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日晷

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  日晷,本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器,又称“日规”。其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。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类沿用达几千年之久。

日晷

日晷——最早的计时装置

日晷是用来干什么的?日晷有什么作用

  日晷,本义是指太阳的影子。现代的“日晷”指的是人类古代利用日影测得时刻的一种计时仪器,又称“日规”。其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。利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类沿用达几千年之久。

  日晷有两层含义,一般指的是第2个含义。

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  (1)“日”指“太阳”,“晷”表示“影子”,“日晷”的意思为“太阳的影子”。

  (2)利用太阳投射的影子来测定时刻的装置,又称“日规”。

  日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。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”;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。

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  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。绝大部分的日晷显示的都是视太阳时,有些在设计上作了变更,可以显示标准时或是日光节约时间。

  人类使用日晷的历史非常遥远,古巴比伦在远古时期的6000年前就开始使用了,

  中国是在3000多年前的周朝

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  日晷不但能显示一天之内的时刻,还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的,笨重而且看不到阳光的时候不能用,比如阴天和晚上。

  这项发明被人类所用达几千年之久,直至1270年在意大利和德国才现早期的机械钟,而中国则在1601年明代万历皇帝才得到二架外国的自鸣钟,清代时虽有很多进口和自制的钟表,但都为王宫贵府所用,一般平民百姓还是看天晓时。

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日晷是怎样看时间的?工作原理是什么

  利用太阳投射的影子来测定时刻的装置。又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。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”,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。在晷面的正反两面刻划出12个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,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。

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  由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。

  在一天中,被太阳照射到的物体投下的影子在不断地改变着:

  第一是影子的长短在改变。早晨的影子最长,随着时间的推移,影子逐渐变短,一过中午它又重新变长;

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  第二是影子的方向在改变。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。从原理上来说,根据影子的长度或方向都可以计时,但根据影子的方向来计时更方便一些。故通常都是以影子的方位计时。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。

  早晨,影子投向盘面西端的卯时附近;当太阳达正南最高位置(上中天)时,针影位于正北(下)方,指示着当地的午时正时刻。午后,太阳西移,日影东斜,依次指向未、申、酉各个时辰。

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日晷有哪些种类?分别有什么作用

  日晷依晷面所放位置、摆放角度、使用地区的不同,日晷可分成地平式、赤道式、子午式、卯酉式、立晷等多种,应用范围也不尽相同。

  按晷面的摆放角度,可分为:地平式、垂直式、赤道式。

  地平式日晷

  亦称水平式日晷(The Horizontal SundialE),地平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。晷面刻度需要利用三角函数计算才能确定。适合低纬度的使用。

  由于日晷的产生是从观察阳光下竖直物体影子的方向变化而开始的,因此最早的日晷可能是地平式日晷。但它必须在使用其他计时工具进行精确计时的条件下,根据表影随时间变化的实际情况来进行刻划,这显然是不方便的,但如果采用均匀刻划的方法又会带来相当大的计时误差。这是地平式日晷重大的缺陷。地平日晷制造容易,安装简便,除了把它作为一般的测时工具外,常常在城市广场、花园、道路、小区、寺堂、学校、码头和游览点等都可看到它的踪影,显得非常别致和美观。

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  赤道式日晷

  赤道式日晷(The ERquatorial Sundial)的晷面为赤道面,依照使用地的纬度,使赤道式日晷的晷面平行于赤道面。晷盘上的刻度是等分的,夏季和冬季轴投影在晷盘上的影子会分在晷盘的北面和南面。适合中低纬度地区使用。若将晷盘改为圆环则称为赤道式罗盘日晷。

  赤道式日晷亦称斜晷。赤道式日晷是日晷世界中最重要和最常见的,也是中国古代最经典和传统的天文观测仪器。

  赤道式日晷的明确记载初见于南宋曾敏行《独醒杂志》卷二中提到的晷影图,但晷盘是木制的。后世改用石质晷盘,金属晷针。北京故宫等处保存的都是清代制造的石质赤道式日晷。

  极地晷

  极地晷(The polar Dial)晷盘与晷针平行,即晷盘与地平面的夹角和地理纬度相同,并朝向正北。时间的刻画可以用简单的几何图来处理,投影的时间线是平行的线条。适合各种不同的纬度使用。

  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。欧洲的英国、法国、德国、意大利、奥地利等国,在一些古代和现代华丽的中层建筑的向南和向北(东西方向)以及向东和向西(南北方向)的墙上,附建有各种不同色调、大小和风格相异的日晷雕塑。

  垂直式日晷有标准向南、向北和向东、向西四个面,可分为三种:“垂直向南日晷”、“垂直向北日晷”和“垂直向东和向西日晷”。

  垂直向南日晷(Vertical Direct South Dial)刻度盘面朝向正南且垂直地面的日晷。这一种日晷较适合在中纬度(30~70)使用。

  东或西向垂直式(Vertical Direct East or West)刻度盘面朝向正东或正西且垂直地面的日晷。这一种日晷只能在上半日(东向)或下半日(西向)使用,但全球各纬度都适用。

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  投影日晷

  投影日晷不设置指时针,仅在地平面依地理纬度的不同绘制不同扁率的椭圆,在其上刻划时间线,并将长轴指向正东西方向,短轴指向南北向并刻上日期,指示立竿测量时刻的正确位置。

  折叠式日晷

  一种便于携带的日晷称为折叠式日晷,含有以绞链结合在一起的两个小晷面,通常会折叠起来放在平整的小盒子内,以方便放在口袋中。晷针则是在两晷面之间的带子,当带子被扯紧拉直时,两个晷面会互相垂直,一个面形成垂直式日晷,另一个面则是水平式的日晷。

  让两个晷面以不同的角度结合(会产生不同的投影),折叠式日晷便可以自行调整。当两晷面显示出相同的时间,而且绞链是水平的,折叠式日晷指示的是当地的视太阳时。另外,当绞链朝向北方(在北半球时),折叠式日晷被旋转了一个角度,晷针才能与地球的自转轴平行,则当正午、日出与日落时,折叠式日晷的时间不会受到纬度改变的影响,但是在早上9点和下午3点,纬度每偏差1度,在两个晷面上的时间便会相差4分钟(肇因於日晷在错误的纬度上)。

  折叠式日晷可以像指南针一样来使用,甚至可以测量纬度。有些折叠式日晷附有小的铅锤和分度器来读取正确的纬度;也有些附有指南针,可以测量地理上的特徵。在古代,大型的(1公尺以上的)摺叠式日晷曾经被用於航海上。

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  等高仪日晷

  等高仪日晷(Elevation sundial)可以显示正确的日期,是使用在导航与天文学上的日晷。在设计上是一个平坦的小圆环,有一个小把手,或是像表链上的饰物,还是小装饰。 当以把手将环悬吊起来时,小孔会在环的内侧投下阴影,经由环内的标示可以显示时间,但在测量时,使用者必须知道是上午还是下午。通常这个小孔被设置在一片可以滑动和锁住,用来调整日期的金属片上。

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日晷最早起源于哪里?我国最早的日晷是什么时候的

  人类使用日晷的时间非常久远,古巴比伦人在远古时代的6000年前就开始使用了,中国是在3000年前的周朝。日晷不但能显示一天之内的时刻,还能显示节气和月份。当然它的缺点也是显而易见的,笨重而且看不到阳光的时候不能用,比方阴天和晚上。

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  中国最早的可靠记载是《隋书·天文志》中提到的袁充于594年(隋开皇十四年)发明的短影平仪(即地平式日晷)。赤道日晷的明确记载初见于南宋曾敏行的《独醒杂志》卷二中提到的晷影图。

  我国早在公元前一干年左右的西周初期,就已经发明了最原始的计时器“土圭” ,后来发展为“圭表”。“日晷”大约发明于汉代以前,是观测阳光投影方向的计时器。“壶漏”又称“漏壶”,大约发明于公元前五世纪。它是用漏水的方法,观测“刻箭”的昼夜计时器。圭表、日晷、漏壶等,在我国沿用了二三千年。

  公元二世纪初,东汉科学家张衡制作的水力浑天仪上,就有机械转动的计时部分(详载《晋书·天文志》)每天规律地回转一周,以后汉末陆绩,吴国的王蕃、葛衡,南北朝时宋国的钱乐之,隋初的耿询都先后制造过带有计时装置的浑天仪。

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  唐代开元十三年(725),张遂、梁令瓒等制造的水力浑天仪,宋人张思训于太平兴国四年(979)创制的水力浑天仪上计时部分都有所发展:宋哲宗元家 三年(1088),苏颂和韩公廉等制造了水运仪象台。整座机构共有150多种机械零件,使浑仪、浑象和计时仪器构成一个统一的体系。在计时器部分已有擒纵机构,相当近代机械钟表上的擒纵器或卡子,因此它在钟表发展史上有极为重要的意义。十三世纪后出现了脱离天文仪器的机械计时器。

  元至元十三年(1276)天文学家郭守敬创制的大明殿灯漏,其计时部分初步脱离了天文仪器(详见《元史·天文志》)。

  到了十四世纪,明初的詹希元运用齿轮系转动制作的沙漏,才成为完全脱离天文仪、独立计时的机械转动的计时器。变为十二时辰。近代西方机械钟表是在明末传入中国的。1601年意大利传教士利玛窦送给明代万历皇帝两架自鸣钟,对我国开始制造机械钟有着一定的影响,据说利玛窦为了符合中国的计时习惯,把欧洲的24小时改为12时辰,把阿拉伯数字改为中国数字,还把每天分成一百刻(即百刻),每段分为一百分。

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结语

利用日晷计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类沿用达几千年之久。

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