日晷怎樣才能計時?

題目：

日晷怎樣才能計時?

解答：

　　利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置.又稱「日規」,是我國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器.通常由銅製的指針和石制的圓盤組成.銅製的指針叫做「晷針」,垂直地穿過圓盤中心,起著圭表中立竿的作用,因此,晷針又叫「表」,石制的圓盤叫做「晷面」,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行於天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極.在晷面的正反兩面刻劃出12個大格,每個大格代表兩個小時.當太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷面,太陽由東向西移動,投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動.晷面的刻度是不均勻的.於是,移動著的晷針影子好像是現代鐘錶的指針,晷面則是鐘錶的表面,以此來顯示時刻.早晨,影子投向盤面西端的卯時附近.接著,日影在逐漸變短的同時,向北（下）方移動.當太陽達正南最高位置（上中天）時,針影位於正北（下）方,指示著當地的午時正時刻.午後,太陽西移,日影東斜,依次指向未、申、酉各個時辰. 由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,因此,晷針的影子投向晷面上方；從秋分到春分期間,太陽在天赤道的南側運行,因此,晷針的影子投向晷面的下方.所以銅製的指針叫「晷針」
　　在觀察日晷時,首先要了解兩個不同時期晷針的投影位置.
　　使用日影測時的日晷,無論是何種形式都有一根指時針（Gnomon）,這根指時針與地平面的夾角必需與當地的地理緯度相同,並且正確的指向北極點,也就是都有一根與地球自轉軸平行的指針.觀察這根指針在指定區域內的投影,就能確定時間.現有常見的日晷有下列幾種不同的形式： 常見日晷
　　（1）水平式日晷
　　水平式日晷（The Horizontal SundialE） 是最常用的日晷,採用水平式的刻度盤,日晷軸的傾斜度,依使用地的緯度設定,刻度需要利用三角函數計算才能確定.適合低緯度的使用.
　　（2）赤道式日晷
　　赤道式日晷（The ERquatorial Sundial）是依照使用地的緯度,將軸（指時針）朝向北極固定,觀察軸投影在垂直於軸的圓盤上的刻度來判斷時間的裝置. 盤上的刻度是等分的,夏季和冬季軸投影在圓盤上的影子會分在圓盤的北面和南面,適合中低緯度的使用.若將圓盤改爲圓環則稱爲赤道式羅盤日晷.
　　（3）極地晷
　　極地晷（TheRE polar Dial） 供指時針投影的平面與指時針平行,即與地平面的夾角與地理緯度相同,並朝向正北.時間的刻畫可以用簡單的幾何圖來處理,投大日晷
　　影的時間線是平行的線條.適合各種不同的緯度使用.
　　（4）南向垂直日晷
　　南向垂直日晷（Vertical Direct South Dial）刻度盤面朝向正南且垂直地面的日晷.這一種日晷較適合在中緯度（30～70）使用.
　　（5）東或西向垂直式
　　東或西向垂直式Vertical Direct East or West）刻度盤面朝向正東或正西且垂直地面的日晷.這一種日晷只能在上半日（東向）或下半日（西向）使用,但全球各緯度都適用.
　　（6）側向垂直式
　　側向垂直式（Vertical Declining）刻度盤面採用垂直方向的日晷.這一種日晷需要依照建築物的牆面方向換算刻度,不容易製作.依季節及時間的不同,有時不會產生影子.南向與東西垂直日晷都可視爲此形的特例.
　　（7）投影日晷
　　投影日晷（Analemmatic Sundial）不設置指時針,僅在地平面依地理緯度的不同繪製不同扁率的橢圓,在其上刻劃時間線,並將長軸指向正東西方向,南北向的短軸上則需刻上日期,指示立竿測量時刻的正確位置.
　　日晷的角度等計算
　　日晷的製作除了指時針必需正確的安裝之外,時間線的刻劃也不能忽視.各形日晷時間線的刻劃與日晷的地理位置,指時針的高度等,都有關係.假設地理緯度爲φ,指時針的高度爲H,要刻劃的時間與正午的差值爲T；時間線與指時針的夾角爲A,距離爲D,則各形日晷的計算式如下： （1） 水平式日晷：TAN（A）=TAN（T）*SIN（φ） （2） 赤道式日晷：等分圓盤,每小時相當與十五度,正午線垂直朝下. （3） 極地晷：D=H*TAN（15*T） （4） 南向垂直日晷：TAN（A）=TAN（T）*COS（φ） （5） 東或西向垂直式：D=H*TAN（（6-T）*15） （6） 側向垂直式：TAN（A）=SIN（O）*TAN（R+15*T） 指時針與牆面垂線的夾角TAN（W）=SIN（θ）*COT（φ） 指時針高出於牆面的夾角SIN（O）=COS（θ）*COS（φ） 指時針與正午線的時間線差COT（R）=COT（θ）*SIN（φ） 6點與12點時間線的夾角COT（S）=SIN（θ）*TAN（φ） θ：日晷牆面的斜角 （7） 投影日晷：D= SIN（T*15）,V= sin（φ）*COT（φ） 橢圓長軸與短軸的比：sin(φ) 豎竿（人立足）的位置：Z=TAN（del）*COS（φ） del：太陽的赤緯,V：時間點在短軸方向上的值 D：時間點在長軸方向上的值 由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,因此,晷針的影子投向晷面上方；從秋分到春分期間,太陽在天赤道的南側運行,因此,晷針的影子投向晷面的下方.所以在觀察日晷時,首先要了解兩個不同時期晷針的投影位置.中國古代測時儀器.由晷針和晷盤組成,晷盤上有時間刻度,晷針垂直於盤面,通過晷針日影在盤面上的方向就能測定時間.因盤面安置的方向不同,日晷可分爲地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷.日晷的早期歷史尚不清楚,最早的可靠記載是《隋書·天文志》中提到的袁充於隋開皇十四年(594)發明的短影平儀(即地平日晷).赤道日晷的明確記載初見於南宋曾敏行《獨醒雜誌》卷二中提到的晷影圖,但晷盤是木製的.後世改用石質晷盤,金屬晷針.北京故宮等處保存的都是清代製造的石質赤道日晷.赤道日晷的晷面平行於赤道面,晷針指向南北極.相持既久,日晷漸移.——明·馬中錫《中山狼傳》 (2) [sundial]∶利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置.又稱「日規」,是我國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器.通常由銅製的指針和石制的圓盤組成.銅製的指針叫做「晷針」,垂直地穿過圓盤中心,起著圭表中立竿的作用,因此,晷針又叫「表」,石制的圓盤叫做「晷面」,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行於天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極.在晷面的正反兩面刻劃出12個大格,每個大格代表兩個小時.當太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷面,太陽由東向西移動,投向晷面的晷針影子也慢慢地由西向東移動.於是,移動著的晷針影子好像是現代鐘錶的指針,晷面則是鐘錶的表面,以此來顯示時刻. 由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,因此,晷針的影子投向晷面上方；從秋分到春分期間,太陽在天赤道的南側運行,因此,晷針的影子投向晷面的下方.所以在觀察日晷時,首先要了解兩個不同時期晷針的投影位置.