传统上的日光天文钟是赤道弓形日晷课件.ppt

1、科技史報告科技史報告太陽鐘太陽鐘老師老師: :林聰益林聰益學生學生: :王德溥王德溥班級班級: :夜四技自控四甲夜四技自控四甲學號學號 9951205199512051歷史 在古老的埃及也有日晷的存在，並且由其他文化古國進一步的發展，包括中國、希臘希臘和羅馬羅馬。一種沒有指針的日晷被記載在古老的舊約舊約 (依撒意亞書依撒意亞書 38:2)內。 11數學數學兼天文學天文學家 Theodosius of BithyniaTheodosius of Bithynia (ca. 160 BC-ca. 100 BC) 據說曾經發明一種泛用日晷，在世界各地都可以使用。 法國天文學家 OronceOronc

2、e FinFin 在1524年曾使用象牙雕製出日晷， 義大利天文學家 Giovanni Giovanni PadovaniPadovani 在1570年發表了有關日晷的文章，其中就包含了製作在牆面上的垂直式和水平式日晷。 Giuseppe Giuseppe BiancanisBiancanis的 Constructio instrumenti ad horologia solaria 就在研究如何做出理想的日晷，並附有插圖說明。中國中國早在古代就將一根標準高度為八尺的竿子垂直豎立在水平的地面上，在一天裏從早到晚觀察竿子投影的變化，就可以用來計量白天的時間。東漢東漢許慎說文解字雲：晷，日景也。此

3、處日景即日影。太陽鐘太陽鐘也就是日晷，藉著觀察太陽鐘上太陽陰影的長或角，比照太陽鐘上的刻換算時間。太陽鐘只限白天有太陽的時候才有辦法使用。法賽提一世，於西元前1300 前後統治埃及，在他的墓中，就曾發現一套製造影鐘的器械。日晷就是以這種簡單的影鐘為原形製作的。馬人對今天我們所熟知的那種日晷加以改進，甚至製造過可攜式用鐘。日晷的標準設施 以適當角度傾斜安置的指針或稱為晷針晷針是在大量生產的庭園日晷上唯一需要經驗才能安裝，用顯示時間的設備，因此有些大量製造的日晷並不能正確的顯示時間。 有許多日晷在北緯45度或更高的緯度上使用。日晷只要適當的調整晷針晷針的傾斜角度，與地球的自轉軸平行，就能在不同的緯

4、度緯度上使用。也就是說晷針的末端在北半球必須指向天球的北極點，在南半球則要指向天球的南極點。如果要顯示標準時間，日晷的設計就需要能轉動來調整經度造成的時間偏差，由於每15度是一個時區，所以轉動的最大範圍是向東或西7.5度，但是晷針仍然必須對準天球的北(南)極點。不過即使日晷就放置在時區的中心經度線上，還是要作均時差的校正。日晷的標準設施要修正日光節約時間日光節約時間，晷面上就需要有兩組的數字或是使用修正表，而且還是要作時區內的經度偏差修正。 而對有兩組數字的日晷，還有個非正式的規範，就是夏天的數字要用暖色表示，冬天的數字則用冷色來表示。晷面被扭曲的日晷是不能正確的顯示時間的，因為除了南北極點之

5、外，在晷面上的時間標示角度不是等距的。通常日晷顯示的真太陽時真太陽時與鐘錶顯示的時間會有差異，這就是所謂的均時差，在一年之中最大的差值可以達到15分鐘。均時差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉軸與軌道面之間的傾斜。 所以一個好的日晷必須附上一張永久性對照表，最少要以月為單位來修正均時差。比較複雜的做法則是將時間的標示作成曲線，或是將晷針作成弧度，或是其他的方法將均時差直接修正日晷的種類1.赤道式日晷 2.庭園日晷(水平式日晷) 3.垂直式日晷 4.赤道弓形日晷 5.古希臘的日晷 6.地球儀式日晷 7.反射日晷 赤道式日晷最簡單的日晷只是在圓盤的中心穿過一根平行於地球自轉軸的棒子，而圓環的平

6、面與地球的赤道面平行。 盤的兩面都被標示上時間，以便能利用棒的投影來指示時間。通常正午位在環的最低處，早上6點標示在環的西側，黃昏的6點在環的東側。在冬季，盤的北側照不到陽光，必須使用盤的南側；在夏季，陽光照射在盤的北側，南側的盤面就不能使用了。在這種設計中，棒子就是晷針；晷面就是圓盤的兩個平面。在夏季，晷針的北端可以作為節點，但到了冬季，節點就要換成南側的端點了。庭園日晷(水平式日晷) 古典的庭園日晷只有簡單的使用規則，除了晷面上的線需要使用三角學三角學來繪製，晷面只需要與地面平行。這種日晷的優點是終年都可以顯示時間，但如果是垂直的牆面日晷，就不能顯示整個白天的時間。 在許多地區，日晷會被放

7、置在廣場上，或高高的掛在牆上，霜白色的玻璃晷面，從地面上可以清楚的看見。 晷針的上緣平行於地球的自轉軸，投影將橫越在晷面上的時間標線。 每個標示的邊緣與產生晷影的晷針緊密結合，晷面與屋頂和晷針的角度都要經過計算來設置：晷面角度 = ATN(SIN(地理緯度) X TAN(時角) 晷針角度 = 地理緯度 垂直式日晷 雖然現在已經很難看見，但面向南方的牆面日晷(在南半球的則是要面向北方)，在古代是很方便的公共設施。 不需要太多的花費與整理，從遠處就能看見。 將晷針作成三腳架的結構，就能很牢固的固定在牆面上。花俏的日晷還可以將石雕鑲嵌在晷面上。唯一的問題是垂直式日晷只有在牆面被陽光照到時才能指示時間

8、。晷面上的時間線與庭園日晷非常相似，設置的計算式如下：晷面角度 = ATN(COS(地理緯度) X TAN(時角) 晷針角度 = 90 地理緯度 傳統上會在高塔的頂端與周圍的牆上設置四個垂直式日晷來顯示時間，這樣才能整年都能指示出正確的時間。. 實際上，只要正確的使用三角學三角學計算，日晷可以用任何傾斜角度設置在朝向任何方向的牆面上。例如，在屋頂上的日晷，非常堅固與實用，只是計算的難度較高。赤道弓形日晷 傳統上的日光天文鐘是赤道弓形日晷，作為晷針的是一根伸展開來與地球自轉軸平行的棒狀物，晷面是在在內側標示上了時間的標線半圓形的環，環的直徑在2公尺，材質是不會受溫度影響而膨脹或收縮的因鋼因鋼，這

9、是在第一次世界大戰第一次世界大戰前在法國發明的鋼材，使鐵路整年都能暢通無阻。讀取時間的方法是最簡單的，只要看相兩個希臘瓶的弓形晷針在赤道環上的投影。33 瓶型的陰影落在時間線上的位置可以指出一年中正確的日期和太陽高度的改變。目前最巨大的赤道弓形日晷是位在印度齋浦齋浦以石材製造的日晷，是一系列天文設施中的一件。古希臘的日晷在古希臘希臘使用一種稱為pelekinonpelekinon的日晷（軸像，明顯的因為等時線和日期線的形狀，暗示這種古老的日晷是雙軸的pelekuspelekus）。 晷針是標尺或是極，豎立在平面上或是半球型的晷面上，標尺頂端的投影在平面的晷面上掃掠出雙曲線的軌跡，或在球面上畫出

10、圓弧。這種日晷的優點是可以確實的標記出一年中所有季節的 時日。地球儀式日晷地球儀式日晷可以將時間修正為平太陽時平太陽時或其他的標準時間，他們通常會按照地球儀的均時差將等時線繪成8字形。 均時差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉軸與軌道面之間的傾斜，在一年之中最大的差值可以達到15分鐘。在公共的廣場非常適合安置這種精確的日晷，在旗竿上的球可以作為晷針上的節點，晷面則可以鑲嵌在道路上。反射日晷牛頓牛頓 利用南向的窗戶發明了反射日晷，他在窗台上放置一小片的鏡子，然後將天花板和牆面當成晷面，繪製上時間的標記。鏡子好比是晷針上的節點，反射陽光成為一個亮點。這提供了一個巨大、精確且完全可以校正的日晷，使用的材料最少，而且不佔用到任何的空間。 這種設計可以簡單的作成年曆表。 心得日晷其實我來說並不陌生，記得小學四年級，老師在自然科學的時候，也教過我們做類似的實驗，那時候是用一張厚紙板，劃一個圓，圓心插一枝竹筷子，也是放在太陽底下觀察筷子的影子，而得知時間是多少，在這一次做太陽鐘這個題目，得知它的歷史與由來，也了解到還有其它這麼多種種類，不過它的精確度肯定不會比現代的手錶來的精準，不過以之前的技術算是很厲害了。