傳統(tǒng)上的日光天文鐘是赤道弓形日晷課件

科技史報(bào)告

太陽(yáng)鐘老師:林聰益學(xué)生:王德溥班級(jí):夜四技自控四甲學(xué)號(hào)99512051科技史報(bào)告

太陽(yáng)鐘老師:林聰益歷史

在古老的埃及也有日晷的存在，並且由其他文化古國(guó)進(jìn)一步的發(fā)展，包括中國(guó)、希臘和羅馬。一種沒(méi)有指針的日晷被記載在古老的舊約

(依撒意亞書(shū)

38:2)內(nèi)。[1]數(shù)學(xué)兼天文學(xué)家TheodosiusofBithynia(ca.160BC-ca.100BC)據(jù)說(shuō)曾經(jīng)發(fā)明一種泛用日晷，在世界各地都可以使用。法國(guó)天文學(xué)家OronceFiné

在1524年曾使用象牙雕製出日晷，義大利天文學(xué)家GiovanniPadovani

在1570年發(fā)表了有關(guān)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。GiuseppeBiancani's的Constructioinstrumentiadhorologiasolaria

就在研究如何做出理想的日晷，並附有插圖說(shuō)明。中國(guó)早在古代就將一根標(biāo)準(zhǔn)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(lái)計(jì)量白天的時(shí)間。東漢許慎《說(shuō)文解字》雲(yún)：「晷，日景也?！勾颂帯溉站啊辜础溉沼啊?。歷史在古老的埃及也有日晷的存在，並且由其他文化古國(guó)進(jìn)一步的太陽(yáng)鐘太陽(yáng)鐘也就是日晷，藉著觀察太陽(yáng)鐘上太陽(yáng)陰影的長(zhǎng)度或角度，比照太陽(yáng)鐘上的刻度來(lái)?yè)Q算時(shí)間。太陽(yáng)鐘只限白天有太陽(yáng)的時(shí)候才有辦法使用。

法老賽提一世，於西元前1300年前後統(tǒng)治埃及，在他的陵墓中，就曾發(fā)現(xiàn)一套

製造影鐘的器械。日晷就是以這種簡(jiǎn)單的影鐘為原形製作的。羅馬人對(duì)今天我們所熟知的那種日晷加以改進(jìn)，甚至製造過(guò)可攜式旅行用鐘。

太陽(yáng)鐘3日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施

以適當(dāng)角度傾斜安置的指針或稱為晷針是在大量生產(chǎn)的庭園日晷上唯一需要經(jīng)驗(yàn)才能安裝，用顯示時(shí)間的設(shè)備，因此有些大量製造的日晷並不能正確的顯示時(shí)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(dāng)?shù)恼{(diào)整晷針的傾斜角度，與地球的自轉(zhuǎn)軸平行，就能在不同的緯度上使用。也就是說(shuō)晷針的末端在北半球必須指向天球的北極點(diǎn)，在南半球則要指向天球的南極點(diǎn)。如果要顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，日晷的設(shè)計(jì)就需要能轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整經(jīng)度造成的時(shí)間偏差，由於每15度是一個(gè)時(shí)區(qū)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)的最大範(fàn)圍是向東或西7.5度，但是晷針仍然必須對(duì)準(zhǔn)天球的北(南)極點(diǎn)。不過(guò)即使日晷就放置在時(shí)區(qū)的中心經(jīng)度線上，還是要作均時(shí)差的校正。日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施以適當(dāng)角度傾斜安置的指針或稱為晷針是在大量生日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施要修正日光節(jié)約時(shí)間，晷面上就需要有兩組的數(shù)字或是使用修正表，而且還是要作時(shí)區(qū)內(nèi)的經(jīng)度偏差修正。而對(duì)有兩組數(shù)字的日晷，還有個(gè)非正式的規(guī)範(fàn)，就是夏天的數(shù)字要用暖色表示，冬天的數(shù)字則用冷色來(lái)表示。晷面被扭曲的日晷是不能正確的顯示時(shí)間的，因?yàn)槌四媳睒O點(diǎn)之外，在晷面上的時(shí)間標(biāo)示角度不是等距的。通常日晷顯示的真太陽(yáng)時(shí)與鐘錶顯示的時(shí)間會(huì)有差異，這就是所謂的均時(shí)差，在一年之中最大的差值可以達(dá)到15分鐘。均時(shí)差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉(zhuǎn)軸與軌道面之間的傾斜。所以一個(gè)好的日晷必須附上一張永久性對(duì)照表，最少要以月為單位來(lái)修正均時(shí)差。比較複雜的做法則是將時(shí)間的標(biāo)示作成曲線，或是將晷針作成弧度，或是其他的方法將均時(shí)差直接修正日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施要修正日光節(jié)約時(shí)間，晷面上就需要有兩組的數(shù)字或日晷的種類(lèi)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.反射日晷日晷的種類(lèi)1.赤道式日晷赤道式日晷最簡(jiǎn)單的日晷只是在圓盤(pán)的中心穿過(guò)一根平行於地球自轉(zhuǎn)軸的棒子，而圓環(huán)的平面與地球的赤道面平行。盤(pán)的兩面都被標(biāo)示上時(shí)間，以便能利用棒的投影來(lái)指示時(shí)間。通常正午位在環(huán)的最低處，早上6點(diǎn)標(biāo)示在環(huán)的西側(cè)，黃昏的6點(diǎn)在環(huán)的東側(cè)。在冬季，盤(pán)的北側(cè)照不到陽(yáng)光，必須使用盤(pán)的南側(cè)；在夏季，陽(yáng)光照射在盤(pán)的北側(cè)，南側(cè)的盤(pán)面就不能使用了。在這種設(shè)計(jì)中，棒子就是晷針；晷面就是圓盤(pán)的兩個(gè)平面。在夏季，晷針的北端可以作為節(jié)點(diǎn)，但到了冬季，節(jié)點(diǎn)就要換成南側(cè)的端點(diǎn)了。赤道式日晷最簡(jiǎn)單的日晷只是在圓盤(pán)的中心穿過(guò)一根平行於地球自轉(zhuǎn)7庭園日晷(水平式日晷)古典的庭園日晷只有簡(jiǎn)單的使用規(guī)則，除了晷面上的線需要使用三角學(xué)來(lái)繪製，晷面只需要與地面平行。這種日晷的優(yōu)點(diǎn)是終年都可以顯示時(shí)間，但如果是垂直的牆面日晷，就不能顯示整個(gè)白天的時(shí)間。在許多地區(qū)，日晷會(huì)被放置在廣場(chǎng)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(jiàn)。晷針的上緣平行於地球的自轉(zhuǎn)軸，投影將橫越在晷面上的時(shí)間標(biāo)線。每個(gè)標(biāo)示的邊緣與產(chǎn)生晷影的晷針緊密結(jié)合，晷面與屋頂和晷針的角度都要經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)設(shè)置：晷面角度=ATN(SIN(地理緯度)XTAN(時(shí)角))晷針角度=地理緯度庭園日晷(水平式日晷)古典的庭園日晷只有簡(jiǎn)單的使用規(guī)則，除垂直式日晷

雖然現(xiàn)在已經(jīng)很難看見(jiàn)，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(shè)施。不需要太多的花費(fèi)與整理，從遠(yuǎn)處就能看見(jiàn)。將晷針作成三腳架的結(jié)構(gòu)，就能很牢固的固定在牆面上?；ㄇ蔚娜贞羞€可以將石雕鑲嵌在晷面上。唯一的問(wèn)題是垂直式日晷只有在牆面被陽(yáng)光照到時(shí)才能指示時(shí)間。晷面上的時(shí)間線與庭園日晷非常相似，設(shè)置的計(jì)算式如下：晷面角度=ATN(COS(地理緯度)XTAN(時(shí)角)晷針角度=90–地理緯度傳統(tǒng)上會(huì)在高塔的頂端與周?chē)臓澤显O(shè)置四個(gè)垂直式日晷來(lái)顯示時(shí)間，這樣才能整年都能指示出正確的時(shí)間。.實(shí)際上，只要正確的使用三角學(xué)計(jì)算，日晷可以用任何傾斜角度設(shè)置在朝向任何方向的牆面上。例如，在屋頂上的日晷，非常堅(jiān)固與實(shí)用，只是計(jì)算的難度較高。垂直式日晷雖然現(xiàn)在已經(jīng)很難看見(jiàn)，但面向南方的牆面日晷(在南赤道弓形日晷

傳統(tǒng)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(kāi)來(lái)與地球自轉(zhuǎn)軸平行的棒狀物，晷面是在在內(nèi)側(cè)標(biāo)示上了時(shí)間的標(biāo)線半圓形的環(huán)，環(huán)的直徑在2～３公尺，材質(zhì)是不會(huì)受溫度影響而膨脹或收縮的因鋼，這是在第一次世界大戰(zhàn)前在法國(guó)發(fā)明的鋼材，使鐵路整年都能暢通無(wú)阻。讀取時(shí)間的方法是最簡(jiǎn)單的，只要看相兩個(gè)希臘瓶的弓形晷針在赤道環(huán)上的投影。[3]

瓶型的陰影落在時(shí)間線上的位置可以指出一年中正確的日期和太陽(yáng)高度的改變。目前最巨大的赤道弓形日晷是位在印度齋浦以石材製造的日晷，是一系列天文設(shè)施中的一件。赤道弓形日晷傳統(tǒng)上的日光天文鐘是赤道弓形日晷，作為晷針的是古希臘的日晷在古希臘使用一種稱為pelekinon的日晷（軸像，明顯的因?yàn)榈葧r(shí)線和日期線的形狀，暗示這種古老的日晷是雙軸的pelekus）。晷針是標(biāo)尺或是極，豎立在平面上或是半球型的晷面上，標(biāo)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(huà)出圓弧。這種日晷的優(yōu)點(diǎn)是可以確實(shí)的標(biāo)記出一年中所有季節(jié)的時(shí)日。古希臘的日晷在古希臘使用一種稱為pelekinon的日晷（軸地球儀式日晷地球儀式日晷可以將時(shí)間修正為平太陽(yáng)時(shí)或其他的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，他們通常會(huì)按照地球儀的均時(shí)差將等時(shí)線繪成8字形。均時(shí)差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉(zhuǎn)軸與軌道面之間的傾斜，在一年之中最大的差值可以達(dá)到15分鐘。在公共的廣場(chǎng)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(jié)點(diǎn)，晷面則可以鑲嵌在道路上。地球儀式日晷地球儀式日晷可以將時(shí)間修正為平太陽(yáng)時(shí)或其他的標(biāo)準(zhǔn)反射日晷牛頓利用南向的窗戶發(fā)明了反射日晷，他在窗臺(tái)上放置一小片的鏡子，然後將天花板和牆面當(dāng)成晷面，繪製上時(shí)間的標(biāo)記。鏡子好比是晷針上的節(jié)點(diǎn)，反射陽(yáng)光成為一個(gè)亮點(diǎn)。這提供了一個(gè)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(zhàn)用到任何的空間。這種設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)單的作成年曆表。反射日晷牛頓利用南向的窗戶發(fā)明了反射日晷，他在窗臺(tái)上放置一心得日晷其實(shí)我來(lái)說(shuō)並不陌生，記得小學(xué)四年級(jí)，老師在自然科學(xué)的時(shí)候，也教過(guò)我們做類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)，那時(shí)候是用一張厚紙板，劃一個(gè)圓，圓心插一枝竹筷子，也是放在太陽(yáng)底下觀察筷子的影子，而得知時(shí)間是多少，在這一次做太陽(yáng)鐘這個(gè)題目，得知它的歷史與由來(lái)，也了解到還有其它這麼多種種類(lèi)，不過(guò)它的精確度肯定不會(huì)比現(xiàn)代的手錶來(lái)的精準(zhǔn)，不過(guò)以之前的技術(shù)算是很厲害了。心得日晷其實(shí)我來(lái)說(shuō)並不陌生，記得小學(xué)四年級(jí)，老師在自然科學(xué)的科技史報(bào)告

太陽(yáng)鐘老師:林聰益學(xué)生:王德溥班級(jí):夜四技自控四甲學(xué)號(hào)99512051科技史報(bào)告

太陽(yáng)鐘老師:林聰益歷史

在古老的埃及也有日晷的存在，並且由其他文化古國(guó)進(jìn)一步的發(fā)展，包括中國(guó)、希臘和羅馬。一種沒(méi)有指針的日晷被記載在古老的舊約

(依撒意亞書(shū)

38:2)內(nèi)。[1]數(shù)學(xué)兼天文學(xué)家TheodosiusofBithynia(ca.160BC-ca.100BC)據(jù)說(shuō)曾經(jīng)發(fā)明一種泛用日晷，在世界各地都可以使用。法國(guó)天文學(xué)家OronceFiné

在1524年曾使用象牙雕製出日晷，義大利天文學(xué)家GiovanniPadovani

在1570年發(fā)表了有關(guān)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。GiuseppeBiancani's的Constructioinstrumentiadhorologiasolaria

就在研究如何做出理想的日晷，並附有插圖說(shuō)明。中國(guó)早在古代就將一根標(biāo)準(zhǔn)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(lái)計(jì)量白天的時(shí)間。東漢許慎《說(shuō)文解字》雲(yún)：「晷，日景也?！勾颂帯溉站啊辜础溉沼啊?。歷史在古老的埃及也有日晷的存在，並且由其他文化古國(guó)進(jìn)一步的太陽(yáng)鐘太陽(yáng)鐘也就是日晷，藉著觀察太陽(yáng)鐘上太陽(yáng)陰影的長(zhǎng)度或角度，比照太陽(yáng)鐘上的刻度來(lái)?yè)Q算時(shí)間。太陽(yáng)鐘只限白天有太陽(yáng)的時(shí)候才有辦法使用。

法老賽提一世，於西元前1300年前後統(tǒng)治埃及，在他的陵墓中，就曾發(fā)現(xiàn)一套

製造影鐘的器械。日晷就是以這種簡(jiǎn)單的影鐘為原形製作的。羅馬人對(duì)今天我們所熟知的那種日晷加以改進(jìn)，甚至製造過(guò)可攜式旅行用鐘。

太陽(yáng)鐘17日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施

以適當(dāng)角度傾斜安置的指針或稱為晷針是在大量生產(chǎn)的庭園日晷上唯一需要經(jīng)驗(yàn)才能安裝，用顯示時(shí)間的設(shè)備，因此有些大量製造的日晷並不能正確的顯示時(shí)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(dāng)?shù)恼{(diào)整晷針的傾斜角度，與地球的自轉(zhuǎn)軸平行，就能在不同的緯度上使用。也就是說(shuō)晷針的末端在北半球必須指向天球的北極點(diǎn)，在南半球則要指向天球的南極點(diǎn)。如果要顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，日晷的設(shè)計(jì)就需要能轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)整經(jīng)度造成的時(shí)間偏差，由於每15度是一個(gè)時(shí)區(qū)，所以轉(zhuǎn)動(dòng)的最大範(fàn)圍是向東或西7.5度，但是晷針仍然必須對(duì)準(zhǔn)天球的北(南)極點(diǎn)。不過(guò)即使日晷就放置在時(shí)區(qū)的中心經(jīng)度線上，還是要作均時(shí)差的校正。日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施以適當(dāng)角度傾斜安置的指針或稱為晷針是在大量生日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施要修正日光節(jié)約時(shí)間，晷面上就需要有兩組的數(shù)字或是使用修正表，而且還是要作時(shí)區(qū)內(nèi)的經(jīng)度偏差修正。而對(duì)有兩組數(shù)字的日晷，還有個(gè)非正式的規(guī)範(fàn)，就是夏天的數(shù)字要用暖色表示，冬天的數(shù)字則用冷色來(lái)表示。晷面被扭曲的日晷是不能正確的顯示時(shí)間的，因?yàn)槌四媳睒O點(diǎn)之外，在晷面上的時(shí)間標(biāo)示角度不是等距的。通常日晷顯示的真太陽(yáng)時(shí)與鐘錶顯示的時(shí)間會(huì)有差異，這就是所謂的均時(shí)差，在一年之中最大的差值可以達(dá)到15分鐘。均時(shí)差的成因是地球的軌道是橢圓形的，還有自轉(zhuǎn)軸與軌道面之間的傾斜。所以一個(gè)好的日晷必須附上一張永久性對(duì)照表，最少要以月為單位來(lái)修正均時(shí)差。比較複雜的做法則是將時(shí)間的標(biāo)示作成曲線，或是將晷針作成弧度，或是其他的方法將均時(shí)差直接修正日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施要修正日光節(jié)約時(shí)間，晷面上就需要有兩組的數(shù)字或日晷的種類(lèi)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.反射日晷日晷的種類(lèi)1.赤道式日晷赤道式日晷最簡(jiǎn)單的日晷只是在圓盤(pán)的中心穿過(guò)一根平行於地球自轉(zhuǎn)軸的棒子，而圓環(huán)的平面與地球的赤道面平行。盤(pán)的兩面都被標(biāo)示上時(shí)間，以便能利用棒的投影來(lái)指示時(shí)間。通常正午位在環(huán)的最低處，早上6點(diǎn)標(biāo)示在環(huán)的西側(cè)，黃昏的6點(diǎn)在環(huán)的東側(cè)。在冬季，盤(pán)的北側(cè)照不到陽(yáng)光，必須使用盤(pán)的南側(cè)；在夏季，陽(yáng)光照射在盤(pán)的北側(cè)，南側(cè)的盤(pán)面就不能使用了。在這種設(shè)計(jì)中，棒子就是晷針；晷面就是圓盤(pán)的兩個(gè)平面。在夏季，晷針的北端可以作為節(jié)點(diǎn)，但到了冬季，節(jié)點(diǎn)就要換成南側(cè)的端點(diǎn)了。赤道式日晷最簡(jiǎn)單的日晷只是在圓盤(pán)的中心穿過(guò)一根平行於地球自轉(zhuǎn)21庭園日晷(水平式日晷)古典的庭園日晷只有簡(jiǎn)單的使用規(guī)則，除了晷面上的線需要使用三角學(xué)來(lái)繪製，晷面只需要與地面平行。這種日晷的優(yōu)點(diǎn)是終年都可以顯示時(shí)間，但如果是垂直的牆面日晷，就不能顯示整個(gè)白天的時(shí)間。在許多地區(qū)，日晷會(huì)被放置在廣場(chǎng)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(jiàn)。晷針的上緣平行於地球的自轉(zhuǎn)軸，投影將橫越在晷面上的時(shí)間標(biāo)線。每個(gè)標(biāo)示的邊緣與產(chǎn)生晷影的晷針緊密結(jié)合，晷面與屋頂和晷針的角度都要經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)設(shè)置：晷面角度=ATN(SIN(地理緯度)XTAN(時(shí)角))晷針角度=地理緯度庭園日晷(水平式日晷)古典的庭園日晷只有簡(jiǎn)單的使用規(guī)則，除垂直式日晷

雖然現(xiàn)在已經(jīng)很難看見(jiàn)，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(shè)施。不需要太多的花費(fèi)與整理，從遠(yuǎn)處就能看見(jiàn)。將晷針作成三腳架的結(jié)構(gòu)，就能很牢固的固定在牆面上?；ㄇ蔚娜贞羞€可以將石雕鑲嵌在晷面上。唯一的問(wèn)題是垂直式日晷只有在牆面被陽(yáng)光照到時(shí)才能指示時(shí)間。晷面上的時(shí)間線與庭園日晷非常相似，設(shè)置的計(jì)算式如下：晷面角度=ATN(COS(地理緯度)XTAN(時(shí)角)晷針角度=90–地理緯度傳統(tǒng)上會(huì)在高塔的頂端與周?chē)臓澤显O(shè)置四個(gè)垂直式日晷來(lái)顯示時(shí)間，這樣才能整年都能指示出正確的時(shí)間。.實(shí)際上，只要正確的使用三角學(xué)計(jì)算，日晷可以用任何傾斜角度設(shè)置在朝向任何方向的牆面上。例如，在屋頂上的日晷，非常堅(jiān)固與實(shí)用，只是計(jì)算的難度較高。垂直式日晷雖然現(xiàn)在已經(jīng)很難看見(jiàn)，但面向南方的牆面日晷(在南赤道弓形日晷

傳統(tǒng)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(kāi)來(lái)與地球自轉(zhuǎn)軸平行的棒狀物，晷面是在在內(nèi)側(cè)標(biāo)示上了時(shí)間的標(biāo)線半圓形的環(huán)，環(huán)的直徑在2～３公尺，材質(zhì)是不會(huì)受溫度影響而膨脹或收縮的因鋼，這是在第一次世界大戰(zhàn)前在法國(guó)發(fā)明的鋼材，使鐵路整年都能暢通無(wú)阻。讀取時(shí)間的方法是最簡(jiǎn)單的，只要看相兩個(gè)希臘瓶的弓形晷針在赤道環(huán)上的投影。[3]

瓶型的陰影落在時(shí)間線上的位置可以指出一年中正確的日期和太陽(yáng)高度的改變。目前最巨大的赤道弓形日晷是位在印度齋浦以石材製造的日晷，是一系列天文設(shè)施中的一件。赤道弓形日晷傳統(tǒng)上的日光天文鐘是赤道弓形日晷，作為晷針的是古希臘的日晷在古希臘使用一種稱為pelekinon的日晷（軸像，明顯的因?yàn)榈葧r(shí)線和日期線的形