19. Тема уроку:
Практична робота № 2 "Візуально-телескопічні спостереження Сонця"
Варіант 1
Тема: Визначення географічної довготи за допомогою сонячного годинника
Увага: під час виконання цієї роботи не можна дивитися на Сонце без спеціального світлофільтра!
Мета: навчитися орієнтуватися на місцевості за допомогою сонячного годинника.
Обладнання: папір, ножиці, клей.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
При вимірюванні часу збереглися дві системи відліку — зоряний час і сонячний час (§ 3). У повсякденному житті ми використовуємо тільки сонячний час, який можна визначити за допомогою сонячного годинника — звичайної палички, тінь від якої визначає місцевий час. Місцевий полудень — 12 година за місцевим часом — настає під час верхньої кульмінації Сонця, коли тінь від палички найкоротша.
Різниця географічних довгот місця спостереження λм та Києва λк визначається різницею між місцевим часом Tм та київським часом Tк:
Δt=Tм-Tк=λм-λк (формула 1)
Увага! Весною, в останню неділю березня, всі годинники в Європі переводять на одну годину вперед, тому влітку київський час буде випереджати місцевий час усіх міст України.
ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Зробіть сонячний годинник. Для цього перенесіть його викрійку (рис.1) на аркуш паперу, розріжте окремі смуги і склейте їх, сполучаючи відповідні букви на них, як показано на рис. Л.2.2.
2. Установіть годинник у напрямку на південь так, щоб у момен кульминації Сонця "зайчик" від дірочки показував 12 годину. Це буде відповідати 12 год за місцевим часом (Tм)
3. Обчисліть Δt=Tм-Tк.
4. Знайдіть довготу місця спостереження λм за формулою (1).
5. Результати вимрювань та обчислень запишіть у таблицю.
6. Знайдіть географічну довготу місця спостереження λ вашого населеного пункту за допомогою географічної карти або дод. 5.
7. Порівняйте λ і λΜ.
8. Зробіть висновок.
Рис 1. Частина сонячного годинника. Пунктом показано лінії, по яких тррреба розрізати викррійку.
Рис. Л.2.2. Готовий сонячний годинник
Варіант 2
Тема: Сонячне світло — джерело енергії (Визначення висоти (кульмінації) Сонця за допомоги гномона.)
Увага: під час виконання цієї роботи не можна дивитися на Сонце без спеціального світлофільтра!
Мета: виміряти кількість сонячної енергії, яку отримує певна ділянка поверхні Землі протягом певного часу.
Обладнання: олівець, лінійка.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Гномон - найдавніший астрономічний інструмент, що складається з вертикального стрижня на горизонтальній підставці й використовується як сонячний годинник. За довжиною й напрямом тіні стрижня гномона можна визначати висоту й азимут Сонця. Найкоротша протягом доби тінь указує напрям полуденної лінії.
У старовину за допомогою гномона визначали нахил екліптики до екватора й географічну широту місця.
Побудувати гномон дуже просто. Для цього на вулиці необхідно знайти рівну горизонтальну поверхню, на якій зручно робити позначки. В цю поверхню потрібно вертикально встромити рівний стрижень, наприклад довжиною 1 м. Переконатись у тому, що стрижень стоїть вертикально, можна за допомогою виска (вантаж на мотузці, який кріплять до верхівки стрижня).
Кількість енергії, яку отримує поверхня Землі від Сонця, залежить від кута падіння сонячних променів і:
E=q·cos(i) (формула 2)
де q≈ 1,4 кВт/м2 - сонячна стала, або кількість енергії, яку отримає одиниця поверхні Землі, якщо сонячні промені падаютьперпендикулярно до поверхні, i=0°. На широті 50° кількість енергії. що отримає поверхня за довгий літній день, досягає 7(кВт· год)/м2=25,2·106=Дж/м2, що більше навіть від тієї сонячної енергії, яку отримує поверхня на екваторі, де цілий рік тривалість дня складає 12 годин.
Для визначення кількості енергії, яку отримує певна ділянка площею S за проміжок часу t, будемо вважати, що кут подіння сонячних променів і за цей час залишається сталим:
E=q·S·t·cos(i) (формула 3)
ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. На рівній сонячній ділянці чітко вертикально встановіть стрижень гномона (або олівець).
2. Близько 12 години дня відмітьте кінець тіні кілочком в точці Б; у цей час тінь є найкоротшою і вказує напрям на північ.
3. Виміряйте довжину тіні (відрізок АБ). (Або виміряйте довжину олівця Н та тіні L від сонячного світла. Для цього установіть олівець перпендикулярно до площини стола. )
4. Знайдіть кут падіння і сонячних променів за формулою:
і = arctg (H/L).
5. Визначте площу шкільного подвір’я S.
6. Обчисліть за допомогою формули (3), яку енергію отримує від Сонця шкільне подвір’я протягом 1 год.
7. Результати запишіть у таблицю:
8. Визначте, скільки часу зможе світитися електрична лампа потужністю 100 Вт, якщо на її роботу буде витрачено 50% одержаної сонячної енергії.
9. Зробіть висновок.
* Цю роботу можна виконати двічі за рік — узимку та восени або весною.
Варіант 3
а) Візуально-телескопічні спостереження Сонця.
б) Визначення діаметра Сонця за допомогою камери-обскури.
Домашнє завдання: Повторити Тему 4 .