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【京都市青少年科学センター】

日影曲線

今までに影の向きや長さをじっくり観察したことはありますか。
季節や太陽の出ている時刻によって,できる影の向きや長さが異なります。
今回は,太陽の動き(日周運動)により棒の影の先端がえがく軌跡(日影曲線)について紹介します。

天気のいい日に地面に対して垂直な棒を立ててみましょう。その棒は太陽の光をさえぎり,太陽の反対側に影をつくります。(図1)







太陽は時間がたつと位置も高さも変わります。そのため,棒がつくる影も太陽に合わせて向きも長さも変わります。棒の影の先端部分を時間ごとに記録し,記録した点をつなぐと影は曲線をえがきます。この曲線を日影曲線といいます。

実際に,科学センターの屋上で春分の日および夏至の日の晴天の日に垂直の棒を立てて影の軌跡を追って,時間ごとの棒の影の先端の位置にコーンを置きました。(図2・図3)


図2 春分の日の日影曲線(9:00~16:00)

図3 夏至の日の日影曲線(9:00~18:00)

図2を見るとおもしろいことに,春分の日の日影曲線は直線になっています。
一方,図3の夏至の日の日影曲線は曲線になっていることがわかります。
この日影曲線は,京都では夏至と冬至と春分・秋分の日で図4-①のようなイメージであらわされます。
一方,赤道上にあるシンガポールや南半球のシドニーでは図4-②,③のように南北でのずれがあるものの,同じ日影曲線になります。
ということは,春分・秋分の日に日影曲線が直線になるのは日本以外の国でも同じなのです。不思議ですね。

図4 日影曲線のイメージ図 (赤:冬至 緑:春分・秋分の日 青:夏至)


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