BUDOWANIE ZEGARA SŁONECZNEGO

Uczniowie budują zegar słoneczny, który służy do pomiaru czasu. Wyjaśniają na jakiej zasadzie działa zegar słoneczny i dlaczego do jego działania potrzebne są promienie słoneczne. Potrafią także określić czas przy pomocy zegara słonecznego jak również porównać dokładność i precyzję tej metody odmierzania czasu z nowoczesnymi metodami określania czasu.

Po zrealizowaniu tego zadania, uczniowie bedą potrafili:

• nazwać różne urządzenia jaki wykorzystywane są do określania czasu;

• wyjaśnić w jaki sposób działa zegar słoneczny i dlaczego do jego działania potrzebne są promienie słoneczne;

• pokazać w jaki sposób należy odczytywać czas przy pomocy zegara słonecznego.

• Na samym początku zadania zapytaj się uczniów czy wiedzą w jaki sposób określić można czas i z jakich przyrządów można korzystać w celu określania czasu.

• Poproś uczniów, aby opisali co dzieje się z umiejscowieniem i położeniem cienia na zegarze słonecznym w przeciągu dnia.

• Poproś uczniów, aby wytłumaczyli dlaczego położenie słońca ulega zmianom w ciągu dnia. Zachęć uczniów do tego, aby zaprezentowali swoje wyjaśnienia w postaci rysunków bądź też pokazując obrót ziemi wokół własnej osi jak również pozycje w których znajduje się słońce w różnych porach dnia.

• Poproś uczniów, aby odczytali czas przy pomocy zegara słonecznego w różnych porach dnia i porównali swoje odczyty z nowoczesnymi sposobami odczytywania czasu (np. zegar).

• 12 dużych kamieni

• nożyczki

• klej

• kij o długości około 150 centymetrów

• duży kątomierz

• marker

• kompas, który posłuży do wskazania północy

• 1 arkusz dla każdego z uczniów

Opcjonalnie:

• Bardzo małe kamyki

• Słoneczny zegar równikowy (PDF

Słońce

Słońce to gwiazda, kula płonącego gazu który emituje światło i ciepło. Jest to raczej zwyczajna gwiazda, nie jest ona szczególnie duża ani mała, nie jest również ani szczególnie młoda czy stara. Jest ona źródłem ciepła i umożliwia życie na ziemi jednocześnie kontrolując klimat i pogodę na naszej planecie. Znajduje się ona najbliżej ziemi i jest planetą, która została najdokładniej zbadana. Dzięki temu dowiedzieliśmy się wiele na temat procesów fizycznych, które określają strukturę oraz ewolucję gwiazd.

Obserwacje słońca

Patrzenie bezpośrednio na słońce, nawet przez krótką chwilę, nie jest dobrym pomysłem — nasze oczy są bardzo czułe na światło jakie emituje słońce. Nawet w ciemności, gdy dostępna jest nawet minimalna ilośc światła, nasze oczy potrafią się do takich warunków przyzwyczaić. Tak więc wyobraź sobie co się stanie jeżeli całe jasne światło ze słońca ukierunkowane zostanie na niewielki obszar jakim jest oko. Czujniki światła znajdujące się w oku ulegają spaleniu. Niestety tak jak ma to miejsce w przypadku oparzeń na skórze, oko ulegnie w takiej sytuacji trwałemu uszkodzeniu co może prowadzić do utraty wzroku.

Jeżeli chcesz w wizualny sposób pokazać jak niszczący charakter może mieć słońce, zapraszamy do odwiedzenia bloga na temat astronomii autorstwa Stuarta Lowe'a http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Jest on autorem filmu wideo, który pokazuje co dzieje się z winogronem, które przyłożone jest do teleskopu, który jest bezpośrednio zwrócony w kierunku słońca, bez jakichkolwiek filtrów. Bardzo szybko winogrono zmienia kolor i zaczyna się palić. Oko jest znacznie bardziej delikatne niż winogrono, tak więc film ten stanowi dość jasny przekaz dotyczący tego, że należy zachować ogromną ostrożność patrząc na słońce. Tak więc, niezależnie od sytuacji, nie patrz bezpośrednio na słońce.

Zegar słoneczny

W czasie dnia zauważamy, że mija czas dzięki obecności słońca na niebie. W związku z tym, że ziemia kończy obrót wokół swojej osi w przeciągu jednego dnia, słońce wschodzi na wschodzie na początku dnia, wznosi się wysoko w południe a następnie znika za horyzontem wieczorem na zachodzie. Babilończycy zaobserwowali ten ruch słońca i stworzyli zegar słoneczny, który był pierwszą wersją zegara ściennego czy tez zegarka. Przy pomocy światła słonecznego i zegara słonecznego Babilończycy podzielili dzień na godziny.

Czas jaki wskazuje zegar słoneczny wskazywany jest przez cień jaki rzuca wskazówka zegara słonecznego, który znajduje się na skali czasu. Z uwagi na względne położenie do słońca, zegary słoneczne wykorzystywane na półkuli północnej muszą zostać odwrócone tak aby można było z nich korzystać na półkuli południowej.

Istnieją różne rodzaje zegarów słonecznych. Cień może być rzucany na ziemię tworząc w ten sposób horyzontalny zegar słoneczny czy też na ścianę w ten sposób tworząc pionowy zegar słoneczny. Linia pokazująca godziny jest różna w zależności od szerokości geograficznej miejsca gdzie znajduje się zegar słoneczny. Jeżeli będziemy korzystać z zegara słonecznego latem na biegunie północnym to wówczas godzinowe odstępy wynosiłyby 15 stopni. Jeden dzień to 24 godziny a jeden obrót jest podzielony na 360 stopni. Tak więc jedna godzina na zegarze słonecznym przedstawiana jest w postaci przesunięcia o 15 stopni.

Równikowy zegar słoneczny posiada skalę czasu równoległą do równika ziemi. Wskazówka zegara powinna być umiejscowiona w sposób prostopadły do skali czasu tak, aby znajdowała się pod kątem równym szerokości geograficznej i wskazywała północ. Linie godzin rozdzielone są co 15 stopni

Zdjęcie: Przykład równikowego zegara słonecznego

Przygotowania

Do zrealizowania zadania „Duży zegar słoneczny” potrzebować będziesz duże boisko, które poprzez większą część dnia oświetlone jest światłem słonecznym.

Która jest godzina?

Zapytaj się uczniów czy mają przy sobie zegarek. Dlaczego dobrze jest mieć zegarek? Wyjaśnij im, że 600 lat temu nikt nie miał zegarka. Zapytaj się w jaki sposób ludzie byli w stani powiedzieć, która jest godzina. Zanim wynaleziony został mechaniczny zegar słoneczny znacznie trudniej było określić godzinę. Ludzie odkryli, że w tym celu mogą korzystać ze słońca. Zrobili to przy pomocy zegara słonecznego

Dawno temu ludzie korzystali z innych urządzeń do określania czasu takich jak klepsydry.

Zapytaj się uczniów czy kiedykolwiek widzieli zegar słoneczny? Czy wiedzą jak on działa? Wyjaśnij, że zegar słoneczny posiada wskazówkę, która rzuca cień. Jej oficjalna nazwa to gnomon. Ważne jest to, aby na półkuli północnej wskazówka zawsze wskazywała północ gdyż w przeciwnym razie nie będzie możliwe odczytanie godziny. Wyjaśnij, że ziemia obraca się wokół własnej osi. Oznacza to, że miejsce słońca względem ziemi zawsze ulega zmianie. Jeżeli jest to konieczne możesz zaprezentować to zjawisko korzystając w tym celu z latarki i pomarańczy lub globusa. Wyjaśnij, że cień danego obiektu również ulega zmianie wraz z ruchem ziemi. Zegar słoneczny wykorzystuje to zjawisko. Patrząc na miejsce w którym pojawia się cień wskazówki zegara słonecznego możliwe jest określenie czasu.

Uczniowie przygotowują dwa zegary słoneczne.

Dobrze wiedzieć: Kiedy słońce znajduje się na południu a cień wskazuje północ, wówczas mamy południe. Oznacza to, że mamy dokładnie godzinę 12.00 czasu słonecznego. Czas słoneczny nie zawsze jest równoważny z czasem jaki pokazywany jest na zegarkach. Jest tak dlatego gdyż czas z jakiego korzystamy obecnie nie ma pełnego związku z aktualnym położeniem słońca na niebie.

Budowanie zegara słonecznego

Rozdaj uczniom nożyczki, klej i arkusz.

Uczniowie wykonują Zadanie 1.

Ważne: aby móc obliczyć kąt wskazówki zegara słonecznego musisz znać szerokość geograficzną miejsca w którym się znajdujesz. Możesz znaleźć informacje na ten temat w internecie lub w atlasie. Na przykład szerokość geograficzna Londynu wynosi 512 stopni N, tak więc kąt zegara słonecznego w Londynie powinien wynosić 51 stopni. Dokładne instrukcje znajdują się w arkuszu. Kiedy zegar słoneczny zostanie już przygotowany uczniowie powinni umieścić go w takim miejscu gdzie strzałka wskazywać będzie południe.

Uczniowie odczytują czas jaki pokazywany jest przez zegar słoneczny. Czy widzą jaka godzinę pokazuje? Uczniowie wykonują zadanie n1 z arkusza. Porozmawiaj z nimi na temat zadań. Wnioski z dyskusji są takie, że obecnie zawsze dokładnie wiemy, która jest godzina gdyż wokół nas jest mnóstwo zegarów. Dawno temu gdy nie było tyle zegarów znacznie trudniej było określić czas. I oczywiście w nocy nie można było korzystać z zegara słonecznego!

Dobrze wiedzieć: ten zegar słoneczny oparty jest na czasie Greenwich tj. GMT+1. W zależności od czasu lokalnego w miejscu w jakim się znajdujesz wymagać to będzie dostosowania: na przykład w Wielkiej Brytanii byłby to czas zgodny z brytyjskim czasem letnim ale zimą każda godzina musiałaby być o godzinę wcześniej. Tak więc godzina 12 byłaby 11, 1 godziną 12, itd. Jeżeli przygotujesz zegar pokazujący czas środkowoeuropejski (GMT+2) to wówczas konieczna będzie zmiana godzin. I tak każda godzina będzie musiała być o godzinę później. A więc 1 godzina będzie godziną 2, itd.

Przygotuj duży zegar słoneczny

Zbuduj z uczniami duży zegar słoneczny. Wyjdź z uczniami na zewnątrz w miejsce gdzie słońce świeci przez większą część dnia. Zaznacz północ, a jeżeli jest to konieczne skorzystaj w tym celu z kompasu.

Umieść duży kątomierz w pozycji pionowej w trawie na jego dłuższej części. Skorzystaj z niego, aby poprawnie określić kąt względem ziemi, tak jak zostało to opisane powyżej. Wbij kij mocno w ziemię pod wybranym kątem w kierunku północnym. Zobacz na zdjęciu jak to powinno zostać wykonane.

Co godzinę uczniowie umieszczają duży kamień na ziemi w miejscu gdzie pada cień rzucany przez kij. Jeden z uczniów przy pomocy markera zapisuje numer godziny na kamieniu. W celu zaznaczenia mniejszych części godziny możesz skorzystać z mniejszych kamieni

Zdjęcie: Poziomy zegar słoneczny

Jeżeli nie chcesz wychodzić z uczniami na zewnątrz co godzinę, możesz po prostu umieścić dwa kamienie, jeden rano (na przykład o godzinie 9) a drugi po południu (na przykład o godzinie 14.00). OCzywiście taki zegar słoneczny będzie mniej dokładny.

Aby dokończyć budowę zegara należy dokonać podziału reszty dnia korzystając w tym celu z kamieni. Na przykładzie poniżej minęło pięć godzin tak więc czas między nimi powinien zostać podzielony na pięć. Zachęć uczniów do tego, aby zapisali godziny na kamieniach i umieść je w odpowiednim miejscu. Następnego dnia wyjdź z uczniami na zewnątrz, aby zobaczyć czy mogą odczytać wskazania zegara. Porównują oni następnie czas wskazany przez zegar słoneczny z tym jaki mają na zegarkach.

Jak dokładny jest przygotowany zegar słoneczny? Porozmawiaj na temat tego, że dawno temu znacznie trudniej było określić czas i określanie czasu było mniej dokładne niż ma to miejsce obecnie.

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.