Słońce

advertisement
Źródło: NASA
Słońce
69
Wstęp
Słońce widziane z Ziemi jest najjaśniejszym i najbardziej wyróżniającym się ciałem niebieskim –
znacznie jaśniejszym od Księżyca i jeszcze jaśniejszym od gwiazd na nocnym niebie. Mimo to, Słońce
jest tak naprawdę przeciętną gwiazdą – jej rozmiar niewiele różni się od większości gwiazd. Sprawia
wrażenie jaśniejszej, ponieważ jest najbliżej położoną nas gwiazdą. Większość tego co wiemy na
temat gwiazd zawdzięczamy bliskim badaniom Słońca.
Wiek Słońca szacuje się na 4,6 miliarda lat, a promień na 1,39 milionów km. Wielkość ta odpowiada
łańcuchowi 109 Ziemi lub 400 Księżycy! Wielkość Słońca jest tak duża, że w jej objętości
moglibyśmy zmieścilibyśmy milion Ziem. Odległość między naszą planetą a Słońcem jest 100 razy
większa od promienia gwiazdy i sięga 149,6 milionów kilometrów. Okres obrotu Słońca wokół własnej
osi wynosi 25 dni i jest szybszy na równiku, niż na biegunach.
Na zewnątrz naszej gwiazdy temperatura wynosi około 5700o Celsjusza, podczas gdy głęboko w
jądrze sięga 15 milionów stopni Celsjusza. Nasze Słońce, podobnie jak większość gwiazd, jest kulą
gazu składającego się w 73% z wodoru i 25% helu. Na pozostałe 2% składają się cięższe cząstki takie
jak żelazo, tlen i węgiel. Zewnętrzne warstwy Słońca naciskając na siebie generują ogromne ciśnienie
w jego centralnej części, co powoduje zderzenia między atomami. Atomy są niewielkimi cząstkami,
które są głównym budulcem wszelkiej materii. Zderzenia między atomami prowadzą do ich fuzji
tworząc nowy typ atomu. Przykładowo, w procesie fuzji 4 jądra wodoru powstaje jedno jądro helu.
Podczas tego zjawiska zostaje uwolniona ogromna ilość energii w postaci ciepła.
Źródło: NASA
70
Słoneczne
fakty
Solar Facts
Wiek
Około 4.6 miliardy lat
Średnica
1,392,684 km (109 większa niż Ziemi)
Masa
2 tysiące miliardy miliardów miliardów
kg (2 x 1030 kg)
Odległość od Ziemi
150,000,000 km (1 jednostka
astronomiczna)
Okres obrotu wokół własnej osi
Około 25 dni
Temperatura
5,700 °C na powierzchni i 15 mln °C
temperatura jądra
Przyciąganie grawitacyjne
Człowiek stojący na powierzchni Słońca
byłby 28 razy cięższy niż na Ziemi
Skład chemiczny
73% wodoru, 25% helu, 2% inne
pierwiastki, takie jak żelazo, tlen i węgiel
Ciekawostka
Pomimo tego, że Słońce jest gwiazdą
to w porównaniu z planetami nadal
jestogromne. Ziemia musiałaby rosnąć
ponad milion razy aby dorównać
wielkości Słońca!
71
72
3.1
Pozorny
rozmiar
Krótki Opis
Spójrz na rozmiar sfer położonych na podłodze z różnych odległości aby
zrozumieć dlaczego niektóre wyglądają na większe od innych, zrozum kiedy
zachodzą zaćmienia.
Słowa Kluczowe
• Słońce
• Rozmiar
Potrzebne Materiały
• 3 piłki o takich samych rozmiarach
• jedna duża piłka (mniej więcej dwukrotność rozmiaru mniejszej)
Cel Kształcenia
Dowiedz się, dlaczego Księżyc sprawia wrażenie, że jest takiej samej wielkości
jak Słońce, a Słońce jest ,,większe’’ od innych gwiazd.
Kontekst Naukowy
Słońce jedynie stwarza pozory bycia największą i najjaśniejszą gwiazdą we
Wszechświecie. W rzeczywistości jej rozmiary nie odbiegają od rozmiarów
przeciętnej gwiazdy. Powodem takiego stanu rzeczy jest odległość między
Słońcem i Ziemią, która w porównaniu do innych gwiazd jest niewielka.
Gdybyśmy na miejscu Słońca umieszczali kolejno poszczególne gwiazdy
widoczne na nocnym niebie, to szybko byśmy spostrzegli, że nasze Słońce
charakteryzuje się średnią jasnością. Z tego też powodu astronomowie
rozróżniają jasność „obserwowaną” i ,,absolutną”.
73
Księżyc jest znacznie bliżej Ziemi niż Słońce. To sprawia, że pomimo swoich
znacznie mniejszych rozmiarów, jest on na niebie takich samych rozmiarów jak
Słońce. Zabawnym faktem jest to, że dokładnie taki sam pozorny rozmiar na
niebie obu ciał jest dziełem czystego przypadku. Słońce jest 400 razy większe
od Księżyca, ale jest również 400 razy dalej od Ziemi. Konsekwencją tego jest
zjawisko zaćmienia Słońca, które zachodzi gdy Księżyc znajdzie się dokładnie
pomiędzy Ziemią i Słońcem. Tarcza Księżyca całkowicie zasłania wtedy tarczę
Słońca. Gdyby Księżyc był niewiele mniejszy, bądź znajdowałby się nieznacznie
dalej - nie byłoby możliwe zaobserwowanie takiego zjawiska.
W tej skali Jowisz jest wielkości mniej
więcej1 piksela.
Niektóre gwiazdy są znacznie większe
od naszego Słońca.
Słońce
Syriusz
Źródło: UNAWE / C.Provot
Pollux
Arcturus
Niektóre gwiazdy są nawet znacznie większe niż nasze Słońce.
Pełny Opis
• Poproś dzieci, aby umieściły trzy kule o tych samych rozmiarach na podłodze i
rozmieściły na różnych odległościach: 1 metra, 5 metrów i 10 metrów.
• Następnie poproś, aby wskazały tą, która według nich wygląda na największą.
Czy nie wszystkie kule były tej samej wielkości? Wygląda na to, że im dalej się
znajduje kula, tym mniejsza się nam ona wydaje.
• Umieść jedną małą i drugą dużą kulę (około dwa razy większą od małej kuli)
obok siebie w odległości 1 metra od dzieci. W jaki sposób mała kula może
przysłonić większą?
• Przemieść większą kulę 1 metr dalej, za mniejszą kulę. W tej konkretnej
odległości, mniejsza kula (Księżyc) kompletnie zasłania większą kulę (Słońce).
Ponieważ średnice kul się dzielą się przez liczbę dwa, będą one sprawiały
wrażenie jednakowych, gdy ich odległości również będą podzielne przez 2.
Powiązane ćwiczenia: 2.7
74
3.2
Niewidzialne
światło
Krótki Opis
Spraw, aby promieniowanie podczerwone stało się widzialne,
poprzez spoglądanie na pilot od telewizora przez aparat telefonu
komórkowego.
Słowa Kluczowe
• Słońce
• Światło
• Podczerwień
Potrzebne Materiały
• Zdalny pilot od telewizora
• Telefon komórkowy z aparatem
Cel Kształcenia
Poznaj niezwykłe, niewidzialne światło emitowane przez Słońce,
takie jak podczerwień.
Kontekst Naukowy
Słońce jest naszym źródłem światła i ciepła. Bez niego życie nie mogłoby się
rozwinąć na Ziemi. Tak ważne dla nas światło słoneczne sprawia wrażenie
białego. Kolor biały zdaje się być jednym z kolorów, podczas gdy tak naprawdę
jest złożeniem wszystkich kolorów. W ten sam sposób kolor pomarańczowy jest
złożeniem koloru czerwonego i żółtego. Gdy Słońce staje się widoczne podczas
deszczowego dnia, jego światło rozszczepia na kroplach wody na kolory tworzące
białe światło. W ten sposób powstaje tęcza. Tego typu światło nazywamy
„widzialnym”, ponieważ nasze oczy go widzą. Powyżej koloru czerwonego i
75
poniżej niebieskiego są dwa dodatkowe ,,kolory’’ – podczerwony i nadfioletowy
(UV). Niestety, nasze oczy nie są przystosowane do tego, aby je widzieć. Powyżej
i poniżej wspomnianych kolorów znajdują się jeszcze dziwniejsze typy światła.
Te niewidzialne światła posiadają bardzo wysoką energią, jak np. promienie X,
które używamy w szpitalach aby zbadać nasze kości, lub bardzo niskie energie,
których własności wykorzystujemy w telewizji, radio czy zdalnych pilotach. Na
szczęście jesteśmy w stanie obejrzeć to „specjalne” światło. Potrzebujemy tylko
odpowiednich narzędzi.
Źródło: UNAWE / C.Provot
Lecz dlaczego właściwie nasze Słońce świeci różnymi ,,światłami’’? Wewnątrz
Słońca zachodzi zamiana wodoru w hel. W wyniku tego procesu – fuzji jądrowej
– zostaje uwolniona ogromna ilość energii. Dzięki tej energii Słońce pozostaje
gorące. Podobnie jak żarówka w lampce, Słońce świeci dzięki jego temperaturze.
Jeśli spojrzysz do wnętrza tostera, również zauważysz świecenie. Ze względu
na znacznie niższa od Słońca temperaturę, będzie to kolor czerwony. Słońce
natomiast jest tak gorące, że świeci wszystkimi możliwymi „światłami”, wliczając w
to promienie X i UV!
Inne źródła: Widmo elektromagnetyczne: http://goo.gl/NS21B
Pełny Opis
• Poproś dzieci, aby wzięły pilot od telewizora i nacisnęły przycisk. Sygnał
podczerwony powinien być wysyłany z pilota, lecz dlaczego go nie widać? Czy
pilot jest zepsuty?
• Pozwól im powtórzyć eksperyment, lecz tym razem filmując pilot telefonem
komórkowym.
• Poproś je, aby spojrzały na ekran telefonu: sygnał świetlny staje się widoczny
za każdym razem, gdy naciśniety zostaje guzik na pilocie. Powodem takiego
stanu rzeczy, jest konstrukcja kamer w telefonach, która rejestrują światło
podczerwone i pokazują na ekranie w postaci światła widzialnego.
Podpowiedź: Możesz również poprosić dzieci o wykonanie doświadczenia
samodzielnie w domu. Pozwól im zaskoczyć rodziców!
76
3.3
Cień Słońca
Krótki Opis
Spójrz na cienie w czasie dnia i odkryj jak położenie Słońca na niebie wpływa
na ich kształt.
Słowa Kluczowe
• Słońce
• Cień
Potrzebne Materiały
•
Dobra pogoda
Cel Kształcenia
Odkryj wpływ pozycji Słońca na cienie i poznaj ścieżkę Słońca na niebie.
Kontekst Naukowy
Padające na obiekt promienie Słońca tworzą po przeciwnej stronie cie. Nasze
doświadczenie z cieniem pokazuje, że cień zawsze porusza się zgodnie z
ruchem wskazówek zegara dookoła obiektu. Jego długość ciągle się zmienia –
rośnie od wschodu do południa i następnie maleje aż do zachodu Słońca.
Jednakże, długość cienia zmienia się nie tylko wraz z porą dnia lecz także
w czasie roku; na przykład cień podczas południa w lecie jest krótszy, niż w
zimie!
Na tym etapie, powiązaliśmy ten fenomen z porami roku (poprzedni rozdział)
i kątem pod jakim Słońce pada na powierzchnię Ziemi. Więcej na ten temat
znajdziesz w ćwiczeniu 3.4
77
Pełny Opis
• Poproś dzieci, aby znalazły w szkole wszystko co jest powiązane z cieniem
wywołanym przez Słońce. Na przykład, jak cień drzew na dziedzińcu
szkolnym zmienia się w czasie dnia? Czy Słońce świeci w sali rano, czy w
południe? Jaki kierunek obiera cień w stosunku do Słońca? Kiedy cień jest
najmniejszy, a kiedy największy? Czy jest jakieś praktycznie zastosowanie
naszych obserwacji?
Podpowiedź: Powtórz ćwiczenie podczas innej pory roku. Czy cień podczas
południa się zmienił? Jeżeli się powiększyć, wtedy pora roku stała się
chłodniejsza (np. z jesieni do zimy). W przeciwnym przypadku pora roku staje
się cieplejsza (z zimy do wiosny).
Kierunki stron swiata można zapamiętać przy pomocy mnemotechnik (np.
zgodnie z ruchem wskazówek zegara) lub zapamiętaj wyrażenie: “Never Eat
Soggy Waffles!”
Powiązane ćwiczenia: 3.4
78
3.4
Ścieżka Słońca
i zegar słoneczny
Krótki Opis
Budowa modelu horyzontalnego i zegara słonecznego w celu przeanalizowania
ruchu słońca na niebie.
Słowa Kluczowe
•
•
•
•
Słońce
Zegar słoneczny
Droga Słońca
Czas
Potrzebne Materiały
•
•
•
•
•
•
•
•
Drewniana makieta z elementami krajobrazu
Figurki (w Dodatkach)
Przeźroczysta akrylowa kopuła (sfera nieba)
Kolorowe okrągłe naklejki do zrobienia trzech dróg Słońca (wiosna,jesień,
zima, lato)
Kopia zegara słonecznego na kartonie (Appendix)
Kolorowe długopisy
Nożyczki
Klej
Cel Kształcenia
Zrozumienie, że droga Słońca na niebie o różnych porach roku jest inna.
Kobntekst Naukowy
Zależnie od tego, czy widzimy Słońce na niebie, czy też go na nim nie ma
mówimy, że jest dzień lub noc. Nasz dzień zaczyna się o wschodzie Słońca a
kończy podczas jego zachodu. Podobnie noc która zaczyna się po zachodzie
Słońca a kończy o wschodzie. W związku z tym, Słońce zawsze wschodzi na
Wschodzie , osiąga najwyższy punkt na Południu i zachodzi na Zachodzie.
Tak się dzieje na półkuli północnej. Na półkuli południowej Słońce podąża
ze wschodu na zachód osiągając najwyższy punkt na Północy. Te obserwacje
można zrekonstruować używając modelu horyzontalnego.
79
79
Z tym, własnoręcznie zrobionym modelem, uczniowie w prosty sposób mogą
odtworzyć drogę Słońca na niebie tak jak w Centrum Nauki Lusein Park w
Mannheim na wystawie “Explore Science”.
Źródło: Natalie Fischer
Model składa się z drewnianej makiety z elementami krajobrazu. Po środku
modelu stoi figurka dziecka, Oscar. Makietę otacza kopuła z akrylu imitująca
sferyczne niebo. Na kopule zaznaczone są trzy drogi słoneczne odpowiadające
różnym porom roku : zima, lato, wiosna/jesień. Na obrazku drogi słoneczne
odpowiadają tym obserwowanym w Niemczech. Horyzont to miejsce gdzie styka
się makieta z sfera nieba. Słońcem jest silne źródło światła, tu latarka która
można poruszać.
Atmosfera
Pn
Zach
Źródło: UNAWE / C.Provot
Wsch
Pd
Horyzont
Wiosenna droga Słońca (ścieżka środkowa)
21 marca Słońce podąża środkową ścieżką. Cień Oskara jest najdłuższy, gdy
Słońce jest w najniższym punkcie na niebie. W południe, gdy Słońce jest
najwyżej cień Oskara jest najkrótszy.
80
Letnia droga Słońca (ścieżka górna)
Droga słoneczna w trakcie trwania wiosny podnosi się coraz wyżej na sferze
niebieskiej do momentu aż osiągnie najwyższy punkt 21 czerwca. Tego
dnia Słońce podąża ścieżką letnią na niebie. Dzieci zauważą, że tego dnia
Słońce ma do pokonania dłuższą drogę na niebie niż wiosną. Słońce nie
wschodzi dokładnie na wschodzie i nie zachodzi dokładnie na zachodzie. Oba
punkty wschód jak i zachód są teraz przesunięte w kierunku północnym. W
porównaniu do sytuacji z 21 marca cień Oskara w południe jest najkrótszy w
roku. Jednak długość jego cienia zmienia się w ciągu dnia.
Jesienna droga Słońca (ścieżka środkowa)
21 września Słońce podąża tą samą ścieżką co 21 marca. Droga Słońca
wiosenna i jesienna są takie same. Cienie w południe mają taką samą długość,
również długość dnia jest taka sama.
Zimowa droga Słońca (ścieżka dolna)
W dniu 21 grudnia, ścieżka Słońca osiągnie najniższy punkt. Ponownie, Słońce
nie wzejdzie dokładnie na wschodzie i nie zajdzie dokładnie na zachodzie.
Tym razem, oba punkty będą przesunięte w kierunku południowym wzdłuż
horyzontu. 21 grudnia jest najkrótszym dniem w roku, a cień Oskara w
południe są najdłuższy w porównaniu do cieni południowych podczas reszty
roku. Długość jego cienia zmienia się w ciągu dnia.
Ścieżki słoneczne w innych częściach świata
Powyższy opis ścieżek odpowiada tylko północnej półkuli ziemskiej. Na drugiej
półkuli ścieżki słoneczne są na odwrót.
Na równiku, czy biegunach ścieżki słoneczne przebiegają zupełnie inaczej.
Na biegunie północnym, czy południowym droga Słońca na niebie jest prawie
równoległa do horyzontu. Latem na półkuli północnej Słońce osiąga najwyższy
punkt na wysokości 23, 5 stopni nad horyzontem. Jest to kat nachylenia osi
Ziemi do płaszczyzny orbity ziemskiej. Skoro Słońce na biegunach porusza się
równolegle do horyzontu oznacza to, że nie ma nocy. W ciągu roku na biegunie
Słońce obniża swoją ścieżkę i znika za horyzontem 21 września. Od tego
momentu, Słońce pozostanie pod horyzontem przez pół roku do 21 marca. Na
biegunie południowy sytuacja
jest odwrotna. Podczas
Biegun
nocy polarnej na biegunie
Atmosfera
północnym, pingwiny na
biegunie południowym cieszą
się dniem polarnym który
trwa pół roku.
Gdyby, Oskar stał na którymś
z biegunów jego cień nie
zmieniał by długości w ciągu
dnia.
Horyzont
81
Na równiku Słońce w ciągu dnia przechodzi przez środek nieba.
21 marca i 21 września Słońce przecina niebo ze wschodu na zachód przechodząc
przez zenit. Gdyby Oskar stał na
równiku 21 marca czy 21 września
Równik
w południe nie zobaczyły własnego
cienia.
Atmosfera
21 lipca i 21 grudnia ścieżka
słoneczna jest przesunięta o 23,
5 w kierunku południowym lub
północnym. Zmierzch i wschód
Zach
trwają bardzo krótko, ponieważ
Pd
Pn
Słońce podnosi się pod kątem
prostym do horyzontu. Słońce nie
zachodzi powoli jak np. w Europie
Wsch
Horyzont
tylko szybko schodzi do horyzontu w
dół.
Pełny Opis
Znając jak przebiegają ścieżki słoneczne w różnych częściach Świata, możemy
użyć zegara słonecznego do pomiaru czasu!
• Poproś dzieci, aby wycięły i przykleiły wszystkie trzy części zegara słonecznego
z Dodatków.
• Pozwól im pozginać zegar zgodnie z instrukcją na kopii (zobacz obrazek).
Duzy przód zegara jest zgięty pod kątem 90 stopni do wewnątrz tak samo jak
dwie małe ćwiartki koła do dwóch trójkątów.
• Następnie dzieci sklejają trójkąty razem i ćwiartki kół w jedną połówkę koła.
• Na koniec przyklejają połówki kół do dołu i góry przodu zegara.
• Niech dzieci postawią swoje zegary w nasłonecznione miejsce. Obracając
zegarem należy go tak ustawić aż na jego tarczy pojawi się cień Słońca. Cień
trójkąta wskazuje godzinę tak jak wskazówka zegara. W południe cień zniknie
tzn. że Słońce osiągnęło najwyższy punkt na niebie.
Podpowiedź: Z drewnianej makiety, figurek (w Dodatkach), okrągłych naklejek i
szklanej kopuły możesz zbudować model horyzontalny. Model umożliwi dzieciom
przeprowadzenie dyskusji (i odkrycie) na temat jaki wpływ mają różne ścieżki
słoneczne. Jak zmienia się cień Oskara w ciągu roku jak i w ciągu dnia.
82
Źródło: Natalie Fisher
Powiązane ćwiczenia: 3.3
83
84
3.5
Różne długości
dnia
Krótki Opis
Zaobserwuj różne długości dnia w różnych miejscach na Ziemi poprzez
oświetlanie obracającej się kuli za pomocą żarówki.
Słowa Kluczowe
• Ziemia
• Czas
• Długość dnia
Potrzebne Materiały
• Globus (w pudełku)
• Żarówka na podstawce (w pudełku)
Cele Kształcenia
Zrozumienie przyczyny zmian w długości dnia: dlaczego zimą dni są krótsze niż
latem.
Kontekst Naukowy
Dzień i noc są efektem ruchu wirowego Ziemi wokół własnej osi. Gdyby ta oś
była prostopadła do orbity Ziemi wokół Słońca, każdy dzień byłby jednakowo
długi, równy nocy i trwał dokładnie 12 godzin w każdym miejscu na Ziemi. W
rzeczywistości oś Ziemi jest przekrzywiona, co powoduje zmiany w długości
dnia. W czasie zimy dni są krótsze a zimne noce zdają się trwać wiecznie,
podczas gdy duszne letnie dni trwają bez końca, ledwo przerywane krótkimi
nocami.
Daty
W grudniu Ziemia jest zwrócona delikatnie ku Słońcu swoją południową
półkulą (spójrz na rysunek). To sprawia, że Biegun Południowy jest oświetlany
przez 24 godziny na dobę. W okresie świąt Bożego Narodzenia na Antarktyce
trwa dosłownie dzień bez końca! W tym samym czasie, ludzie na Kole
85
Podbiegunowym (wokół Bieguna Północnego) żyją w całkowitych ciemnościach:
Słońce nie wschodzi przez wiele dni! (Na Biegunie Północnym ciemność trwa
nieprzerwanie przez sześć miesięcy od września do marca). W czerwcu sytuacja
jest odwrotna: na półkuli północnej trwa lato a w okolicy Bieguna Północnego
dzień się nie kończy.
21 września i 21 marca na Ziemi równinik obraca się prostopadle w kierunku
Słońca. Są to jedyne dni, kiedy dzień i noc trwają po 12 godzin w każdym miejscu
na Ziemi. Na półkuli północnej dzień trwa mniej niż dwanaście godzin między
wrześniem a marcem, osiągając minimum 21 grudnia (najkrótszy dzień w roku).
Niemniej, od marca do września dzień trwa tam ponad 12 godzin, z najdłuższym
dniem w roku 21 czerwca.
Lokalizacja
Im dalej od równika, tylko większa różnorodność w długości dnia. Już omówiliśmy
3
Lato (Pn)
Zima (Pd)
Zródło: UNAWE C.Provot
2
1
Wiosna (Pn)
Jesień (Pd)
Zima(Pn)
Jesień (Pn)
Wiosna(Pd)
Lato (Pd)
ekstermalny przykład Bieguna Północnego powyżej, gdzie Słońce nie wschodzi
i nie zachodzi przez wiele miesięcy. W mniej drastycznych przadkach, na
przykład w Europie, Słońce wschodzi i zachodzi każdego dnia. Dla przykłu w
Danii, najkrótszy zimowy dzień trwa siedem godzin, podczas gdy najdłuższy
letni dzień tra 18 godzin. Dalej na południe, we Szwajcarji, różnice nie są
tak dramatyczne: zimowy dzień trwa minimum 8 godzin, a letni dzień
nie przekracza 16 godzin. W końcu najbardziej południowy obszar półkuli
północnej - równik - nie doświadcza żadnych zmian w długości trwania dnia
i nocy. Na przykład, Quito (stolica Ekwadoru) leży na równiku i dzień zawsze
trwa tam 12, niezależnie od pory roku
Pełny Opis
• Weź globus (na przekrzywionej osi) i trzymaj go w pobliżu jasnej żarówki na
tej samej wysokości. Pomieszczenie powinno być zaciemnione, aby można było
dostrzec światło padające na globus.
• Aby zacząć, ustaw żarówkę na podstawce tak, aby oświatlała południową
półkulę (spójrz na rysunek). To odzwierciedla zimę na półkuli północnej.
86
• Teraz powoli zakręć globusem wokół własnej osi. Skup się na kraju, w
którym się znajdujesz. Dla przykładu posłużymy się Niemcami. Dlaczego
Niemcy spędzają więcej czasu po stronie nieoświetlonej?
• Umieść globus po przeciwnej stronie żarówki. Właśnie przemieściłeś się
w czasie o pół roku (połowa orbity Ziemi wokół Słońca). Teraz północna
półkula jest skierowana w stronę żarówki: w Niemczech mamy lato.
• Zakręć globusem ponownie. Dzieci zauważą, że tym razem Niemcy
spedzają więcej czasu po stronie oświetlonej. Zrozumieją, że pozycja Ziemi
względem Słońca razem z przesuniętą osią ziemską powodują zmiany w
długości dnia.
• Ponownie zakręć globusem i poproś dzieci, aby skupiły sie na Biegunie
Północnym. Dlaczego cały czas pozostaje oświetlony? W ciągu lata Słońce
tam nie zachodzi! Obserwuj także Biegun Południowy: pozostaje w
ciemności pomimo obrotu globusa.
• Ponownie umieść globus po drugiej stronie żarówki, tak, skąd zaczynaliście
ćwiczenie. Zwróć uwagę na bieguny: dlaczego sytuacja się odwróciła?
• Continue with the activity by watching Ecuador – on the equator – while
the globe is spinning. Notice that it is lit equally as long as it is dark, no
matter how you hold the globe. Apparently, countries on the equator are
not affected by summer or winter. Place the globe wherever you want:
a day in Ecuador always lasts 12 hours. The children will notice that the
further you move away from the equator, towards the poles, the variations
in day lengths get more extreme.
• Kontynuuj ćwiczenie obserwując Ekwador - na równiku - podczas kręcenia
globusem. Zwróć uwagę, że oświetlenie trwa jednakowo długo, co jego
brak, bez względu na to, gdzie ustawisz globus. Najwyraźniej kraje
równikowe nie doświadczają zim i lat. Ustaw globus gdziekolwiek chcesz:
dzień w Ekwadorze będzie zawsze trwał 12 godzin. Dzieci zauważą, że
im bardziej oddalasz się od równika w kierunku biegunów, tym bardziej
zmienia się długość dnia.
• Na koniec ustaw globus tak, aby na jednej z półkul była wiosna, a na
drugiej lato (ćwierć długości orbity z miejsca, w którym zaczynaliście).
Ponownie zakręć globusem. W każdym miejscu na Ziemi dzień trwa
teraz 12 godzin. 21 marca i 21 września są w związku z tym prawdziwymi
punktami zwrotnymi pomiędzy latem a zimą.
Podpowiedź: Podczas wykonywania doświadczenia nie zapominaj, że oś
Ziemska musi być zawsze skierowana w tę samą stronę (w kierunku Gwiazdy
Polarnej)!
Powiązane ćwiczenia:
2.4, 2.5, 3.4
87
88
3.6
Powierzchnia
Słońca
Pełny Opis
Stworzenie powierzchni Słońca za pomocą wody gotującej się z ziołami.
Słowa Kluczowe
• Słońce
• Granulacje
Potrzebne Materiały
•
•
•
•
•
•
Płyta kuchenna
Patelnia
Woda
Suszone zioła (2 łyżki stołowe)
Oliwa
Zlewka
Cel Kształcenia
Dowiedzieć się, jak wygląda powierzchnia Slońca z warstwą konwektywną.
Kontekst Naukowy
Dla nieuzbrojonego oka Słońce wygląda jak żółty dysk bez żadnych cech.
W rzeczywistości jednak przypomina gotującą się zupę, która czasami się
rozchlapuje i zmienia swój wygląd z minuty na minutę. Nie zauważamy tego
faktu, ponieważ Słońce jest tak jasne, że przyćmiewa wszystkie szczegóły na
swojej powierzchni. To jest także powód, dla którego bardzo niebezpiecznym
jest patrzeć na Słońce bez odpowiedniego zabezpieczenia: jeśli spojrzysz na
Słońce bezpośrednio gołym okiem - oślepi Cię!
89
Astronomowie nie obserwują Słońca w świetle widzialnym. Robią mu zdjęcia, na
przykład, w ultrafiolecie. Te zdjęcia wyglądają nietuzinkowo i często ujawniają
to, czego nie widać gołym okiem.
Źródło: NASA / SOHO
Zdjęcia Słońca zrobione w tym samym czasie, ale w innnym świetle. Zdjęcie po prawej
jest zrobione w świetle widzialnym. (Źródło: NASA/SOHO)
Protuberancje
Kiedy całe Słońce jest zakryte, jak podczas zaćmienia, można dostrzec łuki
światła na krawędzi dysku słonecznego - tak zwane protuberancje. Przy okazji,
niektóre z nich są tak wielkie, że Ziemia zmieściłaby się w nich kilkukrotnie!
Źródło: NASA
Granulacje
Jeśli spojrzymy na Słońce przez duży, dobrze zabezpieczony teleskop,
dostrzeżemy strukturę podobną do plastra miodu, tak zwane granulacje.
Ta sktruktura pokrywa całe Słońce, niczym siatka. Ponownie, porównania
do garnka z gotującą się wodą jest właściwe. Gdy podgrzewamy garnek od
spodu, to na górze zupa się podnosi, ochładza nieco i opada na dół. W ten
sposób ciąglę się miesza. Ponieważ ochłodzona i tonąca materia na Słońcu jest
mniej jasna niż ta, która jest gotąca i wznosi się ku górze, mamy wrażenie, że
dostrzegamy sieć komórek. Nazywamy je komórkami konwektywnymi.
90
Źródło: NASA
Inne źródła: Krótki film, pokazujacu granulacje słoneczne: http://goo.gl/339lN.
Pełny Opis
• Nalej do patelni 2cm wody i wsyp dwie łyżki stołowe suszonych przypraw.
• Włącz płytę grzewczą. Po chwili zaczną się tworzyć komórki konwektywne.
Wewnątrz woda się u nosi, a na brzegach opada. W tych miejscach
koncentrują się przyprawy. Całość wygląda jak granulacje na powierzchni
Słońca (spójrz na Rysunek).
Źródło: NASA
Źródło: Natalie Fisher
Granulacje słoneczne w garnku: sytuacja na powierzchni Słońca (lewy obrazek)
wygląda jak w naszym eksperymencie (prawy obrazek).
Teraz przyjrzyj się konwekcji bliżej. Napełjnij zlewkę oliwą i przyprawami,
następnie umieść całość nad palnikiem. Obserwuj rezultat. Nad palnikiem
płyn zaczyna się ruszać. Zauważysz, ze przyprawy poruszają się razem z nim
i są unoszone do góry. Po paru minutach można zauważyć, że na obrzeżach
przyprawy zaczynają opadać. Wytwarza się ruch konwekcyjny.
91
92
3.7
Mini projekt badawczy:
Rotacja Słońca
Krótki Opis
Wyznaczenie prędkości rotacji Słońca poprzez obserwacje plam
słonecznych w przeciągu kilku tygodni.
Słowa Kluczowe
• Słońce
• Plamy Słoneczne
Potrzebne Materiały
•
1 SolarScoope, kilka akruszy kalek A5
Cel Kształcenia
Dowiedzieć sie, jaka jest prędkość rotacji Słońca wokół własnej osi.
Kontekst Naukowy
Słońce potrzebuje około 25 dni, aby obrócić się wokół własnej osi. Aby
zmierzyć to samodzielnie, musimy szukać obiektów, które obracają się z
taką samą prędkością jak powierzchnia Słońca. Do tego zadania przydatne
są tak zwane plamy słoneczne. Jeśli spojrzymy na zaciemnione Słońce, na
przykład przez okulary z filtrem, który odcina 99.999% światła, możemy
czasem dostrzec plamy na powierzchni Słońca. Wyglądaja jak czarne plamy
otoczone jaśniejszą obwodką. W rzeczywistości plamy także są bardzo jasne,
ale wyglądają na ciemniejsze w porównaniu z resztą oślepiającego blasku
słonecznego. Wyglądają ciemniej, ponieważ ich temperatura jest niższa od
reszty otoczenia o kilkaset stopni.
93
Wygląd plam zmienia się nieustająco. Niektóre robią się coraz większe, znikąd
pojawiają się nowe plamy. To zjawisko nazywa się grupą plam słonecznych.
Czas życia plamy lub całej grupy wynosi zazwyczaj kilka dni, ale może czasem
przetrwać nawet kilka tygodni. Co 11 lat liczba plam słonecznych znacznie
wzrasta. Astronomowie nazywają to 11-letnim cyklem słonecznym. Wraz
zrosnącą liczbą plam wzrasta aktywność słoneczna. Podczas kiedy Słońce rotuje,
plamy także zmieniają swoją pozycję: rotują razem z nim. Jeśli będziemy je
obserwować przez dłuższy czas, możemy oszacować okres rotacji Słońca na
podstawie ruchu plam.
Źródło: NASA
Pełny Opis
Źródło: Natalie Fisher
•
Poproś dzieci, aby obserwały
słońce przez dwa lub trzy dni przez
SolarScope.
•
Poproś, aby przyłożyły kalki w miejsce,
w ktorych znajduje się rzut obrazu
Słońca. SolarScope projektuje obraz
Słońca wewnątrz Solarscopu, którego
światło wchodzi poprzez małą lunetę
na przeciwległą ścianę wnętrza i
odbija się z powrotem przy użyciu
małego lusterka.
•
Niech narysuj krawędź Słońca.
•
Następnie niech przerysują wszystkie
widoczne plamy. Miej świadomość tego, że Ziemia się obraca i dysk
słoneczny będzie cały czas uciekał z kalki. Dzieci powinny opanować płynne
obracanie SolarScopem podczas obserwacji zanim zaczną rysować.
•
•
94
Ostatecznie powinny opisać swoje kalki datą, lokacją, czasem i imieniem
obserwatora.
Kilka dni później dzieci zauważą, że wszystkie plamy zmieniły swoje
pozycje. Przesunęły się w skutek ruchu obrotowego Słońca. W przeciągu
kilku następnych tygodni niektóre plamy pojawią się przy krawędzi dysku,
przesuną po powierzchni Słońca i znikną za kolejną krawędzią. Niektóre
pojawią się nagle na środku i zaraz znikną.
Źródło: Natalie Fisher
Ewaluacja
• Po kilku obserwacjach dzieci mogą przeanalizować swoje rysunki.
• Po pierwsze, muszą zidentyfikować plamy. W tym celu numerują je,
zaczynając od pierwszego arkusza. Jeśli plama pojawia sie ponownie
podczas kolejnych obserwacji, utrzymuje cały czas ten sam numer. Jeśli
znika, jej numer nie pojawia się więcej. Jeśli pojawia się nowa plama,
przypisuje się jej nowy numer.
• Jeśli złożymy kalki razem, zauważymy, że plamy podróżują po powierzchni
Słońca. W tym czasie przemierzają określoną odległość na rysunku. Plama
potrzebuje połowę okresu rotacji Słońca, aby przemieścić się od krawędzi
do krawędzi. W ten sposób jesteśmy w stanie wyznaczyć okres rotacji:
wybierz plamę, którą można było długo obserwować i zmierz długość jej
drogi (w centymetrach) na kalce.
Porównaj tę odległość z drogą,
jaką by pokonała, gdyby była
Zachód
widoczna od jednej krawędzi do
drugiej. Stosunek tych dwóch
liczb jest równy stosunkowi
Wschód
czasu obserwacji do połowy (!)
okresu rotacji Słońca (widzimy
tylko jedną stronę słońca, nie
możemy śledzić plam tam,
gdzie są dla nas niedostępne).
Możemy przeprowadzić ten
rachunek dla kilku plam i
uśrednić wynik.
Przykłady
Plama F1 przemieściła się o 7.7 cm (czerwona linia) w ciągu 8 dni. Długość
cięciwy w tym miejscu wynosi 12.3 cm (niebieska i czerwona linia). Odpowiada
to stosunkowi 7.7/12.3 = 0.63. Aby przemieścić się od krawędzi do krawędzi
95
potrzebowałabym 8 dni/0.83 = 12.7 dnia. To odpowiada okresowi rotacji 2x12.7
dnia = 25.4 dnia. Właśnie zmierzyłeś prędkość rotacji Słońca!
Podpowiedź: Uwaga: obserwacje Słońca to niebezpieczne zajęcie. Słońce
jest najbardziej przyjaznym szkole obiektem do obserwacji astronomicznych,
ponieważ można je podziwiać w czasie, kiedy dzieci są w szkole. Dodatkowo,
zmienia swój wygląd w rozsądnych przedziałach czasu i jest ładne do odnalezienia
na nieboskłonie. NIEMNIEJ, bezpośrednie patrzenie na Słońce, na przykład
niezabezpieczonym okiem, może uszkodzić wzrok! Lekkomyślne spojrzenie na
słońce przez przyrząd optyczny (na przykład teleskop) wystarczy, aby oślepnąć na
całe życie. Słońce wypala siatkówkę i nieodwracalnie uszkadza nerwy wzroku.
Istnieją jedna bezpieczne metody patrzenia na Słońce. Jedną z możliwości jest
zakup tak zwanych okularów zaćmieniowych lub po prostu okularów do patrzenia
na Słońce. Takie okulary zrobione są ze specjalnej folii, która odcina 99.999%
światła. Można też kupić samą folię i wyposażyć w nią teleskop lub lornetkę.
Źródło: Natalie Fisher
96
Pomysły na inne ćwiczenia
Plastyka
Dzieci są zafascynowane i zainspirowane niesamowitą mocą Słońca i jego ciągle zmieniającą
się powierzchnią. Spójrzcie z klasą na zdjęcia Słońca. Przeszukaj Internet ze słowami
kluczowymi: “Słońce”, “Plamy słoneczne” lub “Protuberancje” i przyjrzyj się obrazkom. Pozwól
dzieciom namalować Słońce, jeśli to możliwe, na dużym arkuszu. Możesz również spróbować
z czarnym papierem i jasną kredą.
Matematyka
Słońce jest ogromne. Jego średnica to 109 średnic Ziemi, a w jego wnętrzu można by
zmieścić miliony kul ziemskich. Taki eksperyment myślowy można zrealizować przy użyciu
przedmiotów o odpowiednich wielkościach (koralików, kostek itd.). Jeśli jeden koralik
symbolizuje rozmiar Księżyca, to musielibyśmy ułożyć ich 400 w ciągu, aby pokryły średnicę
Słońca.
Przyroda
Ciepło słoneczne jest dla nas esencjonalne. Niektóre rzeczy na Ziemi stają się gorętsze niż
inne, jeśli wystawimy je na działanie promieni słonecznych. Na przykład, większość dzieci
przynajmniej raz poparzyło stopy od gorącego piasku na plaży i wskoczyło potem na chłodny
ręcznik. Poproś dzieci, aby odtworzyły warunki z różnych miejsc na ziemi, na przykład morze,
pustynia, las. Do tego ćwiczenia niech wybiorą różne materiały, które będą ogrzewane
przez Słońce. Powinny ocenić temperaturę za pomocą dotyku lub przy użyciu termometru.
Odpowiednie przygotowanie to: dwie miski z wodą (w jednej mało w drugiej dużo wody),
jedna miska z czarnym dnem i wodą, miska z piaskiem, jedna z ziemią do kwiatów, jedna z
roślinkami, kolejna z kamieniami itd.
Inne możliwe pytanie: czy można utylizować ciepło? Wizyta specjalisty w tym zakresie albo
wycieczka do farmy fotowoltanicznej to zawsze wzbogacające doświadczenie.
Nauki
humanistyczne
Słońce było czczone przez wiele kultur. Poproś dzieci, aby zbadały ten temat.
97
98
Download
Random flashcards
ALICJA

4 Cards oauth2_google_3d22cb2e-d639-45de-a1f9-1584cfd7eea2

bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Motywacja w zzl

3 Cards ypy

Prace Magisterskie

2 Cards Pisanie PRAC

Create flashcards