Сторінка
21

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

На другому етапі уроку учні знайомляться з приладами для вимірювання, зберігання і відліку часу – годинами. Показання годинників служать еталоном, з яким можна порівнювати проміжки часу. Слідує увага учнів на те, що необхідність в точному визначенні моментів і проміжків часу стимулювала розвиток астрономії і фізики: аж до середини ХХІ століття астрономічні способи вимірювання, зберігання часу і еталони часу лежали в основі світової Служби Часу. Точність ходу годинника контролювалася астрономічними спостереженнями. В даний час розвиток фізики привів до створення точніших способів визначення і еталонів часу, які почали використовуватися астрономами для дослідження явищ, що лежали в основі колишніх способів вимірювання часу.

Матеріал висловлюється у вигляді лекції, що супроводжується демонстраціями принципу дії і внутрішнього устрою годинника різного типу.

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 центрі горизонтального майданчика з діленнями (рис. 3.4). Тінь від гномона описує 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 тіні рівномірна (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Горизонтальний сонячний годинник.

Кути, відповідні кожній годині, мають різну величину і 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 громіздкі і «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 році 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 році в СРСР виникла ідея створення атомного годинника – «Державного первинного еталону часу і частоти». Вони були встановлені в науково-дослідному інституті 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 швидкості 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 формі 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 і багато що інше. Календарі відповідають на питання: «Яке сьогодні число?», «Який день тижня?», «Коли відбулося те або інша подія?» і дозволяють регулювати і 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.