It’s about Time… to Make a Sundial!

Key concepts
Physics
Earth’s rotation
Time
Sundial

Introduction
Have you ever watched a movie set in an earlier era, and when a character asks what time it is the other characters, who don’t have watches or cell phones, all look at the sky? Nie patrzą na gigantyczny cyfrowy zegar, używają pozycji słońca na niebie, aby określić czas, tak jak robili to ludzie od pokoleń.

Najstarszy znany instrument do określania czasu, zegar słoneczny, pozwala nam śledzić pozycję słońca bardziej dokładnie. Aż do początku XIX wieku zegary słoneczne były głównym instrumentem używanym przez ludzi do odmierzania czasu. Jeśli są one prawidłowo umieszczone, zegary słoneczne mogą być używane do dokładnego określania czasu co do minuty!

W tym ćwiczeniu zrobisz swój własny zegar słoneczny i użyjesz swojego ciała do śledzenia ruchu słońca po niebie!

Tło
Przez tysiąclecia ludzie używali zegarów słonecznych do określania pory dnia na podstawie widocznej pozycji słońca na niebie. Istnieje wiele rodzajów zegarów słonecznych, ale ogólnie rzecz biorąc, każdy składa się z gnomonu, cienkiego pręta, który rzuca cień na tarczę, oraz płaskiej płyty lub platformy. Pozorny ruch Słońca po niebie jest wynikiem obrotu Ziemi wokół własnej osi. Gdy nasza planeta się obraca, Słońce wydaje się poruszać po niebie – ale tak naprawdę to my się poruszamy!

Jak pozycja Słońca zmienia się na naszym niebie, rzucany przez nie cień ustawia się w jednej linii z liniami wyznaczającymi każdą godzinę, wskazując porę dnia. Na dokładność zegara słonecznego ma wpływ wiele czynników, w tym fakt, że kąt obrotu Ziemi nie jest idealnie prostopadły, a Ziemia nie jest idealnie okrągła. W rezultacie, poprawki muszą być wprowadzone do zegarów słonecznych, aby uwzględnić te zmiany.

Dla tego zajęcia będziemy robić prosty zegar słoneczny (używając zegara, aby nam pomóc!), jak również śledzić pozycję słońca poprzez obserwację naszych cieni.

Materiały

• Kreda poboczna
• Miara taśmowa lub miernik
• Pen lub ołówek
• Duża betonowa przestrzeń bez cienia
• Zegar
• Papierowy talerz
• Plastikowa słomka
• Słomka
• Rolka
• Markery lub kredki
• Waga papierowa lub kilka małych kamieni
• Dorosły pomocnik
• Słoneczna pogoda

Przygotowanie

• Ta aktywność działa najlepiej, jeśli zaczynasz wcześnie w ciągu dnia, więc masz kilka godzin światła dziennego na przeprowadzenie testów. Zalecamy rozpoczęcie od 9 rano i testowanie do południa lub rozpoczęcie w południe i testowanie do 3 po południu

Procedura

• Zacznij od wybrania miejsca, w którym zawsze będziesz stał podczas tej aktywności. Upewnij się, że jest to środek otwartej przestrzeni betonowej, bez cienia w pobliżu. Zaznacz to miejsce używając kredy, aby obrysować swoje buty.
• Zostań w wybranym miejscu i poproś pomocnika, aby użył kredy do odrysowania konturu twojego cienia na betonie.
• Użyj kredy, aby napisać godzinę na górze twojego cienia.
• Powtarzaj te kroki co 30 minut, za każdym razem zaznaczając porę dnia na górze twojego cienia.

• W czasie, gdy czekasz na ślad swojego cienia, użyj ołówka lub długopisu, aby ostrożnie zrobić dziurę w środku papierowego talerza.
• Sprawdź czas, zaokrąglij do najbliższej godziny i napisz tę liczbę na samej krawędzi talerza kredką lub markerem. Na przykład, jeśli zegar mówi 9:45, napisz „10” na talerzu. Użyj linijki, aby narysować linię prostą od liczby, którą napisałeś, do otworu w środku talerza.
• Poczekaj, aż zegar odczyta godzinę, którą napisałeś, zanim przejdziesz do następnego kroku (na przykład, jeśli zacząłeś o 9:45, poczekasz 15 minut, aż zegar odczyta 10:00).
• Zabierz talerz i plastikową słomkę na zewnątrz. Połóż talerz na ziemi i wetknij słomkę przez otwór, który zrobiłeś. Pochyl słomkę lekko w kierunku linii, którą narysowałeś.
• Obróć ostrożnie talerz tak, aby cień słomki pokrył się z linią, którą narysowałeś. Czy myślisz, że cień pozostanie w tym samym miejscu przez cały dzień? Dlaczego tak lub dlaczego nie?
• Postaw przycisk do papieru lub kamienie na krawędziach talerza, aby utrzymać go w miejscu.
• Co godzinę sprawdzaj zegar słoneczny i pozycję cienia na talerzu. Jeśli zacząłeś o 10 rano, zanotuj pozycję cienia o 11 rano i napisz „11” na krawędzi talerza, gdzie pada ten cień. Za każdym razem, gdy sprawdzasz zegar słoneczny, napisz godzinę na brzegu talerza, gdzie pada cień. Jak myślisz, dlaczego cień się porusza? Co przypomina Ci zegar słoneczny?
• Po kilku godzinach śledzenia własnego cienia obserwuj położenie każdego śladu. Czy Twój cień poruszał się w ciągu dnia? Co jeszcze zmieniło się w Twoim cieniu przy każdym śledzeniu? Jak myślisz, co spowodowało te zmiany?

Obserwacje i wyniki
W tym ćwiczeniu obserwowałeś ruch i zmiany w cieniu w ciągu dnia. W przypadku Twojego własnego cienia wzór, który zauważyłeś zależy od pory dnia, w której zacząłeś. Jeśli zacząłeś to ćwiczenie rano, powinieneś zauważyć, że Twój cień zaczął być długi, a w połowie dnia wyglądał na znacznie krótszy. Jeśli zacząłeś w środku dnia, zauważyłeś, że jest odwrotnie – Twój cień zaczął się krótszy i wydłużył się w ciągu popołudnia. Niezależnie od tego, kiedy zacząłeś, powinieneś był zauważyć, że położenie Twojego cienia zmieniało się w czasie. Gdy zrobiło się później, Twój cień przesunął się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara od pierwszego narysowanego konturu – o ile wykonywałeś to zadanie na półkuli północnej!

W przypadku zegara słonecznego powinieneś zauważyć coś podobnego. O każdej godzinie cień słomki znajdował się w innej pozycji, za każdym razem przesuwając się zgodnie z ruchem wskazówek zegara od pozycji startowej. Po kilku godzinach powinieneś był zauważyć, że zegar słoneczny wygląda jak tarcza zegara z cyframi równomiernie rozmieszczonymi wokół płyty.

Powód zmiany kształtu i pozycji Twojego cienia ma związek z obrotem Ziemi wokół własnej osi. Gdy Ziemia się obraca, Słońce wydaje się przemieszczać po niebie. Słońce znajduje się najwyżej na niebie w południe lub w południe, i w tym momencie rzuca najkrótszy cień, ponieważ jest najbardziej bezpośrednio nad nami na niebie. Rano i później po południu słońce jest bardziej oddalone od centrum i dlatego rzuca dłuższy cień.

Pozycja cienia zmienia się również, gdy słońce przesuwa się po naszym niebie. Możesz zobaczyć coś podobnego, jeśli świecisz latarką na swoją rękę, a następnie poruszasz latarką. Jak poruszysz światłem, pozycja cienia twojej ręki zmieni się wraz z ruchem latarki. Pozycja Słońca na naszym niebie jest podyktowana prędkością obrotu Ziemi – obraca się ona wokół własnej osi z prędkością 460 metrów na sekundę, czyli około 1000 mil na godzinę! Kiedy Ziemia obraca się o 15 stopni wokół własnej osi, to tak jakby Słońce przesunęło się o 15 stopni po naszym niebie. W wyniku tego ruchu (i w zależności od tego, gdzie mieszkasz), cień rzucany przez Słońce przesuwa się o około 15 stopni co godzinę, tak że w ciągu 24 godzin pokonuje pełne 360 stopni wokół Twojego zegara słonecznego.

Więcej do odkrycia
Materia czasu, od Science Buddies
Wykonaj cykle Księżyca – z pomarańczą!, od Scientific American
Zmieniające się konstelacje, od Science Buddies
Zajęcia naukowe dla wszystkich grup wiekowych, od Science Buddies

Więcej do odkrycia
Materia czasu, od Science Buddies
Wykonaj cykle Księżyca – z pomarańczą!