SESTROJENÍ SLUNEČNÍCH HODIN

Studenti si sestrojí sluneční hodiny k měření času. Vysvětlují, jak sluneční hodiny pracují se slunečním světlem. Podle slunečních hodin určují čas a porovnávají přesnost a preciznost této metody s moderními způsoby určování času.

Po absolvování této aktivity studenti budou schopni:

• uvést různé nástroje a přístroje, které se používaly k určování času,

• vysvětlit, jak sluneční hodiny pracují se slunečním světlem,

• předvést, jak určit čas podle slunečních hodin.

• Na začátku této aktivity se zeptejte studentů, jestli vědí, jak určovat čas, a jaké znají nástroje a přístroje k měření času.

• Vyzvěte studenty, aby popsali, co se u slunečních hodin v průběhu dne děje s polohou a délkou stínu.

• Vyzvěte studenty, aby vysvětlili, proč se poloha Slunce během dne mění. Vybídněte studenty, aby své vysvětlení ilustrovali nákresem nebo předvedením otáčení Země kolem své osy a polohy Slunce v různou denní dobu.

• Vyzvěte studenty, aby podle slunečních hodin určili čas v různou denní dobu a porovnejte hodnoty, které zjistí, s moderním způsobem určování času (např. hodinky nebo hodiny).

• 12 velkých kamenů

• nůžky

• lepidlo

• tyčka dlouhá (přibližně) 150 centimetrů

• velký úhloměr

• fix

• kompas k určování severu

• 1 pracovní list na jednoho studenta

Volitelná možnost:

• velice malé kameny

• rovníkové sluneční hodiny (PDF)

Slunce

Slunce je hvězda, koule žhavého plazmatu, která vyzařuje světlo a vydává teplo. Je to poměrně obyčejná hvězda, ani zvláště velká ani zvláště malá, ani zvláště mladá ani zvláště stará. Je zdrojem tepla, které umožňuje život na Zemi a určuje naše klima a počasí. Je to hvězda nejbližší k Zemi a zároveň nejdůkladněji prozkoumaná hvězda. Dozvěděli jsme se z ní hodně o fyzikálních procesech, které určují strukturu a vývoj hvězd obecně.

Pozorování Slunce

Dívat se přímo do Slunce, byť i jen na krátký okamžik, není dobrý nápad – naše oči jsou velice citlivé na sluneční světlo. Náš zrak dokáže rozeznávat obrysy věcí i ve tmě, a to i v situaci, kdy je velmi málo světla. Představte si tedy, co se stane, když všechna ta koncentrovaná intenzivní záře slunečního světla dopadá na malou plošku naší sítnice. Dojde ke spálení světločivných buněk v zadní oční komoře. Na rozdíl od spálené kůže se váš zrak pravděpodobně už nezotaví a můžete o něj přijít.

Pokud chcete vidět hodně názorně, jak ničivý účinek Slunce může mít, podívejte se na astronomický blog Stuarta Lowea na adrese: http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Natočil video zachycující, co se stane, když před okulár teleskopu namířeného přímo na Slunce bez jakéhokoli filtru dáme hrozen. Hrozen začne velice rychle černat a vznítí se. Oko je mnohem citlivější než hrozen. Tato demonstrace je tedy velice působivou výstrahou, abychom při pozorování Slunce byli nanejvýš opatrní. V žádném případě se tedy nedívejte přímo do Slunce.

Sluneční hodiny

Ve dne si plynutí času uvědomujeme díky poloze Slunce na obloze. Jelikož Země dokončí otáčivý pohyb kolem své osy během jednoho dne, na začátku dne Slunce vychází na východě, v poledne vystoupí vysoko nad obzor a večer zapadá za obzorem na západě. Babyloňané tento pohyb Slunce pozorovali a sestrojili sluneční hodiny, které byly tehdejší obdobou nástěnných hodin nebo náramkových hodinek. Rozdělili den do hodin podle slunečního světla a aktuální pozice stínu ve slunečních hodinách.

Ve slunečních hodinách čas ukazuje stín, který vrhá gnómon a který dopadá na plochu, jež se nazývá číselník slunečních hodin. Vzhledem k relativní poloze vůči Slunci musí být sluneční hodiny používané na severní polokouli na polokouli jižní obráceny.

Existují různé druhy slunečních hodin. U horizontálních slunečních hodin gnómon vrhá stín na plochu na zemi, u vertikálních slunečních hodin na stěnu. Čáry znázorňující hodiny se liší podle zeměpisné šířky. Použijete-li sluneční hodiny v létě na severním pólu, čáry znázorňující hodiny budou v odstupu 15 stupňů. Jeden den má 24 hodin a jedna otáčka Země kolem osy jej dělí do 360 stupňů. 1 hodinu na slunečních hodinách tak představuje 15 stupňů otáčky.

Rovníkové sluneční hodiny mají rovinu číselníku rovnoběžnou s rovinou rovníku Země. Gnómon by měl být vůči číselníku kolmý. Je proto nakloněný v úhlu odpovídajícímu zeměpisné šířce pozorovatele a ukazuje směrem na skutečný sever. Čáry znázorňující hodiny jsou v odstupu po 15 stupních.

Snímek: Ukázka rovníkových slunečních hodin

Příprava:

Pro aktivitu „Velké sluneční hodiny“ budete potřebovat hřiště, na kterém většinu dne svítí slunce.

Kolik je hodin?

Zeptejte se, jestli má někdo ze studentů hodinky. Proč je užitečné mít hodinky? Vysvětlete, že před 600 lety hodinky nikdo neměl. Zeptejte se, jak tenkrát lidé zjišťovali, kolik je hodin. Před tím, než byly vynalezeny mechanické hodiny, bylo mnohem těžší zjistit čas. Lidé zjistili, že k určování času lze využít Slunce. Sestrojili si proto sluneční hodiny.

V době dávno minulé lidé používali k určování času také jiné pomůcky, například přesýpací hodiny.

Zeptejte se studentů, jestli některý z nich někdy viděl sluneční hodiny. Vědí, jak fungují? Vysvětlete studentům, že sluneční hodiny mají tyčku neboli ukazovatel, který vrhá stín. Ten se nazývá gnómon. Je důležité, aby na severní polokouli gnómon vždy ukazoval k severu, jinak čas na slunečních hodinách nezjistíte. Vysvětlete studentům, že Země se otáčí kolem své osy. V důsledku toho se poloha Slunce vůči Zemi neustále mění. V případě potřeby to předveďte pomocí svítilny, pomeranče nebo glóbu. Vysvětlete studentům, že s otáčením Země se mění také stín určitého objektu. Sluneční hodiny s tímto principem pracují. Podle polohy stínu, který vrhá gnómon na číselník slunečních hodin, určíte čas.

Studenti sestrojí dvoje sluneční hodiny.

Je dobré vědět, že když se Slunce kloní k jihu a stín ukazuje na sever, je poledne. To znamená, že je přesně 12 hodin slunečního času. Sluneční čas neodpovídá vždy přesně času na hodinkách. Čas, který dnes používáme, totiž není odvozován od skutečné polohy Slunce na obloze.

Sestrojte si sluneční hodiny

Rozdejte studentům nůžky, lepidlo a pracovní list na aktivitu.

Studenti vyplní Úkol 1 v pracovním listu.

Důležité upozornění: K výpočtu úhlu pro gnómon musíte znát zeměpisnou šířku vašeho města. Lze ji vyhledat v atlasu nebo na internetu. Například zeměpisná šířka Londýna je 51 stupňů severní šířky. Sluneční hodiny v Londýně je tedy třeba sestrojit v úhlu 51 stupňů. Pokyny jsou v pracovním listu. Po sestrojení slunečních hodin je studenti někde postaví se šipkou ukazující na jih.

Studenti určují podle slunečních hodin čas. Dokážou určit, kolik je hodin? Studenti vyplní Úkol 1 v pracovním listu. Prodiskutujte se studenty, jak se jim úkoly podařilo splnit. Konstatujte, že dnes víme vždy přesně, kolik je hodin, protože jsme časomírou obklopeni všude. V dobách dávno minulých, když nebyly hodiny ani náramkové hodinky, bylo mnohem těžší čas zjišťovat. A v noci pochopitelně sluneční hodiny použít nešlo!

Je dobré vědět, že sluneční hodiny jsou založeny na greenwichském čase +1. Ten je třeba korigovat podle vašeho místního času. Ve Spojeném království by to například odpovídalo britskému letnímu času, ale u zimního času je třeba provést posun o hodinu. To znamená dvanáctou hodinu posunout na jedenáctou, jednu na dvanáctou atd. Pokud používáte středoevropský letní čas (greenwichský čas+2), budete muset čísla změnit. Každé číslo hodiny bude třeba o hodinu posunout, jednu na druhou atd.

Přinejmenším velké sluneční hodiny

Sestrojte se svými studenty velké sluneční hodiny. Vezměte studenty ven na místo, kde Slunce svítí většinu dne. Označte, kterým směrem je sever, a využijte k tomu případně kompas, je-li to zapotřebí.

Postavte do trávy do svislé polohy velký úhloměr delší stranou. Změřte úhloměrem správný úhel vůči terénu, jak je popsáno výše. Tyčku zapíchněte do země ve zvoleném úhlu tak, aby pevně držela, směrem na sever. Orientujte se podle obrázku, jak máte postupovat.

Každou hodinu studenti položí na zem velký kámen na místo, kam dopadá stín tyčky. Jeden ze studentů fixem označí na kameni příslušnou hodinu. K označení čtvrt hodiny a půl hodiny můžete použít menší kameny.

Snímek: Horizontální sluneční hodiny

Pokud nechcete chodit se studenty ven každou hodinu, použijte jako značky jen dva kameny, jeden ráno (například v 9.00 hodin) a jeden odpoledne (například ve 14.00 hodin). Pochopitelně, že vaše sluneční hodiny nebudou příliš přesné.

Sluneční hodiny dokončíte tak, že zbytek dne po skončení výuky, je třeba rozdělit pomocí kamenů. U příkladu, který uvádíme níže, uplynulo pět hodin, a čas mezi tím je tedy třeba rozdělit na pět časových úseků. Vyzvěte studenty, aby na kameny napsali označení jednotlivých hodin a položte je na správné místo. Příští den vezměte studenty ven a ověřte, zda dokážou určovat čas. Nechte je porovnat čas, který zjistí na slunečních hodinách, s časem, který ukazují hodinky.

Do jaké míry jsou jejich sluneční hodiny přesné? Vysvětlete studentům, že v dobách dávno minulých bylo těžší určovat čas než dnes a bylo to méně přesné.

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, Instruments for Navigation

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, instruments

National Curricula

KS1: Year 1 - Maths, measurement: measure and begin to record time. KS2: Year 5 - Science, Earth and Space: use the idea of the Earth’s rotation to explain day and night and the apparent movement of the Sun across the sky.