«Експериментальні методи визначення довготи і широти на місцевості за допомогою сонячного годинника і транспортира.»

Урок з астрономії в 11 класі.

Тема: «Експериментальні методи визначення довготи і широти на місцевості за допомогою сонячного годинника і транспортира.»

Мета: Навчити учнів 11 класу практично застосовувати теоретичні знання з географії, астрометрії та тригонометрії для автономного визначення координат місцевості без GPS-навігації.

Хід уроку:

Географічні координати — це своєрідна адреса, за якою можна визначити місцеперебування будь-якої точки на Землі. Для визначення географічних координат (географічної широти та географічної довготи) використовують градусну сітку з паралелей і меридіанів. Перед тим як нанести географічні координати на карту (глобус) їх дізнаються на певній місцевості. В наш час визначення географічних координат відбувається з використанням системи GPS (Global Positioning System). Проте цей спосіб передбачає наявність GPS-приймача, що зазвичай умонтований у смартфон, електронний годинник, комп’ютер, радіостанцію тощо, для обміну сигналом із супутником. Ми виконали в інший спосіб визначення географічної широти — дуже давній, але не менш точний, — за положенням Полярної зорі.

На цьому уроці ви навчитеся аналізувати похибки вимірювання, сформуєте навички виживання та автономної орієнтації на місцевості.

№ 1. Розв'язання експериментальної задачі з визначення географічної широти на місцевості за допомогою Полярної зорі   

Обладнання: транспортир, штатив, нитка, висок-тягарець.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Для орієнтування на поверхні Землі застосовують горизонтальну систему координат, у якій основною площиною є математичний горизонт та прямовисна лінія. Прямовисну лінію OZ (див. рис. 2.4) визначають за допомогою звичайного виска-тягарця, який підвішують на нитці. Математичний горизонт є площиною, яку проводять перпендикулярно до прямовисної лінії та через око спостерігача.

Площина небесного меридіана (див. рис. 2.5) збігається з географічним меридіаном на поверхні Землі та перетинає горизонт у точках N (північ) і S (південь), а точки перетину небесного екватора та горизонту — Е (схід) та W (захід). Лінія NS перетину площин меридіана та горизонту називається полуденною лінією.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Знайдіть на небі за допомогою карти зоряного неба Полярну зорю в сузір’ї Малої Ведмедиці (рисунок ).

2. Прикріпіть на штативі транспортир із виском (рис.).

3. Спрямуйте транспортир на Полярну зорю таким чином, щоб ваше око було на одній прямій з лінійкою транспортира та зорею. Площина транспортира при цьому буде розташована в площині меридіана.

4. Виміряйте кут φ між позначкою 90° на транспортирі та ниткою виска, який дорівнює географічній широті місця спостереження.

5. Позначте на поверхні Землі напрям полуденної лінії

Визначення географічної широти за допомогою Полярної зорі. Кут між площиною горизонту та напрямком на полюс світу дорівнює географічній широті місця спостереження

6. Визначте географічну довготу λ_K та широту φ_K вашого населеного пункту за допомогою карти.. Результати запишіть у таблицю.

8. Порівняйте φ_K і φ.

Висновок: Значення Географічної широти місця спостереження φ приблизно дорівнює географічній довготі населеного пункту на карті.

№2.

Визначення географічної довготи за допомогою сонячного годинника

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. 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 λ_м та Києва λ_к визначається різницею між місцевим часом Т_м та київським часом Т_к:

∆t = Т_м — Т_к = λ_м — λ_к        

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1.Зробіть сонячний годинник. Для цього перенесіть його викрійку (рис.) на аркуш паперу, розріжте окремі смуги і склейте їх, сполучаючи відповідні букви на них, як показано ( рис.)

Установіть годинник у напрямку на південь так, щоб у момент кульмінації Сонця «зайчик» від дірочки показував 12 годину. Це буде відповідати 12 год за місцевим часом (Т_м).

Обчислила ∆t = Т_м — Т_к

∆t =∆t = 10 хв = 02'30"

∆t = 15 хв = 03'45"

Знайдіть довготу місця спостереження λ_м  за формулою (1).

Результати вимірювань та обчислень запишіть у таблицю:

6. Знайдіть географічну довготу місця спостереження λ Білої Церкви за допомогою географічної карти або дод. 5.

7. Порівняйте λ і λ_Μ.

8. Висновок: Ми навчились визначати географічну довготу за допомогою сонячного годинника.