EEN ZONNEWIJZER MAKEN

Leerlingen bouwen een zonnewijzer om de tijd te meten. Ze verklaren hoe een zonnewijzer werkt met zonlicht. Ze lezen de tijd af met een zonnewijzer en vergelijken de nauwkeurigheid en precisie van deze methode met moderne manieren om de tijd af te lezen.

Na de activiteit kunnen de leerlingen:

• verschillende instrumenten noemen om de tijd af te lezen;

• verklaren hoe een zonnewijzer werkt met zonlicht;

• laten zien hoe de tijd af te lezen van een zonnewijzer.

• Vraag leerlingen aan het begin van de activiteit of ze kunnen klokkijken en welke instrumenten ze kennen waarmee de tijd kan worden gemeten.

• Vraag leerlingen te beschrijven wat er met de plaats en grootte van de schaduw op de zonnewijzer gebeurt in de loop van een dag.

• Vraag leerlingen te verklaren waarom de plaats van de zon gedurende de dag verandert. Moedig leerlingen aan om hun verklaring te illustreren met een tekening of door de draaiing van de aarde rond haar as en de plaats van de zon op verschillende tijden van een dag te laten zien.

• Vraag leerlingen de tijd af te lezen van de zonnewijzer op verschillende tijdstippen van de dag en vergelijk hun afleeswaarden met een modern tijdwaarnemingsinstrument (bijv. een horloge of klok).

• 12 grote stenen

• schaar

• lijm

• een (ca.) 150 centimeter lange stok

• een grote geodriehoek

• een markeerstift

• kompas om het noorden te vinden

• 1 werkblad per leerling

Optioneel:

• extra kleine stenen

• equatoriale zonnewijzer (PDF)

Zon

De zon is een ster, een gloeiende gasbol die licht en warmte uitstraalt. Het is een vrij gewone ster, niet heel groot of klein, niet heel jong of oud. Het is de bron van warmte die het leven op aarde mogelijk maakt, en bepaalt ons klimaat en weer. Het is de dichtstbijzijnde ster vanaf de aarde en de best onderzochte. We hebben er veel van geleerd over de fysische processen die de structuur en evolutie van sterren in het algemeen bepalen.

De zon waarnemen

Het is een slecht idee om direct naar de zon kijken, zelfs al is het maar kort – onze ogen zijn heel gevoelig voor het licht. Zelfs in het donker, althans als er maar een minieme hoeveelheid licht is, kunnen onze ogen nog altijd zien. Dus stel je eens voor wat er gebeurt als je al dat felle zonlicht op een heel klein oppervlak als het oog focust. De lichtdetectors achter in het oog verbranden dan. Anders dan zonnebrand op je huid zullen je ogen dan helaas niet herstellen en kun je blind worden.

Als je een heel visuele demonstratie wilt van hoe schadelijk de zon kan zijn, kijk dan op het sterrenkunde-blog van Stuart Lowe http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Hij heeft een video gemaakt van wat er gebeurt als je een druif bij het oculair houdt van een telescoop die zonder filters recht op de zon is gericht. De druif begint al snel zwart te worden en te branden. Het oog is veel kwetsbaarder dan een druif, dus de demonstratie is een krachtige boodschap om voorzichtig te zijn als je naar de zon kijkt. Dus, alsjeblieft, wat er ook gebeurt, kijk nooit rechtstreeks naar de zon.

Zonnewijzer

Overdag zien we dat de tijd verstrijkt door de plek van de zon aan de hemel. Omdat de aarde in één dag een omwenteling om haar as voltooit, lijkt de zon aan het begin van de dag in het oosten op te komen, ‘s middags hoog te klimmen en in de avond weer onder de horizon te verdwijnen. De Babyloniërs namen deze beweging van de zon waar en bouwden een zonnewijzer, de eerste versie van een wandklok of een polshorloge. Met behulp van zonlicht en de zonnewijzer verdeelden de Babyloniërs de dag in uren.

De tijd is op een zonnewijzer af te lezen door een schaduw die de gnomon (schaduwmaker) maakt en die op een zonnewijzerplaat valt. Vanwege onze plek ten opzichte van de zon moet een op het

noordelijk halfrond gebruikte zonnewijzer omgedraaid worden om hem op het zuidelijk halfrond te gebruiken.

Er bestaan verschillende typen zonnewijzers. Bij een horizontale zonnewijzer valt de schaduw op de grond. Als de schaduw op een wand valt, heb je een verticale zonnewijzer. De lijnen die de uren aangeven, hangen af van de breedtegraad van de locatie. Als je een zonnewijzer ‘s zomers aan de noordpool gebruikt, moeten de uurmarkeringen 15 graden uit elkaar staan. Eén etmaal is 24 uur en één draaiing is gelijk aan 360 graden. Daarom wordt 1 uur op een zonnewijzer voorgesteld door 15 graden.

Een equatoriale zonnewijzer heeft een wijzerplaat evenwijdig aan de evenaar van de aarde. De gnomon moet loodrecht op de wijzerplaat staan, dus hij staat onder een hoek die gelijk is aan de breedtegraad van de waarnemer en wijst naar het ware noorden. De uurlijnen staan 15 graden uit elkaar.

Foto: voorbeeld van een equatoriale zonnewijzer

Voorbereiding:

Voor de activiteit ‘De grote zonnewijzer’ heb je een speelveld nodig dat het grootste deel van de dag in de zon ligt.

Hoe laat is het?

Vraag of iemand van de leerlingen een horloge draagt. Waarom is het handig om een horloge te hebben? Leg uit dat 600 jaar geleden niemand een horloge had. Vraag hoe de mensen toen wisten hoe laat het was. Voordat de mechanische klok werd uitgevonden, was het veel moeilijker om te weten hoe laat het was. Mensen ontdekten dat ze de zon konden gebruiken om te zien hoe laat het was. Dit deden ze met een zonnewijzer.

Lang geleden hadden mensen ook andere hulpmiddelen om de tijd te meten, zoals een zandloper.

Vraag of iemand van de leerlingen ooit een zonnewijzer heeft gezien. Weten ze hoe die werkt? Leg uit dat een zonnewijzer een stok of wijzer heeft die een schaduw maakt. Dit heet de gnomon. Het is belangrijk dat de gnomon op het noordelijk halfrond altijd naar het noorden wijst, anders kun je de zonnewijzer niet aflezen. Leg uit dat de aarde om haar as draait. Dit betekent dat de stand van de zon ten opzichte van de aarde altijd verandert. Demonstreer dit zo nodig met een zaklamp en een sinaasappel of globe. Leg uit dat de schaduw van een object ook verandert naarmate de aarde draait. De zonnewijzer maakt van dit feit gebruik. Door te kijken naar de stand van de schaduw van de gnomon op de zonnewijzer, kun je zien hoe laat het is.

De leerlingen maken twee zonnewijzers.

Goed om te weten: als de zon pal in het zuiden staat en de schaduw naar het noorden wijst, is het precies 12 uur ‘s middags in zonnetijd. Zonnetijd is niet altijd exact dezelfde tijd als die je horloge aangeeft. Dat komt doordat de tijd die we tegenwoordig gebruiken niet gebaseerd is op de feitelijke stand van de zon.

Een zonnewijzer maken

Deel scharen, lijm en het activiteitenblad uit.

De leerlingen maken opdracht 1 op het werkblad.

Belangrijk: Om de hoek voor de gnomon uit te rekenen, moet je de breedtegraad van je plaats weten. Die kun je opzoeken in een atlas of op het internet. Zo is de breedtegraad van bijvoorbeeld Londen 51 graden noord, dus dan moet de hoek voor de zonnewijzer in Londen 51 graden zijn. De instructies staan op het werkblad. Als de zonnewijzer klaar is, moeten de leerlingen hem ergens neerzetten met de pijl naar het zuiden gericht.

De leerlingen lezen de door de zonnewijzer aangegeven tijd af. Kunnen ze zien hoe laat het is? De leerlingen maken opdracht 1 op het werkblad. Bespreek de opdrachten. Kom tot de conclusie dat we tegenwoordig altijd exact weten hoe laat het is omdat er zo veel klokken om ons heen zijn. Lang geleden, toen er geen horloges en klokken waren, was het veel moeilijker om te weten hoe laat het was. En uiteraard kon men een zonnewijzer niet ‘s nachts gebruiken!

Goed om te weten: deze zonnewijzer is gebaseerd op GMT+1. Dit moet afhankelijk van je lokale tijd misschien aangepast worden. Zo komt deze tijd in het Verenigd Koninkrijk overeen met de Britse zomertijd, maar voor de winter moet elk uurgetal één uur vroeger zijn. Dus 12 zou 11 moeten zijn, 1 zou 12 moeten zijn enz. Als je hem in Centraal-Europese zomertijd (GMT+2) maakt, moet je de getallen veranderen. Elk uurgetal moet één uur later zijn. Dus 12 wordt 1, 1 wordt 2 enz.

De grote zonnewijzer eindelijk

Maak een grote zonnewijzer met de leerlingen. Neem de leerlingen mee naar buiten op een plek waar de zon het grootste deel van de dag schijnt. Markeer de noordrichting, zo nodig met behulp van een kompas.

Zet de grote geodriehoek rechtop op zijn lange zijde in het gras. Meet ermee de juiste hoek met de grond, zoals hierboven beschreven. Steek de stok stevig onder de gekozen hoek in de grond, gericht naar het noorden. Zie de foto voor hoe dit gedaan moet worden.

Elk uur leggen de leerlingen een grote steen op de grond waar de schaduw van de stok staat. Een van de leerlingen schrijft met de markeerstift het getal van het uur op de steen. Met kleinere stenen kun je de kwartieren en halve uren markeren.

Foto: horizontale zonnewijzer

Als je de leerlingen niet elk uur mee naar buiten wilt nemen, kun je gewoon twee markeerstenen neerleggen, één ‘s ochtends (bijvoorbeeld om 9:00 uur) en één ‘s middags (bijvoorbeeld om 14:00 uur). Uiteraard zal je zonnewijzer dan minder nauwkeurig zijn.

Om de zonnewijzer af te maken, moet de rest van de dag na schooltijd worden onderverdeeld met behulp van de stenen. In het hieronder getoonde voorbeeld zijn er vijf uren verstreken en dus moet de tussenliggende tijd in vijven worden verdeeld. Moedig de leerlingen aan om de getallen van de uren op de stenen te schrijven en ze op de juiste plek te leggen. Neem de volgende dag de leerlingen mee naar buiten om te zien of ze kunnen zien hoe laat het is. Vergelijk de tijd die zij van de zonnewijzer aflezen met de tijd op een horloge.

Hoe nauwkeurig is hun zonnewijzer? Bespreek dat men lang geleden veel moeilijker en minder precies wist hoe laat het was dan tegenwoordig.

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.