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手绘庭院日晷——不用电的人形计时器

2012-05-10 11:25:47 来源:科技小制作网 浏览:5640
内容提要:    这里介绍的庭院日晷是以大地为表盘,你就是时钟的指针。这个科学的日晷无疑会成为你家小区里个性最鲜明的坐标,让来拜访你的朋友还未进门就被折服。

    日晷也是一种利用太阳投影指示时间的工具。它由晷盘和晷针组成。晷盘是一个圆盘,晷面上有刻度;晷针安装在晷盘中央与盘面垂直。太阳照到针上,在盘面上产生投影。用日晷测时间不是根据日影的长度,而是根据日影的方向。按照晷盘面放置位置的不同,日晷分为赤道日晷、地平日晷、立晷和斜晷。赤道日晷的晷盘面平行于赤道面,晷针指向南北极;地平日晷的晷盘面平放于当地的地平面上;立晷的晷盘面垂直于地平面;斜晷的晷平面指向任一方向。

    这里介绍的庭院日晷是以大地为表盘,你就是时钟的指针。这个科学的日晷无疑会成为你家小区里个性最鲜明的坐标,让来拜访你的朋友还未进门就被折服。

    庭院日晷,椭圆钟面的投影日晷,你只要站在对应于今天日期的位置上,看看自己影子的中点落在什么位置上,就能知道此刻的时间了。这个日晷盘是椭圆形的,你必需根据自己所在的经度、纬度和时区仔细地设置适合的尺寸和布局。如果你所在地区的维度离赤道在10度以内的话,很遗憾,这种日晷就无法正常工作了。

手绘庭院日晷

  1 你需要的工具:

  卷尺和/或码尺

  没有弹性的绳子

  带有直角的东西

  粉笔

  足够宽大的水平面,作为日晷盘

  两只铅笔/螺丝起子/销钉/等等。

  具有网络连接的计算机,以及PDF阅读器

  打印机和纸张(如果没有打印机,你也可以把笔记本电脑带到现场)

  可选:油漆

  可选:磁极指南针


  2 运行日晷生成器

  你将需要如下信息:

  你所在的经/纬度

  你所在的时区

  你所在的地区是否实行夏令时(在冬天和夏天会改变时间)。

  现在,请访问网站 analemmatic.sf.net 。首先输入你预想的日晷实际宽度,然后选择好单位。你所选择的单位将会决定所有尺寸计算时所采用的单位。

手绘庭院日晷

  不要勾选,除非你选择不绘制椭圆。

  勾选,除非你只想要做一个纸质的日晷把玩一下,而不是当真按照教程做一个。

  点击这里生成。

  填入你的邮政编码或者经/纬度,选择你的时区,然后选择是否采用夏令时。

  点击“提交”(Submit)即可生成日晷的PDF。将该文件打印出来。你现在手上的几页纸中就包含了本教程第2~6步的内容。


  3 绘制轴线

  在这一步中,你将标识出长轴(PDF中较长的水平线)和短轴(较短的垂直线)。当你完成日晷盘的制作后,可以将它们擦除。

手绘庭院日晷

  1、要找出真正的北面,就要旋转纸张,让它显示正确的时间,此时的“N”箭头所指就是真正的北面。

  2、真正的北面。

  3、螺丝起子位于8月的中间。

  你需要确定地理上(而非地磁上)的北是哪个方向。下面有三种方法。第一种方法最简单,不过准确度不太高。

  1、将PDF文件画了完整日晷盘的那一页拿出来。将它放在平坦的地面上,让阳光照在上面。将一支铅笔竖立在目前日期的那条垂直线上。看一下现在的准确时刻。旋转日晷盘,同时保持铅笔的位置不变,直到铅笔的影子落在正确的时间上。这时,纸上的“N”箭头所指的就是北面。

  2、用磁极指南针,不过你必须修正磁偏角(地理上的北极和地磁上的北极并不完全相同)。阅读一下这个维基百科页面,查看页面底部的链接,确定你所在地区的磁偏角。比如说,你那里的磁偏角是+10°(有的时候显示为“10°E”),那么真正的北极就应该在指南针的北极指针偏西10度的方向上(在“10°E”中的“E”表示地磁北极在真正北极的东面)。

  3、在晚上,找到北极星,然后在地上画一个箭头,仔细地对准它(例如,使用望远镜或者象限仪)。

  另外有一个有用的提示,许多城市的街道和房屋墙壁都是沿着真正的地理方向设置的。

手绘庭院日晷

  1、这道砖缝的方向和正东西方向非常接近,我就用它作为水平线了。

  2、北端点。

  3、南端点。

  4、西端点。

手绘庭院日晷

  1、这是一种确定直角的方法。

  确定了北方以后就可以利用PDF文件中第二步的尺寸,定下两根轴的中点,然后从中点延伸出去,画出两条轴(朝着东南西北四个方向)。一定要保证两条轴是正交的。我从车库里拿来了一块搁板,确保它们以直角相交。.

  手绘庭院日晷

  1、“水平”的东西轴线。

  2、“垂直”的南北轴线。

  3、不要采用我的尺寸。根据你所在的位置,运行生成器。

  4、地理北极,或者真实北极,而不是地磁北极。

  4 绘制椭圆

手绘庭院日晷

  1、西焦点定位针。

  2、东焦点定位针。

  3、蓝色的线是中央的南北线(PDF文件中的垂直线)。

  4、手拿粉笔,套在绳圈内。

  你可以先插上两根定位针,在上面套上绳圈,然后把粉笔也套在绳圈里,保持绳子绷紧,就可以画出椭圆了。这两根针就是椭圆的焦点。

  PDF文件的第三步将会告诉你,根据你所在的位置和日晷尺寸,需要多长的绳子。尽量选择弹性较小的绳子。仔细地按照PDF文件中所指示的尺寸进行测量,在测量时必须保证线是拉直的,绳圈也要系紧,保证绳结不会松脱。

  在PDF的第三步中还示出了焦点的位置。从中心沿着水平线量出这段距离,然后把这两个点标记好。现在,你就该插上定位针了。我用螺丝起子作为定位针。定位针一定要保持垂直。

  如果你在焦点的位置上没有可以插针的缝隙,那么你就需要叫两个人来帮你。

  插好定位针以后在上面套上绳圈,把封闭套进去,拉紧绳子,形成一个三角形。不要太用力,免得定位针发生倾斜。将粉笔移动到两轴线的四个端点上,再次确认一下绳子和轴线的尺寸是否正确。

  将粉笔绕着定位针转动,小心翼翼地绘出椭圆。

  如果你想偷懒的话,那么完全不必把整个椭圆画出来,你只要把希望钟面指示出来的那一半(或者一半多一点)画出来就行了(参见PDF的下一步)。  

手绘庭院日晷

  1、此处的淡蓝线实际上把椭圆切成了两半,不过由于角度的关系,看起来似乎并非如此!

  2、多余的线可以轻易擦去。

  5 绘制时刻标签

手绘庭院日晷

  1、我从这块砖缝的底部开始测量。

手绘庭院日晷

  1、这是下午4点的时刻标记距离东西轴线的东侧端点的直线距离。

  现在,你需要在椭圆上指示时刻的位置上做些刻度记号。根据你在第三步是否绘制了椭圆,这里的方法也有所不同。

  • 标准方法(如果你画了椭圆)
  • PDF文件的第四步中展示了在确定早上4点到晚上9点之间的时刻记号位置所需要测量的尺寸。

  PDF中的尺寸表示了每个时刻记号和椭圆的交点距离最近轴线端点的距离,在轴线端点和时刻记号之间用蓝色的双向箭头标识,在每个蓝色双向箭头的中间都有一个尺寸。这些距离都是直线距离。

  我用码尺测量这些距离,精度大约为1/4英寸。

  如果有需要的话,你可以之后再把每个小时分成4个刻。

  • (x,y)坐标法(如果你没有画椭圆)

  如果你那里的地面做不到,或者你怎么也无法固定住定位针,那么你就需要以(x,y)坐标模式运行日晷生成器。接着,你就会得到第四步a和第四步b的页面。在第四步a的页面中,每个时刻下面都有一个(x,y)坐标。接着你就能用x坐标测量距离垂直线的左右距离(看图纸时要让文字正向),其中正数表示右边,负数表示左边;用y坐标测量距离水平线的上(正数)下(负数)距离。例如,根据我所在的地区和日晷的尺寸,我采用英尺和英寸为单位,则下午1点的坐标就标记为(-(0’8 7/8”),3’1 1/4”)。也就是说,我从垂直线朝左量出8又7/8英寸,然后从水平线朝上量出3英尺1又1/4英寸,接着在这个位置上放一个点就行了。当日晷针的影子中心落在这个点上时,大概就是下午1点钟。你可以在这个点上放一块石子、插一根旗子,或者用任何方法做个记号。

  第四步b是可做可不做的。你可以用它验证一下所有的标记是否放在了正确的位置上。在这一步中,你要用和直线方法中相同的距离测量一下。

  6 绘制月份日晷针记号

手绘庭院日晷
手绘庭院日晷

  如果地面上有一根固定的杆子,然后你每天都在同一时刻(根据夏令时的需要修正)都在地上画出杆子影子的端点所在的位置。这影子就会形成一个8字形的轨迹,这就是所谓的analemma(球体投影在子午线上的正射影)(原因是地球两极的倾斜、地球轨道的椭圆率,以及地球轨道的倾斜)。但是,我们希望日晷在每天的同一时刻所显示的时刻也是相同的!投影日晷通过移动日晷针——产生阴影的垂直部分——的方法解决了这一矛盾,根据一年中不同时间,在不同地点,太阳绕着analemma移动的位置进行修正。(实际上,这只是修正了磁偏角的差异。在下一步中,有一张校对表格,可以修正其他——更微小的——差异。)

手绘庭院日晷

  1、这个数字表示记号在水平线下方多远处。

  2、这个数字表示记号在水平线上方多远处。

  在这一步中,你将会在垂直轴上画一些记号,作为调整位置的起点。这些记号和水平(东西)线是平行的,而PDF文件的第五步中展示了每个记号距离水平线的上下距离。这张图纸还展示了它们的方向(顶部和底部的记号朝着两个方向)。

  7 完成日晷

手绘庭院日晷

  在正确的位置写下月份。

  冬令时的提醒。

手绘庭院日晷

  校时表。

  现在,将记号略微延伸出去,像PDF文件的第六步一样,在它们之间写下月份。

  8 使用日晷

手绘庭院日晷
手绘庭院日晷

  照片上的时间戳是8:37。

手绘庭院日晷

  照片上的时间戳是11:37。

手绘庭院日晷

  照片上的时间戳是4:30。

  使用日晷时,日晷针应该垂直地放在日晷盘的中央(南北)轴上,尽可能杵在准确的日期位置。例如,如果今天是8月1日或者7月31日,那么你就要将它放在7月和8月之间的分割线上。

  注意,中央轴上的每个位置在一年中都会经过两次(除了两端)。例如,日晷针在9月末和3月中旬会处于同一位置。

  如果日晷盘很大,可以用人作为日晷针的话,那么你只要站在日晷盘的南北轴线上,让腿的中点落在正确的日期点上。然后看看自己身体的影子中点落在椭圆的哪里,就能读出时刻了。

  如果你想让精度更高,那么可以手持一根比人更细的东西,尽可能垂直地放在中央线上正确的日期点上,并且把校时表也用上。

  在第二章照片中,影子指示的时间大约是上午8点45分(照片上的时间戳是8:37——要知道,你很难让双腿的中点准确地落在日期点上)。

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