关键概念
物理学
地球自转
时间
日晷
引言
你有没有看过以早期为背景的电影，当一个角色问现在几点时，其他没有手表或手机的角色都看向天空？ 他们不是在看上方巨大的数字时钟，他们是在利用太阳在天空中的位置来报时，就像人们世世代代所做的那样。
日晷是最古老的计时仪器，它使我们能够更准确地跟踪太阳的位置。 直到 19 世纪早期，日晷还是人们用来报时的主要工具。 如果放置正确，日晷可以准确地报时到分钟！
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
在这个活动中，您将制作自己的日晷，并用您的身体来跟踪太阳在天空中的运动！
背景
几千年来，人们一直使用日晷根据太阳在天空中的视位置来报时。 日晷有很多种类型，但一般来说，每种日晷都由一个晷针（一根细杆，将阴影投射到刻度盘上）和一个平板或平台组成。 太阳在天空中的视运动是地球绕其轴自转的结果。 当我们的星球自转时，太阳看起来好像在天空中移动——但实际上是我们自己在移动！
随着太阳在我们天空中的位置变化，它投射的阴影将与标记每小时的线条对齐，指示一天中的时间。 日晷的准确性受到许多因素的影响，包括地球自转的角度不是完全垂直的，以及地球不是完全圆形的。 因此，必须对日晷进行校正以考虑这些变化。
对于这项活动，我们将制作一个简单的日晷（使用时钟来帮助我们！），并观察我们的影子来跟踪太阳的位置。
材料
人行道粉笔
卷尺或码尺
钢笔或铅笔
大型无阴影的混凝土空间
时钟
纸盘
塑料吸管
尺子
记号笔或蜡笔
镇纸或几块小石头
成人助手
晴朗的天气
准备工作
如果您在一天中早些时候开始这项活动，效果最佳，这样您就有几个小时的白天时间进行测试。 我们建议在上午 9 点开始，断断续续地测试到中午——或者在中午开始，断断续续地测试到下午 3 点。
步骤
首先选择一个您在此活动中始终站立的地方。 确保它在开阔的混凝土空间的中间，附近没有阴影。 用粉笔画出您的鞋子的轮廓来标记这个空间。
站在您选择的位置，让您的助手用人行道粉笔在混凝土上描绘出您的影子的轮廓。
用粉笔在您影子的顶部写下时间。
每隔 30 分钟重复这些步骤，每次都在您影子的顶部标记一天中的时间。
在等待描绘您的影子时，用铅笔或钢笔小心地在您的纸盘中心戳一个孔。
查看时间，四舍五入到最接近的小时，并用蜡笔或记号笔将这个数字写在盘子的最边缘。 例如，如果时钟显示 9:45 上午，则在盘子上写“10”。 用尺子从您写的数字到盘子中心的孔画一条直线。
等到时钟显示您之前写的小时数后再继续下一步（例如，如果您在 9:45 上午开始，您需要等待 15 分钟，直到时钟显示 10:00 上午）。
拿起您的盘子和塑料吸管到外面。 将盘子放在地上，将吸管插入您制作的孔中。 将吸管稍微倾斜向您画的线。
小心地旋转盘子，使吸管的阴影与您画的线对齐。您认为阴影会整天停留在同一个位置吗？ 为什么？
将镇纸或石头放在盘子的最边缘以将其固定到位。
每小时检查您的日晷和盘子上阴影的位置。 如果您在上午 10 点开始，请注意上午 11 点阴影的位置，并在阴影落下的盘子边缘写下“11”。 每次检查日晷时，都在阴影落下的盘子边缘写下小时数。 您认为阴影为什么会移动？ 您的日晷让您想起什么？
在追踪您自己的影子几个小时后，观察每个追踪的位置。 您的影子在白天移动了吗？ 每次追踪时，您的影子的其他什么地方发生了变化？ 您认为是什么导致了这些变化？
观察和结果
在这项活动中，您观察了一天中阴影的移动和变化。 在您自己的影子的情况下，您注意到的模式取决于您开始活动的时间。 如果您在早上开始这项活动，您应该观察到您的影子开始时很长，到中午时看起来短得多。 如果您在中午开始，您会注意到相反的情况——您的影子开始时较短，并在下午逐渐变长。 然而，无论您何时开始，您都应该注意到您影子的位置随时间发生了变化。 随着时间推移，您的影子从您绘制的第一个轮廓开始沿顺时针方向移动——只要您是在北半球完成这项活动！
对于您的日晷，您应该注意到类似的情况。 每小时吸管的阴影都处于不同的位置，每次都从起始位置沿顺时针方向移动。 几个小时后，您应该注意到日晷看起来像一个时钟的表面，数字均匀地分布在盘子周围。
您的影子形状和位置变化的原因与地球绕其轴自转有关。 当地球自转时，太阳看起来好像在天空中移动。 太阳在中午或正午时在天空中最高，此时它投射的阴影最短，因为它在我们头顶上方最直接的位置。 在早上和下午晚些时候，太阳更偏离中心，因此投射的阴影更长。
阴影的位置也会随着太阳在我们天空中的视运动而变化。 如果您用手电筒照射您的手，然后移动手电筒，您可以看到类似的情况。 当您移动光线时，您手的阴影位置将随着手电筒的移动而变化。 太阳在我们天空中的位置是由地球自转的速度决定的——它以每秒 460 米或大约每小时 1,000 英里的速度绕其轴旋转！ 当地球绕其轴旋转 15 度时，就好像太阳在我们的天空中移动了 15 度一样。 由于这种运动（并且取决于您居住的地方），太阳投射的阴影每小时大约移动 15 度，因此在 24 小时内，它会在您的日晷周围移动完整的 360 度。
更多探索 时间问题
， 来自科学伙伴
用橙子制作月球周期！，来自《大众科学》 变化的星座，来自科学伙伴
适合所有年龄段的科学活动！，来自科学伙伴