ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΖΟΝΤΑΣ ΕΝΑ ΗΛΙΑΚΟ ΡΟΛΟΙ

Οι μαθητές κατασκευάζουν ένα ηλιακό ρολόι για να μετρήσουν τον χρόνο. Εξηγούν πώς λειτουργεί το ηλιακό ρολόι με το φως του ήλιου. Υπολογίζουν την ώρα χρησιμοποιώντας ένα ηλιακό ρολόι και συγκρίνουν τη μέθοδο αυτή με τις σύγχρονες μεθόδους κατάδειξης της ώρας ως προς την ακρίβειά τους.

Μετά την διεξαγωγή της δραστηριότητας, οι μαθητές θα είναι σε θέση:

• να ονομάζουν διαφορετικά όργανα μέτρησης του χρόνου,

• να εξηγούν πώς λειτουργεί το ηλιακό ρολόι με το φως το ήλιου,

• να επιδεικνύουν πώς υπολογίζουμε την ώρα με ένα ηλιακό ρολόι.

• Στην αρχή της δραστηριότητας, ρωτήστε τους μαθητές αν ξέρουν να διαβάζουν την ώρα και ποια όργανα μέτρησης του χρόνου έχουν υπόψη τους.

• Ζητήστε από τους μαθητές να περιγράψουν τι συμβαίνει στη θέση και στο μέγεθος της σκιάς που πέφτει στο ηλιακό ρολόι στη διάρκεια της μέρας.

• Ζητήστε από τους μαθητές να εξηγήσουν γιατί η θέση του Ήλιου αλλάζει στη διάρκεια της μέρας. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να αποτυπώσουν τι συμβαίνει ζωγραφίζοντας ή αναπαριστώντας την περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της και τη θέση του Ήλιου σε διαφορετικές ώρες της ημέρας.

• Ζητήστε από τους μαθητές να πουν τι ώρα είναι διαφορετικές στιγμές της ημέρας χρησιμοποιώντας το ηλιακό ρολόι και να συγκρίνουν το αποτέλεσμα του υπολογισμού τους με έναν σύγχρονο τρόπο μέτρησης του χρόνου (πχ. Ένα ρολόι χειρός ή τοίχου).

• 12 μεγάλες πέτρες

• ψαλίδι

• κόλλα

• κολλητική ταινία μήκους 150 εκατοστών (περίπου)

• ένα μεγάλο μοιρογνωμόνιο

• έναν μαρκαδόρο

• μία πυξίδα για την επισήμανση του Βορρά

• 1 φύλλο εργασίας ανά μαθητή

Προαιρετικά:

• επιπλέον μικρές πέτρες

• ισημερινό ηλιακό ρολόι (PDF)

Ήλιος

Ο Ήλιος είναι αστέρι, μια σφαίρα καυτών αερίων που εκπέμπει φως και θερμότητα. Είναι ένα αρκετά κοινό αστέρι, ούτε ιδιαίτερα μεγάλο ούτε μικρό, όχι ιδιαίτερα νεαρό αλλά ούτε και πολύ παλιό. Από αυτόν εκπέμπεται η θερμότητα που συντηρεί τη ζωή στη Γη και από αυτόν εξαρτάται το κλίμα και ο καιρός σε αυτή. Είναι το πλησιέστερο αστέρι στη Γη και εκείνο που έχει μελετηθεί περισσότερο. Μελετώντας τον ήλιο μάθαμε πολλά για τις φυσικές διαδικασίες που καθορίζουν τη δομή και την εξέλιξη των αστεριών γενικότερα.

Παρατηρώντας τον Ήλιο

Η απευθείας ενατένιση του Ήλιου δια γυμνού οφθαλμού, ακόμα και για μια στιγμή μονάχα, δεν είναι καλή ιδέα – τα μάτια μας είναι πολύ ευαίσθητα στο φως του. Ακόμα και στο σκοτάδι, όταν δεν υπάρχει παρά ελάχιστο φως, τα μάτια μας καταφέρνουν να διακρίνουν αντικείμενα. Φανταστείτε, λοιπόν, τι συμβαίνει όταν όλο αυτό το εκτυφλωτικό φως του Ήλιου εστιάζεται σε μια τόσο μικρή επιφάνεια, όσο το ανθρώπινο μάτι. Οι ανιχνευτές φωτός στο πίσω μέρος του ματιού καίγονται. Δυστυχώς, σε αντίθεση με ένα ηλιακό έγκαυμα στο δέρμα, το μάτι πιθανώς να μην αναρρώσει ποτέ και έτσι να χάσουμε την όρασή μας.

Αν θέλετε να παρακολουθήσετε μια πολύ παραστατική επίδειξη του πόσο βλαβερός μπορεί να είναι ο Ήλιος, μπορείτε να επισκεφτείτε το ιστολόγιο αστρονομίας του Stuart Lowe http://www.strudel.org.uk/blog/astro/000347.shtml. Έχει γυρίσει ένα βίντεο στο οποίο παρουσιάζεται τι συμβαίνει όταν μια ρόγα σταφυλιού τοποθετείται στον προσοφθάλμιο φακό ενός τηλεσκοπίου που είναι γυρισμένο απευθείας προς τον Ήλιο, χωρίς φίλτρα. Πολύ γρήγορα το σταφύλι αρχίζει να μαυρίζει και καίγεται. Το μάτι είναι πολύ πιο ευαίσθητο από ένα σταφύλι, οπότε η επίδειξη θα σας πείσει να είσαστε προσεκτικοί όταν ατενίζετε τον Ήλιο. Γι’ αυτό, σας παρακαλούμε, σε καμία περίπτωση μην κοιτάζετε τον Ήλιο με γυμνό μάτι.

Ηλιακό Ρολόι

Στη διάρκεια της ημέρας παρατηρούμε ότι η ώρα περνάει λόγω του Ήλιου στον ουρανό. Επειδή η Γη ολοκληρώνει μία περιστροφή γύρω από τον άξονά της στη διάρκεια μίας ημέρας, ο Ήλιος εμφανίζεται να ανατέλλει στην Ανατολή στο ξεκίνημα της μέρας, να σκαρφαλώνει ψηλά στον ουρανό το μεσημέρι και στη συνέχεια να εξαφανίζεται το βράδι στον ορίζοντα στη δύση. Οι Βαβυλώνιοι παρατήρησαν αυτήν την κίνηση του Ήλιου και κατασκεύασαν το ηλιακό ρολόι, το οποίο είναι ο προπάτορας των σύγχρονων ρολογιών. Χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου και το ηλιακό ρολόι, οι Βαβυλώνιο διαίρεσαν τη μέρα σε ώρες.

Η ώρα στο ηλιακό ρολόι φαίνεται από μια σκιά που δημιουργείται από έναν γνώμονα και η οποία πέφτει σε μια επιφάνεια που ονομάζεται επιφάνεια του ρολογιού ή ωρολογόπλακα. Λόγω της σχετικής θέσης μας προς τον Ήλιο, ένα ηλιακό ρολόι που χρησιμοποιείται στο βόρειο ημισφαίριο πρέπει να γυρίσει ανάποδα για να χρησιμοποιηθεί στο νότιο ημισφαίριο.

Υπάρχουν διάφορα είδη ηλιακών ρολογιών. Η σκιά μπορεί να πέφτει στο έδαφος, δημιουργώντας ένα οριζόντιο ηλιακό ρολόι ή σε έναν τοίχο, δημιουργώντας ένα κάθετο ηλιακό ρολόι. Οι γραμμές που δείχνουν την ώρα διαφέρουν ανάλογα με τo γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Αν χρησιμοποιείτε ένα ηλιακό ρολόι στον βόρειο πόλο το καλοκαίρι, οι ωρικές γραμμές έχουν μεταξύ τους απόσταση 15 μοιρών. Μία μέρα ισούται με 24 ώρες και μία περιστροφή διαιρείται σε 360 μοίρες. Συνεπώς, 1 ώρα στο ηλιακό ρολόι ισούται με 15 μοίρες μιας πλήρους περιστροφής.

Ένα ισημερινό ηλιακό ρολόι έχει μια ωρολογόπλακα παράλληλη προς τον ισημερινό της Γης. Ο γνώμονας θα πρέπει να είναι κάθετος στην ωρολογόπλακα, έτσι ώστε να σχηματίζεται γωνία ίση προς το γεωγραφικό πλάτος του παρατηρητή και με προσανατολισμό προς τον βορρά. Οι ωρικές γραμμές έχουν μεταξύ τους απόσταση 15 μοιρών.

Εικόνα: Παράδειγμα Ισημερινού Ηλιακού Ρολογιού

Προετοιμασία

Για τη δραστηριότητα «Το μεγάλο ηλιακό ρολόι» θα χρειαστείτε ένα γήπεδο που λούζεται από το φως του ήλιου το μεγαλύτερο μέρος της ημέρας.

Τι ώρα είναι;

Ρωτήστε αν κάποιος από τους μαθητές φοράει ρολόι. Γιατί είναι πρακτικό να φοράμε ρολόι; Εξηγήστε ότι 600 χρόνια πριν κανείς δεν φορούσε ρολόι. Ρωτήστε τους πώς ήξεραν τότε τι ώρα είναι. Πριν εφευρεθούν τα μηχανικά ρολόγια, ο υπολογισμός της ώρας ήταν πολύ πιο δύσκολος. Ο άνθρωπος κατάλαβε ότι μπορούσε να χρησιμοποιήσει τον Ήλιο για να υπολογίσει την ώρα. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το ηλιακό ρολόι.

Πολλά χρόνια πριν, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν κι άλλες συσκευές για να μάθουν την ώρα, όπως κλεψύδρες.

Ρωτήστε τους μαθητές αν έχουν δει ποτέ ηλιακό ρολόι. Ξέρουν πώς λειτουργεί; Εξηγήστε ότι ένα ηλιακό ρολόι αποτελείται από μία ράβδο ή αλλιώς έναν δείκτη που ρίχνει μια σκιά. Αυτός ο δείκτης ονομάζεται γνώμονας. Είναι σημαντικό στο Βόρειο Ημισφαίριο ο γνώμονας να δείχνει πάντα προς τον Βορρά, ειδάλλως δεν θα μπορούμε να διαβάσουμε το ηλιακό ρολόι. Εξηγήστε ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της. Αυτό σημαίνει ότι η θέση του Ήλιου σε σχέση με τη Γη μεταβάλλεται διαρκώς. Αν χρειαστεί, κάντε μια επίδειξη χρησιμοποιώντας έναν φακό και ένα

πορτοκάλι ή μια υδρόγειο σφαίρα. Εξηγήστε ότι η σκιά ενός αντικειμένου επίσης αλλάζει καθώς η Γη περιστρέφεται. Κοιτάζοντας τη σκιά του γνώμονα πάνω στο ηλιακό ρολόι, μπορούμε να καταλάβουμε τι ώρα είναι.

Οι μαθητές κατασκευάζουν δύο ηλιακά ρολόγια.

Χρήσιμη γνώση: όταν ο Ήλιος φωτίζει τον Νότο και η σκιά δείχνει στον βορρά, είναι μεσημέρι. Αυτό σημαίνει ότι είναι ακριβώς 12 η ώρα σύμφωνα με την ηλιακή ώρα. Η ηλιακή ώρα δεν συμπίπτει πάντα με την ώρα που δείχνει το ρολόι μας. Αυτό συμβαίνει, επειδή η ώρα που χρησιμοποιούμε σήμερα δεν βασίζεται στην πραγματική θέση του Ήλιου στον ουρανό.

Κατασκευάστε ένα ηλιακό ρολόι

Δώστε στους μαθητές ψαλίδι, κόλλα και το φύλλο δραστηριοτήτων.

Οι μαθητές ολοκληρώνουν την Εργασία 1 στο φύλλο εργασιών.

Σημαντικό: Για να υπολογίσετε τη γωνία για τον γνώμονα, θα πρέπει να γνωρίζετε με ακρίβεια το γεωγραφικό πλάτος της πόλης σας. Αυτό μπορείτε να το βρείτε με έναν άτλαντα ή στο διαδίκτυο. Για παράδειγμα, το γεωγραφικό πλάτος του Λονδίνου είναι 51 μοίρες Βόρεια, γι’ αυτό η γωνία που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο ο γνώμονας ενός ηλιακού ρολογιού στο Λονδίνο θα πρέπει να είναι 51 μοίρες. Οι οδηγίες βρίσκονται στο φύλλο εργασιών. Όταν το ηλιακό ρολόι είναι έτοιμο, οι μαθητές πρέπει να το τοποθετήσουν κάπου με το τόξο προσανατολισμένο προς τον Νότο.

Οι μαθητές διαβάζουν την ώρα που δείχνει το ηλιακό ρολόι. Μπορούν να καταλάβουν τι ώρα είναι; Οι μαθητές συμπληρώνουν την Εργασία 1 στο φύλλο εργασιών. Συζητήστε τις ασκήσεις. Καταλήξτε

στο συμπέρασμα ότι σήμερα γνωρίζουμε ανά πάσα στιγμή ακριβώς τι ώρα είναι, επειδή περιβαλλόμαστε από ρολόγια. Πολλά χρόνια πριν, όταν δεν υπήρχαν καθόλου ρολόγια, ήταν πολύ πιο δύσκολο να ξέρουμε την ώρα. Και βέβαια, η χρήση του ηλιακού ρολογιού τη νύχτα ήταν αδύνατη!

Χρήσιμη γνώση: αυτό το ηλιακό ρολόι βασίζεται στην Ώρα GMT+1. Μπορεί να χρειάζεται προσαρμογή, ανάλογα με την τοπική ώρα. Για παράδειγμα, στη Μεγάλη Βρετανία, η ώρα θα ταίριαζε στη Βρετανική Θερινή Ώρα, αλλά για τον χειμώνα ο αριθμός κάθε ώρας θα έπρεπε να μετακινηθεί μία ώρα νωρίτερα. Έτσι το 12 θα ήταν 11, το 1 θα ήταν 12 κ.λπ. Αν κατασκευάζετε το ηλιακό ρολόι με τη Θερινή Ώρα Κεντρικής Ευρώπης (GMT+2), θα πρέπει να αλλάξετε τους αριθμούς. Ο αριθμός για κάθε ώρα θα πρέπει να μετακινηθεί μία ώρα αργότερα. Έτσι το 12 θα γίνει 1, το 1 θα γίνει 2 κ.λπ.

Επιτέλους το μεγάλο ηλιακό ρολόι

Φτιάξτε με τους μαθητές ένα μεγάλο ηλιακό ρολόι. Πηγαίνετε τους μαθητές σε έναν εξωτερικό χώρο όπου ο ήλιος λάμπει το μεγαλύτερο μέρος της μέρας. Βρείτε και σημειώστε τον Βορρά, χρησιμοποιώντας αν χρειάζεται μια πυξίδα.

Στηρίξτε τον μεγάλο διαβήτη όρθιο ώστε το μακρύτερο σκέλος του να ακουμπάει το γρασίδι. Χρησιμοποιήστε τον για να μετρήσετε τη σωστή γωνία στο έδαφος, όπως περιγράφηκε προηγουμένως. Στερεώστε καλά στο έδαφος τη ράβδο, με προσανατολισμό προς τον Βορρά. Δείτε στην εικόνα πώς πρέπει να το κάνετε.

Κάθε ώρα οι μαθητές τοποθετούν μία μεγάλη πέτρα στο έδαφος, στο σημείο που πέφτει η σκιά της ράβδου. Ένας από τους μαθητές χρησιμοποιεί τον μαρκαδόρο για να σημειώσει τον αριθμό της ώρας πάνω στην πέτρα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις μικρότερες πέτρες για να σημαδέψετε τα τέταρτα της ώρας και τα μισάωρα.

Εικόνα: Οριζόντιο Ηλιακό Ρολόι

Αν δεν θέλετε οι μαθητές να είναι έξω όλη τη μέρα, μπορείτε απλά να τοποθετήσετε δύο πέτρες για να σημαδέψετε τις ώρες, μία το πρωί (για παράδειγμα στις 9.00) και μία το μεσημέρι (για παράδειγμα στις 14.00). Βέβαια, τότε το ηλιακό σας ρολόι θα είναι λιγότερο ακριβές.

Για να τελειώσετε το ηλιακό ρολόι, η υπόλοιπη μέρα μετά το τέλος του σχολείου θα πρέπει να διαιρεθεί με πέτρες. Στο παράδειγμα που παρουσιάζεται παρακάτω, πέρασαν πέντε ώρες, άρα ο χρόνος θα πρέπει να διαιρεθεί διά του πέντε. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να γράψουν τους αριθμούς των ωρών στις πέτρες και να τις τοποθετήσουν στη σωστή θέση. Την επόμενη μέρα, πηγαίνετε τους μαθητές αν δουν αν μπορούν να διαβάσουν την ώρα και να συγκρίνουν την ώρα που διαβάζουν στο ηλιακό ρολόι με την ώρα που δείχνει το ρολόι τους.

Πόσο ακριβές είναι το ηλιακό ρολόι τους; Συζητήστε ότι στο παρελθόν ήταν πιο δύσκολο και πολύ λιγότερο ακριβές να ξέρουμε ακριβώς τι ώρα είναι από ό,τι σήμερα.

Στη δραστηριότητα αυτή, οι μαθητές συζητούν την έννοια του χρόνου και της μέτρησής του. Κατασκευάζουν και χρησιμοποιούν ένα ηλιακό ρολόι. Η δραστηριότητα επιτρέπει στους μαθητές να μάθουν να διαβάζουν την ώρα με τη βοήθεια τους Ήλιου και με ένα ηλιακό ρολόι και ανακαλύπτουν ότι στο παρελθόν ο υπολογισμός της ώρας ήταν πολύ δυσκολότερος από ό,τι στις μέρες μας.

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.