WIR BAUEN EINE SONNENUHR

Die SchülerInnen bauen eine Sonnenuhr, um die Zeit zu messen. Sie erklären, wie eine Sonnenuhr mit Sonnenlicht funktioniert. Sie lesen die Zeit von der Sonnenuhr ab und vergleichen die Richtigkeit und Genauigkeit dieser Methode mit modernen Instrumenten der Zeitmessung.

Nach Durchführung dieser Aktivität sind die SchülerInnen in der Lage:

• verschiedene Instrumente zur Messung der Zeit zu benennen,

• zu erklären, wie eine Sonnenuhr mit Sonnenlicht funktioniert,

• zu zeigen, wie sich die Zeit mit einer Sonnenuhr messen lässt.

• Fragen Sie die SchülerInnen zu Beginn der Aktivität, ob sie wissen, wie man die Zeit misst und welche Instrumente ihnen dafür bekannt sind.

• Fordern Sie die SchülerInnen auf, zu beschreiben, was im Laufe des Tages mit der Position und Größe des Schattens auf der Sonnenuhr geschieht.

• Fordern Sie die SchülerInnen auf, zu erklären, weshalb sich die Position der Sonne im Laufe des Tages ändert. Ermutigen Sie die SchülerInnen, ihre Erklärung mit einer Zeichnung oder Demonstration der Erdrotation auf ihrer Achse und der Position der Sonne zu verschiedenen Tageszeiten zu illustrieren.

• Fordern Sie die SchülerInnen auf, zu unterschiedlichen Tageszeiten die Zeit auf der Sonnenuhr abzulesen und das Ergebnis mit modernen Zeitmessern (z. B. Armband- oder Wanduhr) zu vergleichen.

• 12 große Steine

• Scheren

• Klebe

• ein etwa 150 Zentimeter langer Stab

• ein großes Geodreieck

• ein Textmarker

• ein Kompass, um herauszufinden, wo Norden ist

• 1 Arbeitsblatt pro SchülerIn

Optional:

• besonders kleine Steine

• Äquatorialsonnenuhr (PDF)

Sonne

Die Sonne ist ein Stern, eine Kugel aus brennendem Gas, die Licht und Wärme abgibt. Sie ist ein eher gewöhnlicher Stern, nicht besonders groß oder klein, nicht besonders jung oder alt. Sie ist die Wärmequelle, die das Leben auf der Erde ermöglicht und unser Klima und Wetter steuert. Die Sonne ist der Stern mit der größten Nähe zur Erde und derjenige, über den wir am meisten wissen. Von ihr haben wir viel über die physikalischen Prozesse gelernt, welche die Struktur und die Entwicklung von Sternen im Allgemeinen bestimmen.

Beobachtung der Sonne

Direkt in die Sonne zu schauen, sei es auch nur für einen kurzen Augenblick, ist eine schlechte Idee – unsere Augen sind gegenüber ihrem Licht sehr empfindlich. Selbst im Dunkeln, zumindest wenn noch eine winzige Menge Licht vorhanden ist, erkennt dein Auge noch Dinge. Du kannst dir also vorstellen, was passiert, wenn sich all das helle Licht der Sonne auf so einen kleinen Bereich wie das Auge konzentriert. Die Lichtrezeptoren im hinteren Teil des Auges verbrennen. Im Gegensatz zur Haut, die einen Sonnenbrand schon mal wegstecken kann, erholt sich das Auge leider eher nicht von einer solchen Verbrennung. Im schlimmsten Fall verlierst du dein Augenlicht.

Eine sehr anschauliche Demonstration der Tatsache, wie schädlich die Sonne sein kann, gibt es auf Stuart Lowes Astronomieblog http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Er hat ein Video davon gedreht, was passiert, wenn man eine Traube vor das Okular eines Teleskops hält, das ohne Filter direkt auf die Sonne gerichtet ist. Die Traube wird sehr schnell schwarz und verbrennt. Das Auge ist sehr viel empfindlicher als eine Traube. Der Versuch ruft also eindrücklich dazu auf, vorsichtig zu sein, wenn man in die Sonne schaut. Also, was immer ihr tut, bitte schaut niemals direkt in die Sonne.

Sonnenuhr

Tagsüber merken wir am Stand der Sonne am Himmel, dass die Zeit vergeht. Da sich die Erde an einem Tag einmal um die Sonne dreht, hat man den Eindruck, dass die Sonne morgens im Osten aufgeht, mittags genau über uns steht und abends im Westen am Horizont verschwindet. Die Babylonier beobachteten diese Bewegung der Sonne und konstruierten die Sonnenuhr, die erste Version unserer modernen Wand- und Armbanduhren. Mithilfe des Sonnenlichts und der Sonnenuhr teilten die Babylonier den Tag in Stunden ein.

Die Zeit wird auf der Sonnenuhr durch den Schatten, den ein Stab wirft und der auf eine Zifferblatt genannte Fläche fällt, angezeigt. Aufgrund der unterschiedlichen Position zur Sonne muss eine Sonnenuhr von der Nordhalbkugel umgedreht werden, um sie auf der Südhalbkugel zu verwenden.

Es gibt verschiedene Arten von Sonnenuhren. Der Schatten kann auf den Boden (horizontale Sonnenuhr) oder an eine Wand (vertikale Sonnenuhr) geworfen werden. Die Linien, mit denen die Stunden angezeigt werden, unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Breitengrad. Wenn du deine Sonnenuhr im Sommer am Nordpol verwenden möchtest, müssen die Stundenmarkierungen in Abständen von 15 Grad voneinander angebracht sein. Ein Tag hat 24 Stunden, ein Kreis 360 Grad. Deshalb wird eine Stunde auf einer Sonnenuhr als 15-Grad-Drehung dargestellt.

Bei einer Äquatorialsonnenuhr ist das Ziffernblatt parallel zur Äquatorebene ausgerichtet. Der Schattenzeiger (Gnomon) sollte senkrecht zum Ziffernblatt stehen, so dass er um die geografische Breite zum Horizont geneigt ist und damit nach Geographisch-Nord zeigt. Der Winkel zwischen den Stundenmarken beträgt 15 Grad.

Bild: Beispiel für eine Äquatorialsonnenuhr

Vorbereitung

Für die Aktivität ‚Die große Sonnenuhr‘ benötigen Sie ein Spielfeld, das die meiste Zeit des Tages in der Sonne liegt.

Wie spät ist es?

Fragen Sie die SchülerInnen, ob jemand von ihnen eine Uhr trägt. Warum ist es praktisch, eine Uhr zu haben? Erklären Sie, dass vor 600 Jahren noch niemand eine Uhr hatte. Fragen Sie, wie die Menschen damals wussten, wie spät es ist. Bevor die mechanische Uhr erfunden wurde, war es sehr viel schwieriger, die Tageszeit zu ermitteln. Die Menschen fanden heraus, dass sie dafür die Sonne nutzen können. Das taten sie mit einer Sonnenuhr.

Vor langer Zeit verwendeten die Menschen auch noch andere Instrumente, um die Zeit abzulesen, zum Beispiel Stundengläser.

Fragen Sie, ob die SchülerInnen schonmal eine Sonnenuhr gesehen haben. Wissen sie, wie sie funktioniert? Erklären Sie, dass die Sonnenuhr über einen Stab oder Zeiger verfügt, der einen Schatten wirft. Er wird Gnomon genannt. Es ist wichtig, dass der Gnomon auf der Nordhalbkugel stets nach Norden zeigt. Ansonsten lässt sich die Sonnenuhr nicht lesen. Erklären Sie, dass sich die Erde auf ihrer Umlaufbahn dreht. Das bedeutet, dass sich die Position der Sonne zur Erde ständig verändert. Demonstrieren Sie das bei Bedarf mit einer Taschenlampe und einer Orange oder einem Globus. Erläutern Sie, dass sich bei der Drehung der Erde auch der Schatten eines Objektes verändert. Die Sonnenuhr macht sich diese Tatsache zunutze. Die Position des Gnomonschattens auf der Sonnenuhr zeigt an, wie spät es ist.

Die SchülerInnen bauen zwei Sonnenuhren.

Gut zu wissen: Wenn die Sonne genau im Süden steht und der Schatten nach Norden zeigt, ist Mittag. Das bedeutet, dass es in Sonnenzeit genau 12 Uhr ist. Die Sonnenzeit entspricht nicht immer genau der Zeit auf unseren Uhren. Das hat damit zu tun, dass die Zeit, die wir heute nutzen, nicht auf der tatsächlichen Position der Sonne am Himmel basiert.

Bau der Sonnenuhr

Verteilen Sie Scheren, Klebe und das Aufgabenblatt.

Die SchülerInnen lösen Aufgabe 1 auf dem Arbeitsblatt.

Wichtig: Um den Winkel für den Gnomon zu berechnen, muss man den Breitengrad der eigenen Stadt kennen. Dieser lässt sich in einem Atlas oder im Internet nachschauen. London beispielsweise liegt auf dem Breitengrad 51 N, der Winkel für eine Sonnenuhr in London betrüge also 51 Grad. Auf dem Arbeitsblatt finden sich die Anweisungen. Wenn die Sonnenuhr fertig ist, sollten die SchülerInnen sie so aufstellen, dass der Pfeil nach Süden zeigt.

Die SchülerInnen lesen die Zeit von der Sonnenuhr ab. Können sie sehen, wie spät es ist? Die SchülerInnen lösen Aufgabe 1 auf dem Arbeitsblatt. Besprechen Sie die Aufgaben. Ziehen Sie den Schluss, dass wir heute stets genau wissen, wie spät es ist, weil wir von so vielen Uhren umgeben sind. Früher, als es noch keine Wand- und Armbanduhren gab, war es sehr viel schwieriger, die Zeit zu ermitteln. Und eine Sonnenuhr ließ sich nachts natürlich nicht verwenden!

Gut zu wissen: Diese Sonnenuhr basiert auf GMT+1. Ja nach Ihrer Ortszeit erfordert das Änderungen. Im VK entspricht das z. B. der britischen Sommerzeit. Im Winter müssen Sie jeweils eine Stunde abziehen. 12 wäre dann also 11, 1 wäre 12 usw. Wenn Sie sich in der Mitteleuropäischen Zeitzone (GMT+2) befinden, müssen Sie die Zahlen auf jeden Fall ändern. Die Stunden verschieben sich um je eine Stunde nach hinten. 12 wäre also 1, 1 wäre 2 usw.

Endlich die große Sonnenuhr

Bauen Sie mit den SchülerInnen eine große Sonnenuhr. Gehen Sie mit Ihren SchülerInnen nach draußen und suchen Sie einen Ort auf, der die meiste Zeit des Tages in der Sonne liegt. Ermitteln Sie, wenn nötig mit einem Kompass, wo Norden ist.

Stellen Sie das große Geodreieck aufrecht mit der langen Seite auf‘s Gras. Verwenden Sie es, um wie oben beschrieben den richtigen Winkel zum Boden zu bestimmen. Stecken Sie den Stab mit dem ermittelten Winkel fest in den Boden und richten Sie ihn nach Norden aus. Auf dem Bild sehen Sie, wie das geht.

Einmal pro Stunde platzieren die SchülerInnen einen großen Stein auf der Stelle am Boden, auf die der Schatten des Stabes fällt. EineR der SchülerInnen notiert mit dem Textmarker die Stunde auf dem Stein. Mit den kleineren Steinen können Sie Viertel- und halbe Stunden markieren.

Bild: Horizontale Sonnenuhr

Wenn Sie die SchülerInnen nicht jede Stunde nach draußen schicken wollen, können Sie auch nur zwei Steinmarkierungen anbringen, eine morgens (beispielsweise um 9 Uhr) und eine nachmittags (beispielsweise um 14 Uhr). Natürlich ist Ihre Sonnenuhr dann weniger genau.

Um die Sonnenuhr fertigzustellen, muss der Rest des Tages nach Schulschluss mit den Steinen eingeteilt werden. Im Beispiel unten sind fünf Stunden vergangen; daher muss die Zeit zwischen den Steinen durch fünf geteilt werden. Ermutigen Sie die SchülerInnen, die Stunden auf den Steinen zu notieren und sie an die richtige Stelle zu legen. Gehen Sie am nächsten Tag mit den SchülerInnen raus, um zu überprüfen, ob sie ablesen können, wie spät es ist. Sie vergleichen die Zeit, die sie an der Sonnenuhr ablesen, mit der auf einer Uhr.

Wie genau ist die Sonnenuhr? Diskutieren Sie, dass es früher schwieriger und weniger genau war, die Zeit zu messen als heute.

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Navigation through the ages, Instruments for Navigation

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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.