell’ombra, e applicare la formula trigonometrica:
$\alpha = \arctan \frac{\overline{AB}}{\overline{BC}}$
Quanto maggiore è l’altezza dello gnomone, tanto maggiore dovrebbe essere, teoricamente, la precisione della misura. Nel caso dell’ombra di uno gnomone non è così perché con l’aumentare della distanza tra l’estremità dello gnomone e quello della sua ombra si accentua anche la “sfocatura” dovuta alla penombra. Per questo motivo si suggerisce di perfezionare lo gnomone con l’utilizzo del foro gnomonico.