日晷仪也称日晷,是观测日影记时的仪器,主要是根据日影的位置,以指定当时的时辰或刻数,是我国古代较为普遍使用的计时仪器。
一、定义
日”指“太阳”,“晷”表示“影子”,“日晷”的意思为“太阳的影子”。
二、组成
日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。
①晷针铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”;
②晷面石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。
③计时刻度晷面两面都有刻度,分子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二时辰,每个时辰又等分为“时初”、“时正”,这正是一日24小时。
三、工作原理
日晷原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻,通常由晷针(表)和晷面(带刻度的表座)组成。
在一天中,被太阳照射到的物体投下的影子长短和方位都在不断地改变着。
①影子的长短在改变。
早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,过中午它又重新变长;
②影子的方向在改变。
在北回归线以北的地方,早晨的影子在西方,中午的影子在北方,傍晚的影子在东方。随着时间的推移,晷针上的影子慢慢地由西向东移动。移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
四、分类
一般按晷面的摆放角度,可分为:地平式、垂直式、赤道式。
1.地平式日晷
地平式日晷亦称水平式日晷,地平式日晷的晷面必须严格水平,晷面和晷针之间的夹角就是当地的地理纬度。适合低纬度的使用。因其制造容易、安装简单且具有较强的观赏性,适合安放在公园、广场和学校等地。
2.赤道日晷
赤道日晷也是日晷家族中最简单、最常见的一种。其晷面平行于赤道面,晷面上的刻度等分,晷针与地轴平行,两端分别指向南北极,晷针的仰角是当地的地理纬度,北半球的晷针高端指向北极星。
①阳光或晷针投影在我国日晷北侧面上应是夏半年,南侧面上应为冬半年。(夏半年看上盘,冬半年看下盘)
②晷针北侧指向北极星,晷针与水平面的夹角即为当地纬度。
③日晷(晷面)与地面的倾角θ为当地纬度余角。
由于北极星的仰角等于当地地理纬度,故日晷(晷面)与地面的倾角θ=90°-当地纬度。
3.垂直式日晷
垂直式日晷亦称立晷。它是晷盘面垂直于地平面刻度盘面采用垂直方向的日晷。
五、日晷使用注意事项
①使用日晷,无论是何种形式都有一根指时针,这根指时针与地平面的夹角必须与当地的地理纬度相同,并且正确的指向北极星,也就是都有一根与地球自转轴平行的指针。
②由于日晷必须依赖日照,不能用于阴天和黑夜。因此,单用日晷来计时是不够的,还需要其他种类的计时器,如水钟,来与之相配。
③春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,晷针的影子投向晷面上方。