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科技史報告

太陽鐘老師:林聰益學(xué)生:王德溥班級:夜四技自控四甲學(xué)號99512051科技史報告

太陽鐘老師: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進(jìn)一步的發(fā)展,包括中國、希臘和羅馬。一種沒有指針的日晷被記載在古老的舊約

(依撒意亞書

38:2)內(nèi)。[1]數(shù)學(xué)兼天文學(xué)家TheodosiusofBithynia(ca.160BC-ca.100BC)據(jù)說曾經(jīng)發(fā)明一種泛用日晷,在世界各地都可以使用。法國天文學(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,並附有插圖說明。中國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,就可以用來計量白天的時間。東漢許慎《說文解字》雲(yún):「晷,日景也。」此處「日景」即「日影」。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(jìn)一步的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度或角度,比照太陽鐘上的刻度來換算時間。太陽鐘只限白天有太陽的時候才有辦法使用。

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

太陽鐘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)驗才能安裝,用顯示時間的設(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)時間,日晷的設(shè)計就需要能轉(zhuǎn)動來調(diào)整經(jīng)度造成的時間偏差,由於每15度是一個時區(qū),所以轉(zhuǎn)動的最大範(fàn)圍是向東或西7.5度,但是晷針仍然必須對準(zhǔn)天球的北(南)極點(diǎn)。不過即使日晷就放置在時區(qū)的中心經(jīng)度線上,還是要作均時差的校正。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,而且還是要作時區(qū)內(nèi)的經(jīng)度偏差修正。而對有兩組數(shù)字的日晷,還有個非正式的規(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(diǎn)之外,在晷面上的時間標(biāo)示角度不是等距的。通常日晷顯示的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(dá)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(zhuǎn)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(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差直接修正日晷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施要修正日光節(jié)約時間,晷面上就需要有兩組的數(shù)字或日晷的種類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.反射日晷日晷的種類1.赤道式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(zhuǎn)軸的棒子,而圓環(huán)的平面與地球的赤道面平行。盤的兩面都被標(biāo)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(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,盤的北側(cè)照不到陽光,必須使用盤的南側(cè);在夏季,陽光照射在盤的北側(cè),南側(cè)的盤面就不能使用了。在這種設(shè)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(jié)點(diǎn),但到了冬季,節(jié)點(diǎn)就要換成南側(cè)的端點(diǎn)了。赤道式日晷最簡單的日晷只是在圓盤的中心穿過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單的使用規(guī)則,除了晷面上的線需要使用三角學(xué)來繪製,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(qū),日晷會被放置在廣場上,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(zhuǎn)軸,投影將橫越在晷面上的時間標(biāo)線。每個標(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)過計算來設(shè)置:晷面角度=ATN(SIN(地理緯度)XTAN(時角))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,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。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。唯一的問題是垂直式日晷只有在牆面被陽光照到時才能指示時間。晷面上的時間線與庭園日晷非常相似,設(shè)置的計算式如下:晷面角度=ATN(COS(地理緯度)XTAN(時角)晷針角度=90–地理緯度傳統(tǒng)上會在高塔的頂端與周圍的牆上設(shè)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(xué)計算,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,非常堅固與實用,只是計算的難度較高。垂直式日晷雖然現(xiàn)在已經(jīng)很難看見,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來與地球自轉(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)前在法國發(fā)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(huán)上的投影。[3]

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,明顯的因為等時線和日期線的形狀,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,或在球面上畫出圓弧。這種日晷的優(yōu)點(diǎn)是可以確實的標(biāo)記出一年中所有季節(jié)的時日。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間修正為平太陽時或其他的標(biāo)準(zhǔn)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(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間修正為平太陽時或其他的標(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,繪製上時間的標(biāo)記。鏡子好比是晷針上的節(jié)點(diǎn),反射陽光成為一個亮點(diǎn)。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(zhàn)用到任何的空間。這種設(shè)計可以簡單的作成年曆表。反射日晷牛頓利用南向的窗戶發(fā)明了反射日晷,他在窗臺上放置一心得日晷其實我來說並不陌生,記得小學(xué)四年

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