Es geht um die Zeit… eine Sonnenuhr zu bauen!

Schlüsselbegriffe
Physik
Erdrotation
Zeit
Sonnenuhr

Einleitung
Haben Sie schon einmal einen Film gesehen, der in einer früheren Zeit spielt, und wenn eine Figur fragt, wie spät es ist, schauen die anderen Figuren, die keine Uhren oder Handys haben, alle zum Himmel? Sie schauen nicht auf eine riesige Digitaluhr, sondern nutzen die Position der Sonne am Himmel, um die Zeit zu bestimmen, so wie es die Menschen seit Generationen getan haben.

Das älteste bekannte Instrument zur Zeitbestimmung, die Sonnenuhr, ermöglicht es uns, die Position der Sonne genauer zu verfolgen. Bis ins frühe 19. Jahrhundert waren Sonnenuhren das Hauptinstrument, mit dem die Menschen die Zeit ablesen konnten. Wenn sie richtig platziert sind, können Sonnenuhren verwendet werden, um die Zeit bis auf die Minute genau zu bestimmen!

In dieser Aktivität werden Sie Ihre eigene Sonnenuhr bauen und Ihren Körper verwenden, um die Bewegung der Sonne am Himmel zu verfolgen!

Hintergrund
Seit Jahrtausenden haben die Menschen Sonnenuhren verwendet, um die Zeit des Tages basierend auf der scheinbaren Position der Sonne am Himmel zu bestimmen. Es gibt viele Arten von Sonnenuhren, aber im Allgemeinen besteht jede aus einem Gnomon, einem dünnen Stab, der einen Schatten auf ein Zifferblatt wirft, und einer flachen Platte oder Plattform. Die scheinbare Bewegung der Sonne über den Himmel ist das Ergebnis der Rotation der Erde um ihre Achse. Während sich unser Planet dreht, scheint sich die Sonne über den Himmel zu bewegen – aber in Wirklichkeit sind wir diejenigen, die sich bewegen!

Wenn sich die Position der Sonne an unserem Himmel ändert, richtet sich der Schatten, den sie wirft, an den Linien aus, die jede Stunde markieren und die Tageszeit anzeigen. Die Genauigkeit einer Sonnenuhr wird von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, darunter die Tatsache, dass der Winkel der Erdrotation nicht perfekt senkrecht ist und die Erde nicht perfekt rund ist. Infolgedessen müssen Sonnenuhren korrigiert werden, um diese Veränderungen zu berücksichtigen.

Für diese Aktivität werden wir eine einfache Sonnenuhr bauen (mit Hilfe einer Uhr!) sowie die Position der Sonne durch Beobachtung unserer Schatten verfolgen.

Materialien

• Seitenkreide
• Maßband oder Zollstock
• Feder oder Bleistift
• Große Betonfläche ohne Schatten
• Uhr
• Papierteller
• Plastikstrohhalm
• Lineal
• Marker oder Buntstifte
• Papiergewicht oder ein paar kleine Steine
• Erwachsene Helfer
• Sonniges Wetter

Vorbereitung

• Diese Aktivität funktioniert am besten, wenn Sie früh am Tag beginnen, so dass Sie ein paar Stunden Tageslicht haben, um Ihre Tests durchzuführen. Wir empfehlen, um 9 Uhr morgens zu beginnen und bis mittags zu testen – oder mittags zu beginnen und bis 15 Uhr zu testen

Ablauf

• Wählen Sie zunächst einen Ort, an dem Sie während dieser Aktivität immer stehen werden. Achten Sie darauf, dass er sich in der Mitte der offenen Betonfläche befindet, ohne dass Schatten in der Nähe ist. Markieren Sie diesen Platz, indem Sie mit der Kreide die Umrisse Ihrer Schuhe zeichnen.
• Stellen Sie sich an die gewählte Stelle und lassen Sie Ihren Helfer mit der Kreide die Umrisse Ihres Schattens auf den Beton zeichnen.
• Schreiben Sie mit der Kreide die Uhrzeit oben auf Ihren Schatten.
• Wiederholen Sie diese Schritte alle 30 Minuten, wobei Sie jedes Mal die Uhrzeit oben auf Ihren Schatten schreiben.

• Während du darauf wartest, dass dein Schatten nachgezeichnet wird, stichst du mit einem Bleistift oder Kugelschreiber vorsichtig ein Loch in die Mitte deines Papptellers.
• Prüfe die Uhrzeit, runde auf die nächste Stunde auf und schreibe diese Zahl mit einem Kreidestift oder Marker ganz an den Rand deines Tellers. Wenn die Uhr zum Beispiel 9:45 Uhr anzeigt, schreiben Sie „10“ auf den Teller. Benutze dein Lineal, um eine gerade Linie von der Zahl, die du geschrieben hast, zum Loch in der Mitte des Tellers zu ziehen.
• Warte, bis die Uhr die Stunde anzeigt, die du geschrieben hast, bevor du mit dem nächsten Schritt fortfährst (zum Beispiel, wenn du um 9:45 Uhr angefangen hast, würdest du 15 Minuten warten, bis die Uhr 10:00 Uhr anzeigt).
• Nimm deinen Teller und den Plastikstrohhalm mit nach draußen. Stellen Sie den Teller auf den Boden und stecken Sie den Strohhalm durch das Loch, das Sie gemacht haben. Neige den Strohhalm leicht in Richtung der Linie, die du gezeichnet hast.
• Drehe den Teller vorsichtig so, dass der Schatten des Strohhalms mit der Linie übereinstimmt, die du gezeichnet hast. Denkst du, dass der Schatten den ganzen Tag an der gleichen Stelle bleibt? Warum oder warum nicht?
• Platziere den Briefbeschwerer oder die Steine ganz am Rand des Tellers, um ihn an seinem Platz zu halten.
• Überprüfe jede Stunde deine Sonnenuhr und die Position des Schattens auf deinem Teller. Wenn Sie um 10 Uhr begonnen haben, notieren Sie die Position des Schattens um 11 Uhr und schreiben Sie „11“ an den Rand des Tellers, wo dieser Schatten fällt. Jedes Mal, wenn Sie die Sonnenuhr überprüfen, schreiben Sie die Stunde auf den Rand des Tellers, wo der Schatten fällt. Warum denken Sie, dass sich der Schatten bewegt? An was erinnert dich deine Sonnenuhr?
• Nach mehreren Stunden, in denen du deinen eigenen Schatten nachgezeichnet hast, beobachte die Positionen der einzelnen Nachzeichnungen. Hat sich Ihr Schatten im Laufe des Tages bewegt? Was änderte sich sonst noch an deinem Schatten bei jeder Abzeichnung? Was denken Sie, was diese Veränderungen verursacht hat?

Beobachtungen und Ergebnisse
In dieser Aktivität haben Sie die Bewegung und Veränderungen des Schattens im Laufe des Tages beobachtet. Im Fall Ihres eigenen Schattens hängt das von Ihnen beobachtete Muster von der Tageszeit ab, mit der Sie begonnen haben. Wenn Sie diese Aktivität am Morgen begonnen haben, sollten Sie beobachtet haben, dass Ihr Schatten zu Beginn lang war und zur Mitte des Tages viel kürzer aussah. Wenn Sie in der Mitte des Tages begonnen haben, haben Sie das Gegenteil beobachtet – Ihr Schatten war anfangs kürzer und wurde im Laufe des Nachmittags länger. Unabhängig davon, wann Sie begonnen haben, sollten Sie jedoch festgestellt haben, dass sich die Position Ihres Schattens mit der Zeit verändert hat. Je später es wurde, desto weiter bewegte sich Ihr Schatten im Uhrzeigersinn vom ersten gezeichneten Umriss aus – vorausgesetzt, Sie haben diese Aktivität auf der Nordhalbkugel durchgeführt!

Bei Ihrer Sonnenuhr sollten Sie etwas Ähnliches festgestellt haben. Zu jeder Stunde befand sich der Schatten des Strohhalms in einer anderen Position und bewegte sich jedes Mal im Uhrzeigersinn von der Startposition aus. Nach ein paar Stunden sollten Sie bemerkt haben, dass die Sonnenuhr wie das Zifferblatt einer Uhr aussieht, bei der die Zahlen gleichmäßig um die Platte verteilt sind.

Der Grund für die Veränderung der Form und Position Ihres Schattens hat mit der Drehung der Erde um ihre Achse zu tun. Während sich die Erde dreht, scheint sich die Sonne über den Himmel zu bewegen. Mittags steht die Sonne am höchsten am Himmel und wirft zu diesem Zeitpunkt ihren kürzesten Schatten, da sie sich am Himmel direkt über uns befindet. Am Vormittag und am späten Nachmittag steht die Sonne mehr außerhalb der Mitte und wirft daher einen längeren Schatten.

Die Position des Schattens ändert sich auch, wenn sich die Sonne über unseren Himmel zu bewegen scheint. Sie können etwas Ähnliches sehen, wenn Sie mit einer Taschenlampe auf Ihre Hand leuchten und dann die Taschenlampe bewegen. Wenn Sie die Lampe bewegen, ändert sich die Position des Schattens Ihrer Hand mit der Bewegung der Taschenlampe. Die Position der Sonne an unserem Himmel wird durch die Geschwindigkeit der Erdrotation bestimmt – sie dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 460 Metern pro Sekunde um ihre Achse, das sind etwa 1.000 Meilen pro Stunde! Wenn sich die Erde um 15 Grad um ihre Achse dreht, ist es so, als ob sich die Sonne um 15 Grad über unseren Himmel bewegt hätte. Als Folge dieser Bewegung (und je nachdem, wo Sie leben), bewegt sich der Schatten, den die Sonne wirft, jede Stunde um etwa 15 Grad, so dass er im Laufe von 24 Stunden volle 360 Grad um Ihre Sonnenuhr herum wandert.

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