一、古时计时器的名称
- 日晷(guǐ)日晷是古代利用日影测时的一种计时仪器。“晷” 字的本意就是指日影。日晷由晷针和晷面组成。
- 漏刻漏刻是中国古代最重要的计时仪器之一。它通过水或者沙的流动来计量时间。根据漏壶内的水或沙的多少来判断时间的流逝。
- 圭表圭表是一种既简单又重要的测天仪器,它由垂直的表(一般高八尺)和水平的圭组成。圭表主要用于测量日影长度以确定季节、回归年或其它天文现象。
二、古时计时器的制作方法
(一)日晷
- 材料准备需要一块平整的石板或金属板作为晷面,材料要能够经受得住户外的风吹日晒。对于晷针,可以选用一根细而直的金属棒,如铜棒或铁棒。
- 制作步骤首先确定晷面的方位,将晷面水平放置,且使其正南北方向。在晷面的中心垂直安装晷针。晷针的长度和倾斜角度要根据当地的地理纬度来确定,一般来说,晷针的倾斜角度等于当地的地理纬度。例如,在北纬 30° 的地方,晷针与晷面的夹角就应该是 30°。然后在晷面上划分刻度,根据不同的时间划分方法(如十二时辰制或二十四小时制),将晷面圆周等分成相应的份数,刻度的划分要精确计算日影在不同时间的位置。
(二)漏刻
- 材料准备(以水漏为例)需要两个或多个漏壶,一般用陶制或铜制。还需要一些竹管或铜管用于连接漏壶,以及一个容器来承接漏下的水。
- 制作步骤最常见的是二级漏刻。首先制作主漏壶,将其装满水,在壶的底部开一个小孔,让水缓慢流出。然后制作受水壶,受水壶放置在主漏壶下方,通过竹管或铜管连接。在受水壶中放置一个带有刻度的浮标,随着水的流入,浮标会上升,根据浮标的刻度就可以读出时间。为了使水流速度稳定,可以在主漏壶中设置一个叫 “渴乌” 的装置,它是一种虹吸管,可以调节水的流量。如果是制作多级漏刻,如三级漏刻,则在主漏壶和受水壶之间再增加一个漏壶,进一步稳定水流速度,提高计时的准确性。
(三)圭表
- 材料准备需要一根长而直的木杆或石柱作为表,表的高度一般为八尺(古代的尺制)。圭则可以用一块长条形的石板制作。
- 制作步骤将表垂直地立在地面上,圭水平放置在表的正北方(在北半球)。圭的南端要与表的底部相接。圭的长度根据测量的精度要求而定,一般较长。在圭上刻上刻度,用来测量表的日影长度。刻度的划分要精确,以便准确地测量不同季节日影的变化。
三、古时计时器的代表
(一)日晷代表 - 北京故宫太和殿前的日晷
- 特点这是典型的赤道式日晷。其晷面为石质,与赤道面平行。晷针为铜制,垂直于晷面。整个日晷造型精美,工艺精湛。它不仅是一种计时工具,也是故宫建筑中的一个重要装饰性元素,体现了古代皇家对天文计时的重视。
- 计时原理与准确性由于采用赤道式结构,根据太阳在天空中的视运动规律,在一天中不同时间,晷针的日影会在晷面上有规律地移动。在春分和秋分时,太阳直射赤道,日影正好落在晷面的中心线上。随着季节的变化,日影的长短和方向也会发生变化。这种日晷计时的准确性与当地的地理纬度和天气状况有关,在晴朗的白天,能够较为准确地显示时间。
(二)漏刻代表 - 西汉的铜漏壶
- 特点西汉的铜漏壶是中国古代漏刻技术的重要代表。它的壶身由青铜制成,造型精美,结构较为复杂。壶身刻有铭文,可能是关于漏壶的制作年代、用途或者相关的天文历法信息。
- 计时原理与准确性其计时原理是基于水的稳定滴漏。通过精心设计的壶口和壶内结构,使水以相对稳定的速度滴下。在当时的技术条件下,虽然还不能做到像现代钟表那样的高精度计时,但通过不断改进,如采用多级漏壶来稳定水流,已经能够满足古代人们日常的计时需求,如在天文观测、宫廷礼仪、城市管理等方面发挥重要作用。
(三)圭表代表 - 登封观星台的圭表
- 特点登封观星台的圭表是中国古代圭表建筑的杰出代表。它的表高约 12.62 米,是现存古代圭表中最高的。圭长约 31.19 米,由青石平铺而成,圭的南端设有一个方形的石座用来固定表。整个圭表建筑规模宏大,结构严谨。
- 计时原理与准确性利用表的日影投射在圭面上的长度变化来测量时间和确定季节。在冬至日,表影最长;夏至日,表影最短。通过长期观测表影的变化,可以精确地测定回归年的长度。在计时方面,它可以大致确定一天中的中午时刻(当表影最短时),并且通过不同季节表影长度的变化规律来判断季节的更替。这种圭表的准确性依赖于表的垂直程度、圭的水平程度以及测量的精度,在古代天文研究和农业生产中具有不可替代的重要意义。
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