手繪庭院日晷——不用電的人形計時器手工電子DIY教程

DIYer:arpruss 製作時間:1小時 製作難度:★★★☆☆ GEEK指數:★★★☆☆

 

我設計了一個可大可小，橢圓鐘面的投影日晷，你只要站在對應於今天日期的位置上，看看自己影子的中點落在什麼位置上，就能知道此刻的時間了。

這個日晷盤是橢圓形的，你必需根據自己所在的經度、緯度和時區仔細地設定適合的尺寸和佈局。如果你所在地區的維度離赤道在10度以內的話，很遺憾，這種日晷就無法正常工作了。

你只需訪問我開設的 投影日晷生成器 網站，輸入你的位置資料，生成器將自動生成一個PDF檔案。這段程式碼是開源的，可以下載並隨意修改。

1   你需要的工具

捲尺和/或碼尺沒有彈性的繩子帶有直角的東西粉筆足夠寬大的水平面，作為日晷盤兩隻鉛筆/螺絲起子/銷釘/等等。具有網路連線的計算機，以及PDF閱讀器印表機和紙張（如果沒有印表機，你也可以把膝上型電腦帶到現場）可選：油漆可選：磁極指南針 

2   執行日晷生成器

你將需要如下資訊：

你所在的經/緯度你所在的時區你所在的地區是否實行夏令時（在冬天和夏天會改變時間）。

現在，請訪問我的程式碼網站 。首先輸入你預想的日晷實際寬度，然後選擇好單位。你所選擇的單位將會決定所有尺寸計算時所採用的單位。

 

不要勾選，除非你選擇不繪製橢圓。勾選，除非你只想要做一個紙質的日晷把玩一下，而不是當真按照教程做一個。點選這裡生成。

填入你的郵政編碼或者經/緯度，選擇你的時區，然後選擇是否採用夏令時。

點選“提交”（Submit）即可生成日晷的PDF。將該檔案打印出來。你現在手上的幾頁紙中就包含了本教程第2～6步的內容。

 

3   繪製軸線

在這一步中，你將標識出長軸（PDF中較長的水平線）和短軸（較短的垂直線）。當你完成日晷盤的製作後，可以將它們擦除。

 

要找出真正的北面，就要旋轉紙張，讓它顯示正確的時間，此時的“N”箭頭所指就是真正的北面。真正的北面。螺絲起子位於8月的中間。

你需要確定地理上（而非地磁上）的北是哪個方向。下面有三種方法。第一種方法最簡單，不過準確度不太高。

將PDF檔案畫了完整日晷盤的那一頁拿出來。將它放在平坦的地面上，讓陽光照在上面。將一支鉛筆豎立在目前日期的那條垂直線上。看一下現在的準確時刻。旋轉日晷盤，同時保持鉛筆的位置不變，直到鉛筆的影子落在正確的時間上。這時，紙上的“N”箭頭所指的就是北面。用磁極指南針，不過你必須修正磁偏角（地理上的北極和地磁上的北極並不完全相同）。閱讀一下這個維基百科頁面，檢視頁面底部的連結，確定你所在地區的磁偏角。比如說，你那裡的磁偏角是+10°（有的時候顯示為“10°E”），那麼真正的北極就應該在指南針的北極指標偏西10度的方向上（在“10°E”中的“E”表示地磁北極在真正北極的東面）。在晚上，找到北極星，然後在地上畫一個箭頭，仔細地對準它（例如，使用望遠鏡或者象限儀）。

另外有一個有用的提示，許多城市的街道和房屋牆壁都是沿著真正的地理方向設定的。

 

這道磚縫的方向和正東西方向非常接近，我就用它作為水平線了。北端點。南端點。西端點。 

這是一種確定直角的方法。

確定了北方以後就可以利用PDF檔案中第二步的尺寸，定下兩根軸的中點，然後從中點延伸出去，畫出兩條軸（朝著東南西北四個方向）。一定要保證兩條軸是正交的。我從車庫裡拿來了一塊擱板，確保它們以直角相交。.

 

“水平”的東西軸線。“垂直”的南北軸線。不要採用我的尺寸。根據你所在的位置，執行生成器。地理北極，或者真實北極，而不是地磁北極。 

4   繪製橢圓西焦點定位針。東焦點定位針。藍色的線是中央的南北線（PDF檔案中的垂直線）。手拿粉筆，套在繩圈內。

你可以先插上兩根定位針，在上面套上繩圈，然後把粉筆也套在繩圈裡，保持繩子繃緊，就可以畫出橢圓了。這兩根針就是橢圓的焦點。

PDF檔案的第三步將會告訴你，根據你所在的位置和日晷尺寸，需要多長的繩子。儘量選擇彈性較小的繩子。仔細地按照PDF檔案中所指示的尺寸進行測量，在測量時必須保證線是拉直的，繩圈也要繫緊，保證繩結不會鬆脫。

在PDF的第三步中還示出了焦點的位置。從中心沿著水平線量出這段距離，然後把這兩個點標記好。現在，你就該插上定位針了。我用螺絲起子作為定位針。定位針一定要保持垂直。

如果你在焦點的位置上沒有可以插針的縫隙，那麼你就需要叫兩個人來幫你。

插好定位針以後在上面套上繩圈，把封閉套進去，拉緊繩子，形成一個三角形。不要太用力，免得定位針發生傾斜。將粉筆移動到兩軸線的四個端點上，再次確認一下繩子和軸線的尺寸是否正確。

將粉筆繞著定位針轉動，小心翼翼地繪出橢圓。

如果你想偷懶的話，那麼完全不必把整個橢圓畫出來，你只要把希望鐘面指示出來的那一半（或者一半多一點）畫出來就行了（參見PDF的下一步）。

 

此處的淡藍線實際上把橢圓切成了兩半，不過由於角度的關係，看起來似乎並非如此！多餘的線可以輕易擦去。 

5   繪製時刻標籤我從這塊磚縫的底部開始測量。 

這是下午4點的時刻標記距離東西軸線的東側端點的直線距離。

現在，你需要在橢圓上指示時刻的位置上做些刻度記號。根據你在第三步是否繪製了橢圓，這裡的方法也有所不同。

標準方法（如果你畫了橢圓）

PDF檔案的第四步中展示了在確定早上4點到晚上9點之間的時刻記號位置所需要測量的尺寸。

PDF中的尺寸表示了每個時刻記號和橢圓的交點距離最近軸線端點的距離，在軸線端點和時刻記號之間用藍色的雙向箭頭標識，在每個藍色雙向箭頭的中間都有一個尺寸。這些距離都是直線距離。

我用碼尺測量這些距離，精度大約為1/4英寸。

如果有需要的話，你可以之後再把每個小時分成4個刻。

（x,y）座標法（如果你沒有畫橢圓）

如果你那裡的地面做不到，或者你怎麼也無法固定住定位針，那麼你就需要以（x,y）座標模式執行日晷生成器。接著，你就會得到第四步a和第四步b的頁面。在第四步a的頁面中，每個時刻下面都有一個（x,y）座標。接著你就能用x座標測量距離垂直線的左右距離（看圖紙時要讓文字正向），其中正數表示右邊，負數表示左邊；用y座標測量距離水平線的上（正數）下（負數）距離。例如，根據我所在的地區和日晷的尺寸，我採用英尺和英寸為單位，則下午1點的座標就標記為（-（0’8 7/8”）,3’1 1/4”）。也就是說，我從垂直線朝左量出8又7/8英寸，然後從水平線朝上量出3英尺1又1/4英寸，接著在這個位置上放一個點就行了。當日晷針的影子中心落在這個點上時，大概就是下午1點鐘。你可以在這個點上放一塊石子、插一根旗子，或者用任何方法做個記號。

第四步b是可做可不做的。你可以用它驗證一下所有的標記是否放在了正確的位置上。在這一步中，你要用和直線方法中相同的距離測量一下。

 

6   繪製月份日晷針記號 

如果地面上有一根固定的杆子，然後你每天都在同一時刻（根據夏令時的需要修正）都在地上畫出杆子影子的端點所在的位置。這影子就會形成一個8字形的軌跡，這就是所謂的analemma（球體投影在子午線上的正射影）（原因是地球兩極的傾斜、地球軌道的橢圓率，以及地球軌道的傾斜）。但是，我們希望日晷在每天的同一時刻所顯示的時刻也是相同的！投影日晷通過移動日晷針——產生陰影的垂直部分——的方法解決了這一矛盾，根據一年中不同時間，在不同地點，太陽繞著analemma移動的位置進行修正。（實際上，這只是修正了磁偏角的差異。在下一步中，有一張校對錶格，可以修正其他——更微小的——差異。）

 

這個數字表示記號在水平線下方多遠處。這個數字表示記號在水平線上方多遠處。

在這一步中，你將會在垂直軸上畫一些記號，作為調整位置的起點。這些記號和水平（東西）線是平行的，而PDF檔案的第五步中展示了每個記號距離水平線的上下距離。這張圖紙還展示了它們的方向（頂部和底部的記號朝著兩個方向）。

 

7   完成日晷在正確的位置寫下月份。冬令時的提醒。 

校時表。

現在，將記號略微延伸出去，像PDF檔案的第六步一樣，在它們之間寫下月份。

 

8   使用日晷 

照片上的時間戳是8:37。 

照片上的時間戳是11:37。 

照片上的時間戳是4:30。

使用日晷時，日晷針應該垂直地放在日晷盤的中央（南北）軸上，儘可能杵在準確的日期位置。例如，如果今天是8月1日或者7月31日，那麼你就要將它放在7月和8月之間的分割線上。

注意，中央軸上的每個位置在一年中都會經過兩次（除了兩端）。例如，日晷針在9月末和3月中旬會處於同一位置。

如果日晷盤很大，可以用人作為日晷針的話，那麼你只要站在日晷盤的南北軸線上，讓腿的中點落在正確的日期點上。然後看看自己身體的影子中點落在橢圓的哪裡，就能讀出時刻了。

如果你想讓精度更高，那麼可以手持一根比人更細的東西，儘可能垂直地放在中央線上正確的日期點上，並且把校時表也用上。

在第二章照片中，我的影子指示的時間大約是上午8點45分（照片上的時間戳是8:37——要知道，你很難讓雙腿的中點準確地落在日期點上）。