日時計が作る影

かつては時刻を知るための実用品であり、今ではアート作品としてあちこち見受ける日時計ですが、SunTrackerの応用として自由なデザインの日時計が作る影を調べましょう。 日時計を東西方向から見たのが右の図です。東西方向には傾きがないかないとします。 盤面の傾き角βと棒が盤面との間で作る角γで自由なデザインが可能だと思います。φは太陽の高さです。 棒の先端が盤面の上に投影された点(ρxy)は、βとγそれに太陽の位置(ψ,φ)が判れば計算できます。
特別な場合として棒が地面に垂直な古典的日時計を考えます。冬至から211日目にできる影は右のようになります。円の直径は棒の高さの0倍です。     
盤面をβ=35°に傾かせると棒の影は右のようになります。γの値は左から順に80, 90, 100°です。
盤面を逆方向に傾けてβ=-35°よすると棒の影は右のようになります。γの値は左から順に80, 90, 100°です。
以上のようにデザインを決めれば棒の影のパターンがすぐに求められますが、これから作ろうと考えている人には 右のようにアドバイスしたいと思います。
  1. 時刻の判断は先端の位置(長さと角度)で決めるのか、影の角度のみで決めるのか?
  2. 季節の移り変わりにどう対応するのか? βとγは固定か可変か?

2-04-2019, S. Hayashi