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  • 1 # CrazyBravo

    日規是利用太陽投射的影子來測定時刻的裝置。

    日規,即日晷,是中國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器。通常由銅製的指標和石制的圓盤組成。銅製的指標叫做"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",安放在石臺上,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Sunny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標,晷面則是鐘錶的表面,以此來顯示時刻。

    發展歷史

    由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側執行,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執行,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。

    世界上最早的日晷誕生於六千年前的巴比倫王國。中國最早文獻記載是《隋書·天文志》中提到的袁充於隋開皇十四年 公元574年 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的《獨醒雜誌》卷二中提到的晷影圖。

    日晷

    這種利用太Sunny的投影來計時的方法是人類在天文計時領域的重大發明,這項發明被人類所用達幾千年之久,然日晷有一個致命弱點是陰雨天和夜裡是沒法使用的,直至1270年在義大利和德國才出現早期的機械鐘,而中國則在1601年明代萬曆皇帝才得到二架外國的自鳴鐘,清代時雖有很多進口和自制的鐘表,但都為王宮貴府所用,一般平民百姓還是看天曉時。所以徹底拋卻日晷,看鐘表知辰光還是近現代的事。

    分類

    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標。觀察這根指標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:

    水平式日晷

    (The Horizontal Sundial) 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式計算才能確定。適合低緯度的使用。

    赤道式日晷

    (The Equatorial Sundial) 赤道式日晷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。若將圓盤改為圓環則稱為赤道式羅盤日晷。

    極地晷

    (The 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,投影的時間線是平行的線條。適合各種不同的緯度使用。

    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(30~60)使用。

    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。

    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為此形的特例。

    投影日晷

    (Analemmatic Sundial)不設定指時針,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。

    相關計算

    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。假設地理緯度為φ,指時針的高度為H,要刻劃的時間與正午的差值為T;時間線與指時針的夾角為A,距離為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

  • 2 # 旭日晨光329

    利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻,通常由晷針(表)和晷面(帶刻度的表座)組成。是人類古代利用日影測得時刻的一種計時儀器,又稱“日規”。

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