Культурологічний підхід як основа модернізації змісту астрономічної освіти у загальноосвітніх навчальних закладах (стр. 15 из 19)
Секунда - фізична величина, чисельно рівна 9192631770 періодам випромінювання, відповідного переходу між надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Всі вищеописані «часи» узгоджуються між собою шляхом спеціальних розрахунків. У повсякденному житті використовується середній сонячний час.
Визначення точного часу, його зберігання і передача по радіо складають роботу Служби Часу, яка існує у всіх розвинених країнах світу, у тому числі і в Україна.
Основною одиницею зоряного, дійсного і середнього сонячного часу є доба. Зоряні, середні сонячні і інші секунди ми отримуємо діленням відповідних доба на 86400 (24h´60m´60s).
Доба стала першою одиницею вимірювання часу понад 50000 років тому.
Доба - проміжок часу, протягом якого Земля робить один повний оборот навколо своєї осі щодо якого-небудь орієнтиру.
Зоряна доба - період обертання Землі навколо своєї осі щодо нерухомих зірок, визначається як проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення.
Дійсна сонячна доба - період обертання Землі навколо своєї осі щодо центру диска Сонця, визначуваний як проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями центру диска Сонця.
З огляду на те, що екліптика нахилена до небесного екватора під кутом 23њ 26, а Земля обертається навколо Сонця по еліптичній (злегка витягнутою) орбіті, швидкість видимого руху Сонця по небесній сфері і, отже, тривалість дійсної сонячної доби постійно змінюватиметься протягом року: найшвидше поблизу точок рівнодень (березень, вересень), найбільш поволі поблизу точок сонцестояння (червень, січень).
Для спрощення розрахунків часу в астрономії введено поняття середньої сонячної доби - періоду обертання Землі навколо своєї осі щодо «середнього Сонця».
Середня сонячна доба визначається як проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями «середнього Сонця».
Середня сонячна доба на 3m55,009sкоротша за зоряну добу.
24h00m00s зоряного часу рівні 23h56m4,09sсереднього сонячного часу.
Для визначеності теоретичних розрахунків прийнята ефемеридна (таблична) секунда, рівна середній сонячній секунді 0 січня 1900 року о 12 годині равнотекущего часу, не пов'язаного з обертанням Землі. Близько 35000 років тому люди звернули увагу на періодичну зміну виду Місяця - зміну місячних фаз. Фаза Ф небесного світила (Місяці, планети і так далі) визначається відношенням найбільшої ширини освітленої частини диска d¢до його діаметру D:
. Лініятерминатора розділяє темну і світлу частину диска світила.
Місяць рухається навколо Землі в ту ж сторону, в яку Земля обертається навколо своєї осі: із заходу на схід. Відображенням цього руху є видиме переміщення Місяця на тлі зірок назустріч обертанню неба. Кожну добу Місяць зміщується на схід на 13њ щодо зірок і за 27,3 діб здійснює повний круг. Так була встановлена друга після доби міра часу - місяць (рис. 3.2).
Сидеричний (зоряний) місячний місяць - період часу, протягом якого Місяць здійснює один повний оборот навколо Землі щодо нерухомих зірок. Рівний 27d07h43m11,47s.
Синодичний (календарний) місячний місяць - проміжок часу між двома однойменними послідовними фазами (зазвичай молодиками) Місяця. Рівний 29d12h44m2,78s.
Сукупність явищ видимого руху Місяця на тлі зірок і зміни фаз Місяця дозволяє орієнтуватися по Місяцю на місцевості (рис. 3.3). Місяць з'являється вузеньким серпиком на заході і зникає в променях уранішньої зорі таким же вузьким серпом на сході. У думках приставимо зліва до місячного серпа пряму лінію. Ми можемо прочитати на небі або букву «Р» - «росте», «роги» місяця повернені вліво - місяць видно на заході; або букву «С» - «старіє», «роги» місяця повернені управо - місяць видно на сході. У повний місяць Місяць опівночі видно на півдні.
В результаті спостережень за зміною положення Сонця над горизонтом протягом багатьох місяців виникла третя міра часу - рік.
Рік - проміжок часу, протягом якого Земля робить один повний оборот навколо Сонця щодо якого-небудь орієнтиру (крапки).
Зоряний рік - сидеричний (зоряний) період звернення Землі навколо Сонця, рівний 365,256320…середньої сонячної доби.
Аномалістичний рік - проміжок часу між двома послідовними проходженнями середнього Сонця через точку своєї орбіти (зазвичай, перигелій), рівний 365,259641… середньої сонячної доби.
Тропічний рік - проміжок часу між двома послідовними проходженнями середнього Сонця через точку весняного рівнодення, рівний 365,2422... середньої сонячної доби або 365d05h48m46,1s.
Усесвітній час визначається як місцевий середній сонячний час на нульовому (Грінвічському) меридіані.
Поверхня Землі розбита на 24 ділянки, обмежених меридіанами - часові пояси. Нульовий часовий пояс розташований симетрично щодо нульового (Грінвічського) меридіана. Нумерація поясів дається від 0 до 23 із заходу на схід. Реальні межі поясів суміщені з адміністративними межами районів, областей або держав. Центральні меридіани часових поясів отстоят один від одного рівно на 15њ (1 година), тому при переході з одного часового поясу в іншій час змінюється на ціле число годинника, а число хвилин і секунд не змінюється. Нова календарна доба (і Новий рік) починається на лінії зміни дати (демаркаційній лінії), що проходить в основному по меридіану 180њ східної довготи поблизу північно-східної межі України. На захід від лінії зміни дат число місяця завжди на одиницю більше, ніж на схід від неї. При перетині цієї лінії із заходу на схід календарне число зменшується на одиницю, а при перетині лінії зі сходу на захід календарне число збільшується на одиницю, що виключає помилку у відліку часу при кругосвітніх подорожах і переміщеннях людей з Східного в Західне півкулі Землі.
Поясний час визначається по формулі: Tn = T0 + n, де Т0 - усесвітній час; n - номер часового поясу.
Декретний час - поясний час, змінений на ціле число годинника урядовим розпорядженням. Для України рівно поясному, плюс 1 години
Час - декретний час другого часового поясу (плюс 1 година): Tм = T0 + 3 (години).
Літній час - декретний поясний час, змінний додатково на плюс 1 година по урядовому розпорядженню на період літнього часу з метою економії енергоресурсів.
Далі слід коротко ознайомити учнів з астрономічними методами визначення географічних координат (довготи) місцевості:
Унаслідок обертання Землі різниця між моментами настання півдня або кульмінацій зірок з відомими екваторіальними координатами в 2 пунктах рівна різниці географічних довгот пунктів, що дає можливість визначення довготи даного пункту з астрономічних спостережень Сонця і інших світил і, навпаки, місцевого часу в будь-якому пункті з відомою довготою.
Географічна довгота місцевості відлічується на схід від «нульового» (Грінвічського) меридіана і чисельно рівна проміжку часу між однойменними кульмінаціями одного і того ж світила на грінвічському меридіані і в пункті спостереження:
де S - зоряний час в крапці з даною географічною широтою, S0 - зоряний час на нульовому меридіані. Виражається в градусах або годиннику, хвилинах і секундах.Щоб визначити географічну довготу місцевості, необхідно визначити момент кульмінації якого-небудь світила (зазвичай Сонця) з відомими екваторіальними координатами. Перевівши за допомогою спеціальних таблиць або калькулятора час спостережень з середнього сонячного в зоряне і знаючи по довіднику час кульмінації цього світила на грінвічському меридіані, ми без зусиль визначимо довготу місцевості. Єдину складність обчислень складає точний переклад одиниць часу з однієї системи в іншу. Момент кульмінації можна не «караулити»: досить визначити висоту (зенітна відстань) світила в будь-який точно зафіксований момент часу, але обчислення будуть досить складними.
На другому етапі уроку учні знайомляться з приладами для вимірювання, зберігання і відліку часу – годинами. Показання годинників служать еталоном, з яким можна порівнювати проміжки часу. Слідує увага учнів на те, що необхідність в точному визначенні моментів і проміжків часу стимулювала розвиток астрономії і фізики: аж до середини ХХІ століття астрономічні способи вимірювання, зберігання часу і еталони часу лежали в основі світової Служби Часу. Точність ходу годинника контролювалася астрономічними спостереженнями. В даний час розвиток фізики привів до створення точніших способів визначення і еталонів часу, які почали використовуватися астрономами для дослідження явищ, що лежали в основі колишніх способів вимірювання часу.
Матеріал висловлюється у вигляді лекції, що супроводжується демонстраціями принципу дії і внутрішнього устрою годинника різного типу.
2. Прилади для вимірювання і зберігання часу
Ще в Стародавньому Вавілоні сонячна доба була розділена на 24 години (360њ : 24 = 15њ ). Пізніше кожну годину був роздільний на 60 хвилин, а кожна хвилина на 60 секунд.
Першими приладами для вимірювання часу був сонячний годинник. Простий сонячний годинник - гномон - є вертикальною жердиною в центрі горизонтального майданчика з діленнями (рис. 3.4). Тінь від гномона описує складну криву, залежну від висоти Сонця і змінну день від дня залежно від положення Сонця на екліптиці, швидкість руху тіні теж міняється. Сонячний годинник не вимагає заводу, не зупиняється і завжди йде правильно. нахиливши майданчик так, щоб жердина від гномона була націлена на полюс миру, ми отримаємо екваторіальний сонячний годинник, в якому швидкість руху тіні рівномірна (рис. 3.5).
Рис. 3.4. Горизонтальний сонячний годинник.
Кути, відповідні кожній годині, мають різну величину і розраховуються по формулі:
де а - кут між полуденною лінією (проекцією небесного меридіана на горизонтальну поверхню) і напрямом на числа 6, 8, 10..., вказуючих годинник; j - широта місця; h - годинний кут Сонця (15њ, 30њ, 45њ )