教你制作古代的时钟——水平式日晷DIY
水平式日晷,或者叫地平式日晷.这种日晷制作过程相对简单,但是需要一些稍微复杂的计算.
步骤1:
画出晷盘图样.因为这种日晷的晷盘是水平的,不像赤道式那样与赤道平行,因此不同时刻的间距是不同的.
步骤2:
先用圆规画一个大圆,通过圆心作水平线和垂直线.标志性的时间刻度为,最左侧18点,右侧6点,最下方12点.假设某一时间刻度,比方说13点,与12点之间的夹角为 α ,太阳时角为t,当地纬度角为 Φ .太阳时角是这样定义的,太阳一天24小时运行360度,因此每一小时运行15度.设定正午12点的时候太阳时角为0度,因此13点的时角则是15度,14点30度,15点45度,以此类推.
这三个角度之间有个三角函数关系：tan α =tan t *sin Φ ,我们将t=15度,30度,45度……带入,通过求反正切函数,就能得到13点,14点,15点……时刻所对应的角度 α .12点另一侧的11点,10点,9点……与12点之间的角度也符合上面公式,只是角度方向相反.
沈阳的纬度Φ =42.4度为已知,下面是我求出的当地水平式日晷的各时刻角度：(时间)(太阳时角) (各时刻对应的角度)计算这些数据需要一个科学计算器,或者使用WINDOWS自带的计算器,在“开始”-“程序”里面选择“计算器”,计算器“查看”选项里面选择“科学型”,就能够使用了.下面是我用量角器和直尺按照上述表格画出的水平式日晷的晷盘图样,能够明显看出时间刻度不是均匀的.
步骤3:下面我们来制作这个日晷的晷针.如下图,将A4纸折叠,在上面画一个直角三角形,底边与斜边的夹角为当地的纬度,我用的是沈阳的纬度42.4度.
步骤4:
水平式日晷的晷针一般不是一根竹签那种的针形,而是利用这种三角形的斜边,如此晷针倾斜的角度很好掌握.用剪刀沿线剪下,注意标有“留边”的那条边要稍微多留出一点,为了用胶水粘接方便.晷针粘接好后,这个日晷就算完成了.
步骤5:利用指南针使日晷对准正北方向,此时三角形晷针的斜边与地轴平行.
步骤6:当有阳光直射下来的时候,就可以读时间了.读数的时候以晷针斜边的阴影为准,上图为13点多.其实这种日晷的制作非常简单,唯一的难点就是晷盘刻度的计算部分.如果你不会计算,又不怕麻烦的话,可以这样：先画好圆,确定圆心和过圆心的垂线,然后粘上晷针,摆正方向,手里拿块手表,每到正点的时候用铅笔标上,这样花上一整天的功夫,也可以得到一个计时精确的地平式日晷了.而且这样确定的晷盘有个好处,就是读出的时间是北京时间,可以当真正的钟表使用.