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如何制作簡單的教學用具——日晷

教妳制作古代的時鐘——水平式日晷DIY

水平式日晷,或者叫地平式日晷。這種日晷制作過程相對簡單,但是需要壹些稍微復雜的計算。

步驟1:

畫出晷盤圖樣。因為這種日晷的晷盤是水平的,不像赤道式那樣與赤道平行,因此不同時刻的間距是不同的。

步驟2:

先用圓規畫壹個大圓,通過圓心作水平線和垂直線。標誌性的時間刻度為,最左側18點,右側6點,最下方12點。假設某壹時間刻度,比方說13點,與12點之間的夾角為 α ,太陽時角為t,當地緯度角為 Φ 。太陽時角是這樣定義的,太陽壹天24小時運行360度,因此每壹小時運行15度。設定正午12點的時候太陽時角為0度,因此13點的時角則是15度,14點30度,15點45度,以此類推。

這三個角度之間有個三角函數關系: tan α =tan t *sin Φ ,我們將t=15度,30度,45度……帶入,通過求反正切函數,就能得到13點,14點,15點……時刻所對應的角度 α 。12點另壹側的11點,10點,9點……與12點之間的角度也符合上面公式,只是角度方向相反。

沈陽的緯度Φ =42.4度為已知,下面是我求出的當地水平式日晷的各時刻角度:(時間)(太陽時角) (各時刻對應的角度)計算這些數據需要壹個科學計算器,或者使用WINDOWS自帶的計算器,在“開始”-“程序”裏面選擇“計算器”,計算器“查看”選項裏面選擇“科學型”,就能夠使用了。下面是我用量角器和直尺按照上述表格畫出的水平式日晷的晷盤圖樣,能夠明顯看出時間刻度不是均勻的。

步驟3:下面我們來制作這個日晷的晷針。如下圖,將A4紙折疊,在上面畫壹個直角三角形,底邊與斜邊的夾角為當地的緯度,我用的是沈陽的緯度42.4度。

步驟4:

水平式日晷的晷針壹般不是壹根竹簽那種的針形,而是利用這種三角形的斜邊,如此晷針傾斜的角度很好掌握。用剪刀沿線剪下,註意標有“留邊”的那條邊要稍微多留出壹點,為了用膠水粘接方便。晷針粘接好後,這個日晷就算完成了。

步驟5:利用指南針使日晷對準正北方向,此時三角形晷針的斜邊與地軸平行。

步驟6:當有陽光直射下來的時候,就可以讀時間了。讀數的時候以晷針斜邊的陰影為準,上圖為13點多。其實這種日晷的制作非常簡單,唯壹的難點就是晷盤刻度的計算部分。如果妳不會計算,又不怕麻煩的話,可以這樣:先畫好圓,確定圓心和過圓心的垂線,然後粘上晷針,擺正方向,手裏拿塊手表,每到正點的時候用鉛筆標上,這樣花上壹整天的功夫,也可以得到壹個計時精確的地平式日晷了。而且這樣確定的晷盤有個好處, 就是讀出的時間是北京時間,可以當真正的鐘表使用。

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