關鍵概念
物理學
地球自轉
時間
日晷
引言
你有沒有看過以早期為背景的電影，當一個角色問現在幾點時，其他沒有手錶或手機的角色都看向天空？ 他們不是在看上方巨大的數字時鐘，他們是在利用太陽在天空中的位置來報時，就像人們世世代代所做的那樣。
日晷是最古老的計時儀器，它使我們能夠更準確地跟蹤太陽的位置。 直到 19 世紀早期，日晷還是人們用來報時的主要工具。 如果放置正確，日晷可以準確地報時到分鐘！
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在這個活動中，您將製作自己的日晷，並用您的身體來跟蹤太陽在天空中的運動！
背景
幾千年來，人們一直使用日晷根據太陽在天空中的視位置來報時。 日晷有很多種型別，但一般來說，每種日晷都由一個晷針（一根細杆，將陰影投射到刻度盤上）和一個平板或平臺組成。 太陽在天空中的視運動是地球繞其軸自轉的結果。 當我們的星球自轉時，太陽看起來好像在天空中移動——但實際上是我們自己在移動！
隨著太陽在我們天空中的位置變化，它投射的陰影將與標記每小時的線條對齊，指示一天中的時間。 日晷的準確性受到許多因素的影響，包括地球自轉的角度不是完全垂直的，以及地球不是完全圓形的。 因此，必須對日晷進行校正以考慮這些變化。
對於這項活動，我們將製作一個簡單的日晷（使用時鐘來幫助我們！），並觀察我們的影子來跟蹤太陽的位置。
材料
人行道粉筆
捲尺或碼尺
鋼筆或鉛筆
大型無陰影的混凝土空間
時鐘
紙盤
塑膠吸管
尺子
記號筆或蠟筆
鎮紙或幾塊小石頭
成人助手
晴朗的天氣
準備工作
如果您在一天中早些時候開始這項活動，效果最佳，這樣您就有幾個小時的白天時間進行測試。 我們建議在上午 9 點開始，斷斷續續地測試到中午——或者在中午開始，斷斷續續地測試到下午 3 點。
步驟
首先選擇一個您在此活動中始終站立的地方。 確保它在開闊的混凝土空間的中間，附近沒有陰影。 用粉筆畫出您的鞋子的輪廓來標記這個空間。
站在您選擇的位置，讓您的助手用人行道粉筆在混凝土上描繪出您的影子的輪廓。
用粉筆在您影子的頂部寫下時間。
每隔 30 分鐘重複這些步驟，每次都在您影子的頂部標記一天中的時間。
在等待描繪您的影子時，用鉛筆或鋼筆小心地在您的紙盤中心戳一個孔。
檢視時間，四捨五入到最接近的小時，並用蠟筆或記號筆將這個數字寫在盤子的最邊緣。 例如，如果時鐘顯示 9:45 上午，則在盤子上寫“10”。 用尺子從您寫的數字到盤子中心的孔畫一條直線。
等到時鐘顯示您之前寫的小時數後再繼續下一步（例如，如果您在 9:45 上午開始，您需要等待 15 分鐘，直到時鐘顯示 10:00 上午）。
拿起您的盤子和塑膠吸管到外面。 將盤子放在地上，將吸管插入您製作的孔中。 將吸管稍微傾斜向您畫的線。
小心地旋轉盤子，使吸管的陰影與您畫的線對齊。您認為陰影會整天停留在同一個位置嗎？ 為什麼？
將鎮紙或石頭放在盤子的最邊緣以將其固定到位。
每小時檢查您的日晷和盤子上陰影的位置。 如果您在上午 10 點開始，請注意上午 11 點陰影的位置，並在陰影落下的盤子邊緣寫下“11”。 每次檢查日晷時，都在陰影落下的盤子邊緣寫下小時數。 您認為陰影為什麼會移動？ 您的日晷讓您想起什麼？
在追蹤您自己的影子幾個小時後，觀察每個追蹤的位置。 您的影子在白天移動了嗎？ 每次追蹤時，您的影子的其他什麼地方發生了變化？ 您認為是什麼導致了這些變化？
觀察和結果
在這項活動中，您觀察了一天中陰影的移動和變化。 在您自己的影子的情況下，您注意到的模式取決於您開始活動的時間。 如果您在早上開始這項活動，您應該觀察到您的影子開始時很長，到中午時看起來短得多。 如果您在中午開始，您會注意到相反的情況——您的影子開始時較短，並在下午逐漸變長。 然而，無論您何時開始，您都應該注意到您影子的位置隨時間發生了變化。 隨著時間推移，您的影子從您繪製的第一個輪廓開始沿順時針方向移動——只要您是在北半球完成這項活動！
對於您的日晷，您應該注意到類似的情況。 每小時吸管的陰影都處於不同的位置，每次都從起始位置沿順時針方向移動。 幾個小時後，您應該注意到日晷看起來像一個時鐘的表面，數字均勻地分佈在盤子周圍。
您的影子形狀和位置變化的原因與地球繞其軸自轉有關。 當地球自轉時，太陽看起來好像在天空中移動。 太陽在中午或正午時在天空中最高，此時它投射的陰影最短，因為它在我們頭頂上方最直接的位置。 在早上和下午晚些時候，太陽更偏離中心，因此投射的陰影更長。
陰影的位置也會隨著太陽在我們天空中的視運動而變化。 如果您用手電筒照射您的手，然後移動手電筒，您可以看到類似的情況。 當您移動光線時，您手的陰影位置將隨著手電筒的移動而變化。 太陽在我們天空中的位置是由地球自轉的速度決定的——它以每秒 460 米或大約每小時 1,000 英里的速度繞其軸旋轉！ 當地球繞其軸旋轉 15 度時，就好像太陽在我們的天空中移動了 15 度一樣。 由於這種運動（並且取決於您居住的地方），太陽投射的陰影每小時大約移動 15 度，因此在 24 小時內，它會在您的日晷周圍移動完整的 360 度。
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