日出而作,日入而息,根据太阳测定时间古已有之。一年有24个节气,不同节气的正午太阳高度各不相同,昼夜长短也不同。日晷就是一种根据太阳高度来测时的工具。一般的日晷都必须先测定正南和正北方向,然后才能进行测时。而节气日晷却不同,只要将窥管对准太阳就可以测时,因此极为方便。节气日晷的另一特点是,在测得地方时为正午12点时,它就能自动展示当天是廿四节气中的哪一个节气。可见,节气日晷是一种全新思路的日晷(图4-1-17-1)。
工具和材料
剪刀。
卡纸,浆糊。
活动过程
1.在图纸背面平抹浆糊,裱上卡纸,晾干后剪下10个零件。底版C可适当再加一层硬纸(图4-1-17-2)。
2.将E、F分别粘合为双层。把F粘在D上标“f”处(图4-1-17-3)。把E粘牢在A背面的中心部位。注意A的中心小孔必须对准E上的“+”中心,可用针刺穿二者的中心进行定位。
3.根据观测所在地的地理纬度(如北纬40°),在A两侧相同的地理纬度(都是北纬40°)刻度线之间画上一根连接线,如在上海地区则可在标“上海”字样的虚线刻度之间画上一根连接线。然后,依这根线将A向背面反折。用同样的方法,将B也向背面反折。
4.在A上画出纬度刻度连接线后,再在A的上半部用铅笔淡淡地画上5根相互间隔约1厘米的平行线,它们应平行于原先已画出的纬度刻度连接线。
5.把A、B折出的弓形部分粘在C上标出的“a”和“b”处。
6.将D依虚线向背后反折后,把D上的圆孔套在A背面的E上,然后再把G粘在E上,使D可以转动。
7.将一段黑丝线从D上的“+”中心穿入,末端粘牢固定在反面。始后将D粘合成四方柱体。
8.将B的中心圆孔套在D侧面的F上,然后把H粘在F上,使D可以在A、B之间自由转动。
说明与延伸
1.测时。
(1)将底盘C水平放置,箭头朝向太阳所在方位。然后转动窥管D对准太阳,使太阳光线同时穿过两个方孔。
(2)窥管D保持不动,拉直D上的丝线,使其贴在A上(丝线应尽量平行于A上所画的铅笔平行线)。
(3)A上有13根日期刻度线(7月8日与6月6日重合……),每根线上都有时间刻度(18时与6时重合……)。测时时,应选用日期最近的一根日期刻度线,如1月4日可选“1月6日”刻度线。将窥管D对准太阳,再把丝线拉成水平,丝线便与所选定的一根日期刻度线相交于某一时间刻度,此刻度就是所测的时刻。如6月20日进行测时,拉成水平的丝线与所选定的“6月22月”的一根时间刻度线相交于线上的“8时”刻度,当时就是早晨8时。 节气日晷所表示的时间都是当地的地方时,即以太阳运行到当地正南方的时刻为正午12时(指北回归线以北地区,下同),其他钟点以此为基准进行推算。粗略地说,在青岛、上海、福州一线测得的地方时与北京时间基本上是一致的;而在北京本地和南昌一线则要加15分钟;呼和浩特、长沙、广州一线要加30分钟;兰州、成都、昆明一线要加1小时;乌鲁木齐、拉萨一线要加2小时;东北地区则要减去30分钟,才能使各地的地方时与北京时间相一致。
2.测节气。
将底盘C水平放置,箭头指向根据北极星测得的正南方。当正午太阳运行到正南方时,转动窥管D对准太阳,使太阳光线同时穿过两个方孔。这时,窥管上的“节气”指示箭头所指着的B上的刻度,便是当天的节气刻度。
实际上,在测时的过程中,当节气日晷测得的时刻为“12时”,D上的“节气”箭头同时指着B上当天的节气刻度,已经指出当天是什么节气了。