日晷儀也稱日晷,是觀測日影記時的儀器,主要是根據(jù)日影的位置,以指定當時的時辰或刻數(shù),是我國古代較為普遍使用的計時儀器。
一、定義
日”指“太陽”,“晷”表示“影子”,“日晷”的意思為“太陽的影子”。
二、組成
日晷通常由銅制的指針和石制的圓盤組成。
①晷針銅制的指針叫做“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”;
②晷面石制的圓盤叫做“晷面”,安放在石臺上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,這樣,晷針的上端正好指向北天極,下端正好指向南天極。
③計時刻度晷面兩面都有刻度,分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰,每個時辰又等分為“時初”、“時正”,這正是一日24小時。
三、工作原理
日晷原理就是利用太陽的投影方向來測定并劃分時刻,通常由晷針(表)和晷面(帶刻度的表座)組成。
在一天中,被太陽照射到的物體投下的影子長短和方位都在不斷地改變著。
①影子的長短在改變。
早晨的影子最長,隨著時間的推移,影子逐漸變短,過中午它又重新變長;
②影子的方向在改變。
在北回歸線以北的地方,早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在東方。隨著時間的推移,晷針上的影子慢慢地由西向東移動。移動著的晷針影子好像是現(xiàn)代鐘表的指針,晷面則是鐘表的表面,以此來顯示時刻。
四、分類
一般按晷面的擺放角度,可分為:地平式、垂直式、赤道式。
1.地平式日晷
地平式日晷亦稱水平式日晷,地平式日晷的晷面必須嚴格水平,晷面和晷針之間的夾角就是當?shù)氐牡乩砭暥?。適合低緯度的使用。因其制造容易、安裝簡單且具有較強的觀賞性,適合安放在公園、廣場和學校等地。
2.赤道日晷
赤道日晷也是日晷家族中最簡單、最常見的一種。其晷面平行于赤道面,晷面上的刻度等分,晷針與地軸平行,兩端分別指向南北極,晷針的仰角是當?shù)氐牡乩砭暥?,北半球的晷針高端指向北極星。
①陽光或晷針投影在我國日晷北側面上應是夏半年,南側面上應為冬半年。(夏半年看上盤,冬半年看下盤)
②晷針北側指向北極星,晷針與水平面的夾角即為當?shù)鼐暥取?o:p>
③日晷(晷面)與地面的傾角θ為當?shù)鼐暥扔嘟恰?o:p>
由于北極星的仰角等于當?shù)氐乩砭暥龋嗜贞?晷面)與地面的傾角θ=90°-當?shù)鼐暥取?o:p>
3.垂直式日晷
垂直式日晷亦稱立晷。它是晷盤面垂直于地平面刻度盤面采用垂直方向的日晷。
五、日晷使用注意事項
①使用日晷,無論是何種形式都有一根指時針,這根指時針與地平面的夾角必須與當?shù)氐牡乩砭暥认嗤?,并且正確的指向北極星,也就是都有一根與地球自轉軸平行的指針。
②由于日晷必須依賴日照,不能用于陰天和黑夜。因此,單用日晷來計時是不夠的,還需要其他種類的計時器,如水鐘,來與之相配。
③春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,晷針的影子投向晷面上方。