Быстрый поиск

Дипломная работа: Культурологічний підхід як основа модернізації змісту астрономічної освіти у загальноосвітніх навчальних закладах

2. Прилади для вимірювання і зберігання часу

Ще в Стародавньому Вавілоні сонячна доба була розділена на 24 години (360њ : 24 = 15њ ). Пізніше кожну годину був роздільний на 60 хвилин, а кожна хвилина на 60 секунд.

Першими приладами для вимірювання часу був сонячний годинник. Простий сонячний годинник - гномон - є вертикальною жердиною в центр горизонтального майданчика з діленнями (рис. 3.4). Тінь від гномона опису складну криву, залежну від висоти Сонця і змінну день від дня залежно від положення Сонця на екліптиці, швидкість руху тіні теж міняється. Сонячний годинник не вимагає заводу, не зупиняється і завжди йде правильно. нахиливши майданчик так, щоб жердина від гномона була націлена на полюс миру, ми отримаємо екваторіальний сонячний годинник, в якому швидкість руху тін рівномірна (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Горизонтальний сонячний годинник.

Кути, відповідні кожній годині, мають різну величину розраховуються по формулі:де а - кут між полуденною лінією (проекцією небесного меридіана на горизонтальну поверхню) і напрямом на числа 6, 8, 10..., вказуючих годинник; j - широта місця; h - годинний кут Сонця (15њ, 30њ, 45њ )

Рис. 3.5. Екваторіальний сонячний годинник. Кожній годині на циферблаті відповідає кут в 15њ.

Для вимірювання часу в нічний час і в негоді винайдений пісочний, вогненний і водяний годинник.

Пісочний годинник відрізняється простотою конструкції і точністю, але громіздк «заводяться» лише на короткий час.

Вогненний годинник є спіраллю або паличкою з горючої речовини з нанесеними діленнями. У Стародавньому Китаї створювалися суміші, що горять місяцями без постійного нагляду. Недоліки цього годинника: низька точність ходу (залежність швидкості горіння від складу речовини і погоди) і складність виготовлення (рис. 3.6).

Водяний годинник (клепсидри) застосовувався у всіх країнах Стародавнього світу (рис. 3.7 а, б).

Механічний годинник з гирями і колесами був винайдений в Х-xi століттях. Перший баштовий механічний годинник був встановлений в московському Кремлі в 1404 роц ченцем Лазарем Сорбіним. Маятниковий годинник винайшов в 1657 році голландський фізик і астроном Х. Гюйгенс. Механічний годинник з пружиною винайшов в XVIII столітті. У 30-і роки нашого століття винайшли кварцовий годинник. У 1954 роц в СРСР виникла ідея створення атомного годинника – «Державного первинного еталону часу і частоти». Вони були встановлені в науково-дослідному інститут під Москвою і давали випадкову помилку в 1 секунду разів в 500000 років.

Ще точніший атомний (оптичний) стандарт часу був створений в СРСР 1978 року. Помилка в 1 секунду відбувається раз в 10000000 років.

За допомогою цих і багатьох інших сучасних фізичних приладів вдалося з дуже високою точністю визначити значення основних і похідних одиниць вимірювання часу. Було уточнено багато характеристик видимого і дійсного руху космічних тіл, відкриті нові космічні явища, зокрема зміни в швидкост обертання Землі навколо своєї осі на 0,01-1 секунду протягом року.

Далі слід ознайомити календарів, що вчаться з основними типами, і системами літочислення. Матеріал можна висловлювати як у форм лекції, так і у формі бесіди.

3. Календарі. Літочислення

Календар - безперервна система числення великих проміжків часу, заснована на періодичності явищ природи, що особливо виразно виявляється в небесних явищах (русі небесних світил). З календарем нерозривно пов'язана вся багатовікова історія людської культури.

Потреба в календарях виникла в такій глибокій старовині, коли людина не уміла ще читати і писати. Календарі визначали настання весни, літа, осінь і зими, періоди цвітіння рослин, дозрівання плодів, збору лікарських трав, змін в поведінці і житті тварин, зміни погоди, час землеробських робіт багато що інше. Календарі відповідають на питання: «Яке сьогодні число?», «Який день тижня?», «Коли відбулося те або інша подія?» і дозволяють регулювати планувати життя і господарську діяльність людей.

Виділяють три основних типи календарів:

1. Місячний календар, в основі якого лежить синодичний місячний місяць тривалістю 29,5 середніх сонячних діб. Виник понад 30000 років тому. Місячний рік календаря містить 354 (355) діб (на 11,25 діб коротше сонячного) і ділиться на 12 місяців по 30 (непарні) і 29 (парні) діб в кожному (у мусульманському календарі вони називаються: мухаррам, сафар, раби аль-авваль, раби ас-сани, джумада аль-уля, джумада аль-ахира, раджаб, шаабан, рамадан, шавваль, зуль-каада, зуль-хиджжра). Оскільки календарний місяць на 0,0306 діб коротше синодичного і за 30 років різниця між ними досягає 11 діб, в арабському місячному календарі в кожному 30-річному циклі налічується 19 «простих» років по 354 діб і 11 «високосних» по 355 діб (2-й, 5-й, 7-й, 10-й, 13-й, 16-й, 18-й, 21-й, 24-й, 26-й, 29-й роки кожного циклу). Турецький місячний календар менш точний: у його 8 – летнем циклі 5 «простих» і 3 «високосних» роки. Новорічна дата не фіксується (поволі переміщається з року в рік): так, 1421 рік хиджжры почалося 6 квітня 2000 р. і закінчиться 25 березня 2001 року. Місячний календар прийнятий як релігійний і державний в мусульманських державах Афганістані, Іраку, Ірані, Пакистані, ОАР і інших. Для планування і регулювання господарської діяльності паралельно застосовуються сонячний і місячно-сонячний календарі.

2. Сонячний календар, в основу якого покладений тропічний рік. Виник понад 6000 років тому. В даний час прийнятий як світовий календар.

Юліанський сонячний календар «старого стилю» містить 365,25 діб. Розроблений Олександрійським астрономом Созігеном, введений імператором Юлієм Цезарем в Стародавньому Римі в 46 р. до н.е. і розповсюдився потім по всьому світу. На Русі був прийнятий в 988 р. н.е. У юліанському календарі тривалість року визначається в 365,25 діб; три "прості" роки налічують по 365 діб, один високосний - 366 діб. У році 12 місяців по 30 і 31 день кожен (окрім лютого). Юліанський рік відстає від тропічного на 11 хвилин 13,9 секунд в рік. За 1500 років його застосування накопичилася помилка в 10 діб.

У григоріанському сонячному календарі «нового стилю» тривалість року складає 365, 242500 діб. У 1582 році юліанський календар по указу Тата Римського Григорія XIII був реформований у відповідність з проектом талійського математика Луїджі Ліліо Гараллі (1520-1576 рр.). Рахунок днів пересунули на 10 діб вперед і умовилися кожне сторіччя, що не ділиться на 4 без залишку: 1700, 1800, 1900, 2100 і так далі не вважати високосним. Тим самим виправляється помилка в 3 діб за кожних 400 років. Помилка в 1 доби «набігає» за 2735 років. Нові сторіччя і тисячоліття починаються з 1 січня «першого» року даного сторіччя і тисячоліття: так, XXI століття і III тисячоліття наший ери (н.е.) почнеться 1 січня 2001 року за григоріанським календарем.

У наший країні до революції застосовувався юліанський календар «старого стилю», помилка якого до 1917 року складала 13 діб. У 1918 році в країні був введений прийнятий у всьому світі григоріанський календар «нового стилю» і всі дати зрушилися на 13 діб вперед.

Переклад дат юліанського календаря на григоріанський календар здійснюється по формулі: де ТГ і ТЮ – дати за григоріанським і юліанським календарем; n – ціле число днів, З – число повних минулих сторіч, С1 - найближче число сторіч, кратне чотирьом.

Іншими різновидами сонячних календарів є:

Персидський календар, що визначав тривалість тропічного року в 365,24242 діб; 33-річний цикл включає 25 «простих» і 8 «високосних» років. Значно точніше григоріанського: помилка в 1 рік «набігає» за 4500 років. Розроблений Омаром Хайямом в 1079 році; застосовувався на території Персії і ряду інших держав до середини XIX століття.

3. Місячно-сонячний календар, в якому рух Місяця узгоджується з річним рухом Сонця. Рік складається з 12 місячних місяців по 29 і по 30 діб в кожному, до яких для обліку руху Сонця періодично додаються «високосні» роки, що містять додатковий 13-й місяць. В результаті «прості» роки продовжуються 353, 354, 355 діб, а «високосні» - 383, 384 або 385 діб. Виник на початку I тисячоліття до н.е., застосовувався в Стародавньому Китаї, Індії, Вавілоні, Іудеєві, Греції, Римі. В даний час прийнятий в Ізраїлі (початок року доводиться на різні дні між 6 вересня і 5 жовтня) і застосовується, разом з державним, в країнах Південно-східної Азії (В'єтнамі, Китаї і так далі).

Крім вищеописаних основних типів календарів були створені і в деяких регіонах Землі до цих пір застосовуються календарі, що враховують видимий рух планет на небесній сфері.

У 60-річному циклі сучасного східного календаря налічується 21912 діб (по-перше 12-ти роках міститься 4371 доби; у других і четвертих 4400 і 4401суток; у третіх і в п'ятих – 4370 діб). У цей проміжок часу укладається два 30-річні цикли Сатурну (рівних сидеричним періодам його звернення Тсатурна = 29,46 » 30 років), приблизно три 19-річні місячно-сонячн цикли, п'ять 12-річних циклів Юпітера (рівних сидеричним періодам його звернення Тюпітера = 11,86 » 12 років) і п'ять 12-річних місячних циклів. Кількість днів в році непостійно і може складати в «прості» роки 353, 354, 355 діб, у високосних 383, 384, 385 діб. Початок року в різних державах доводиться на різні дати з 13 січня по 24 лютого. Поточний 60-річний цикл почався в 1984 році. Дані про поєднання знаків східного календаря приведені в Додатку.

Центральноамериканський календар культур індійців майя ацтеків застосовувався в період близько 300-1530 рр. н.е. Заснований на періодичності руху Сонця, Місяця і синодичних періодів звернення планет Венери (584d) і Марса (780d). «Довгий» рік тривалістю 360 (365) діб складався з 18 місяців по 20 діб в кожному і 5 святкових днів. Паралельно в культурно-релігійних цілях використовувався «короткий рік» з 260 діб (1/3 синодичного періоду звернення Марса) ділився на 13 місяців по 20 діб в кожному; «номерні» тижні складалися з 13 днів, що мали свій номер і назву. Тривалість тропічного року була визначена з високою точністю в 365,2420d (помилка в 1 доби на накопичується за 5000 років!); місячного синодичного місяця – 29,53059d.

На початок ХХІ століття зростання міжнародних наукових, технічних і культурно-економічних зв'язків зумовило необхідність створення диного, простого і точного Усесвітнього календаря. Існуючі календарі мають численні недоліки у вигляді: недостатньої відповідності тривалості тропічного року і датам астрономічних явищ, пов'язаних з рухом Сонця по небесній сфері, нерівній і непостійній тривалості місяців, неузгодженості чисел місяця і днів тижня, невідповідності їх назв положенню в календарі і так далі Неточност сучасного календаря виявляються.

Ідеальний вічний календар володіє незмінною структурою, що дозволяє швидко і однозначно визначати дні тижня по будь-якій календарній дат літочислення. Одним з якнайкращих проектів вічних календарів був рекомендований до розгляду Генеральною Асамблеєю ООН в 1954 році: при схожості з григоріанським календарем він був простіший і зручніший. Тропічний рік ділиться на 4 квартали по 91 доби (13 тижнів). Кожного кварталу починається з воскресіння і кінчається суботою; складається з 3 місяців, в першому місяці 31 доба, в другому і третьому – 30 діб. У кожному місяці 26 робочих днів. Перший день року завжди воскресіння. Дані за цим проектом приведені в Додатку. Він опинився не реалізований по релігійних міркуваннях. Введення єдиного Усесвітнього вічного календаря залишається одній з проблем сучасності.

Зростання культурно-економічних зв'язків і широке розповсюдження християнської релігії на території Західної і Східної Європи породили необхідність в уніфікації систем літочислення, одиниць вимірювання відліку часу.

Сучасне літочислення – «наша ера», «нова ера» (н.е.), «ера від Різдва Христова» (Р.Х.), Anno Domeni (A.D. – «рік панове») – ведеться від довільно вибраної дати народження Ісуса Хріста. Оскільки ні в одному сторичному документі вона не вказана, а Євангелія противоречат один одному, вчений чернець Діонісій Малий в 278 р. ери Діоклетіана вирішив «науково», на основі астрономічних даних обчислити дату епохи. У основу розрахунком була покладені: 28-річний «сонячний круг» – проміжок часу, за який числа місяців доводяться точно на ті ж дні тижня, і 19-річний «місячний круг» – проміжок часу, за який однакові фази Місяця доводяться на одні і ті ж дні місяця. Твір циклів «сонячного» і «місячного» круга з поправкою на 30-річний час життя Христа (28 г 19S + 30 = 572) дав початкову дату сучасного літочислення. Рахунок років згідно ері «від Різдва Христова» «приживався» дуже поволі: аж до XV століття н.е. (тобто навіть 1000 років опісля) в офіційних документах Західно Європи указувалися 2 дати: від створення світу і від Різдва Христова (A.D.).

На мусульманському світі за початок літочислення прийнято 16 липня 622 року наший ери – день «хиджжры» (переселення пророка Мохаммеда з мекки до Медіни).

Переклад дат з «мусульманської» системи літочислення ТМ в «християнську» (григоріанську) ТГ можна здійснити по формулі: (років).

Для зручності астрономічних і хронологічних розрахунків з кінця XVI століття застосовується запропоноване Ж. Ськалігером літочислення юліанського періоду (J. D.). Безперервний рахунок днів ведеться з 1 січня 4713 р. до н.е.

Як на попередніх уроках, слід доручити учням самостійно доповнити табл. 6 відомостями про вивчених на уроці космічних і небесних явищах. На це відводиться не більше 3 хвилин, потім вчитель перевіряє і коректу роботу школярів.

Таблиця 3.4. Доповнюється відомостями:

Космічні явища	Небесні явища, що виникають унаслідок даних космічних явищ
Обертання Місяця навколо Землі	Відображення дійсного звернення Місяця навколо Землі: 1)видимий рух Місяця по небесній сфері; 2)зміна фаз Місяця

При проходженні практики в школі № 30 була запропонована методика для кращого сприйняття учнів 11 – А класу культурологічного підходу при вивченн тими по астрономії «Час та календар».

По закінченню уроку, були запропоновані матеріали закріплення, прорешали запропонован завдання, та провели тестування.

Матеріал закріплюється при вирішенні завдань:

Вправа 4:

1. 1 січня сонячний годинник показують 10 годин ранку. Який час показує у цей момент ваш годинник?

2. Визначите різницю в показаннях точних годинників хронометра, що йде по зоряному часу, через 1 рік після їх одночасного пуску.

3. Яке найбільше число воскресінь може бути в лютому?

4. Скільки раз на рік сходить Сонце?

5. Чому Місяць завжди повернений до Землі однією і тією ж стороною?

6. Капітан корабля зміряв в дійсний полудень 22 грудня зенітну відстань Сонця і знайшов його рівним 66њ33'. Хронометр, що йде по грінвічському часу, показав у момент спостереження 11h54m ранки. Визначите координати корабля і його положення на карті світу.

7. Які географічні координати місця, де висота Полярної зірки 64њ12', а кульмінація зірки а Ліри відбувається на 4h18m пізніше, ніж в обсерватор Грінвіча?

8. Визначите географічні координати місця, в якому верхня кульмінація зірки а Лебедя наступає в 17h08m місцевого зоряного часу в 12њ18' на південь від зеніту, якщо по довіднику для Грінвіча момент кульмінації визначений в 21h45m.

9. Визначите координати місцевості, в якій нижня кульмінація зірки а Великої Ведмедиці наступає в 2h33m місцевого зоряного часу на висоті 14њ41' на північ від зеніту, якщо по довіднику для Грінвіча кульмінація наступає в 0h48m.

Тести по астрономії: «Календар та час»

(Вашій увазі пропонується 5 питань. Кожен з них оцінюється в 2 бали. Максимальна кількість балів за тест - 10.

1. Середня сонячна доба.

на 3 мін 56 з довше зоряної доби

на 3 мін 56 з коротше зоряної доби

на 4 мін коротше за зоряну добу

на 4 мін довше за зоряну добу

тривалість сонячної і зоряної доби однакова

2. При перетині лінії зміни дати із заходу на схід.

календарне число зменшується на дві одиниці

календарне число не змінюється

календарне число зменшується на одиницю