Основное содержание работы составляет исследование солнечного и местного времени в Самарской области.
Ключевые слова: солнечное время, звездное время, поясное время, атомное время, солнечные часы.
Который час? Как часто мы задаем этот вопрос. Но что же это такое?
Время — это то, с чем мы имеем дело каждый день и характеризуем как прошлое, настоящее и будущее. Главное свойство времени состоит в том, что оно длится, течет безостановочно, как река, только вперед из прошлого в будущее. Пространство можно оградить, но время остановить невозможно. Представление о времени формировалось в процессе занятий астрономией, в процессе наблюдения за небесными светилами — это астрономическое время. С развитием электроники возникло атомное время.
Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без соприкосновения со временем. Точного определения времени в современной науке еще не сформировано.
Актуальность работы:современная наука и техника нуждается в исследованиях времени.
Цель работы — определить соотношение солнечного и местного времени в Самарской области.
Задачи:
- Рассмотреть различные модели времени и использование их в науке и жизни человека.
- Изготовить солнечные часы.
- Измерить солнечное время и сравнить его с местным.
Место исследования: измерение времени будем проводить в Самарской области на Черновском водохранилище в садоводческом товариществе «Черные зори».
В астрономии время делится на звёздное время, солнечное время и поясное .
Звездное время. Сдавних времен люди наблюдали за звездами. По звездам ориентировались капитаны кораблей в открытом море и проводники караванов в пустыни, звезды помогали не сбиться с пути путешественникам. Появилось выражение «путеводная звезда» как синоним надежности.
Выберем любую звезду и зафиксируем ее положение на небе. На том же самом месте звезда появится через сутки, точнее через 23 часа 56 минут. Сутки, измеренные относительно далеких звезд, называются звездными [1].
Небесная сфера используется как часы. Но в этих часах циферблатом служит звёздное небо, а стрелкой — небесный меридиан. Часы не совсем обычные: в них неподвижна стрелка, а циферблат вертится вокруг полярной звезды (см. рис. 1).
Полярная звезда находится над Северным полюсом мира и поэтому почти неподвижна при суточном вращении звёздного неба. Она очень удобна для ориентирования.
Рисунок 1. Звездное время
Звёздные сутки подразделяют на звёздные часы, минуты и секунды. Знание звёздного время необходимо при различных астрономических наблюдениях, а также в геодезических измерениях, навигации и других работах, связанных с наблюдениями небесных светил. В практической жизни оно неудобно, так как не согласуется со сменой дня и ночи. Поэтому на практике употребляется солнечное время.
Солнечное время — это вращение Земли вокруг своей оси относительно центра Солнца (см. рис. 2). Основная единица солнечного времени — сутки.
Измерение времени согласовано со сменой дня и ночи, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Земля осуществляет один оборот за сутки, то есть за 24 часа, в каждый час по 15° [1].
Рисунок 2. Солнечное время
Пользоваться солнечным временем, которое в каждом пункте разное, в повседневной жизни практически невозможно.
Поясное время. Во всем мире пользуются поясным временем. Для этого земной шар условно разделили меридианами на 24 полосы (по количеству часов в сутках) — на часовые пояса. Внутри пояса все часы стали показывать одно и то же время, а в соседних поясах показания их отличались на 1 ч.
Территория нашей страны очень велика, и поэтому в России целых одиннадцать часовых поясов (см. рис. 3). Границы поясов проведены не строго по меридианам, а с учётом близ расположенных административных границ, крупных рек, транспортных магистралей. В противном случае многие единые административные образования оказались бы в разных часовых поясах [3].
Рисунок 3. Поясное время
В повседневной жизни используется поясное (местное) время, которое отличается от солнечного. Солнечное время «течет» плавно в отличие от поясного, которое двигается скачками на границах часовых поясов. При пересечении границы часового пояса мы переводим часы на 1 ч.
Атомное время. Развитие электроники позволило получить принципиально новую, независимую от астрономических наблюдений систему счёта времени, основанную на применении высокоточных кварцевых часов. Это атомное время . В основе него находятся электромагнитные колебания атомов. Атомное время измеряется в лаборатории точного времени.Атомные часы являются самым точным прибором для измерения времени, который только существует в мире. На рисунке 4 показаны стронциевые атомные часы [2].
Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, самолётов, подводных лодок, спутниковая связь (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) невозможны без атомных часов. Атомные часы используются службами точного времени, которые периодически транслируют временные сигналы по радио для коррекции времени.
Измерение солнечного времени. Изготовление солнечных часов. Для измерения солнечного времени применяют солнечные часы. Они бывают: экваториальные, горизонтальные, вертикальные. Принцип работы солнечных часов чрезвычайно прост. Он основывается на движении Солнца по небосклону.
Изготовим наиболее простые экваториальные солнечные часы. У таких солнечных часов плоскость кадрана (циферблата) параллельна экватору и повернута к полярной звезде, а гномон (та часть, которая отбрасывает тень), обычно представляющий собой металлический стержень, перпендикулярен циферблату. Разметка часов на циферблате — каждые 15 градусов. Схема экваториальных солнечных часов показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Схема экваториальных солнечных часов
На куске фанеры расчерчиваем циферблат с делением по часовым секторам каждые 15 градусов (см. рис. 6).
Рисунок 6. Циферблат солнечных часов
В центр циферблата перпендикулярно вставляем штырь (гномон) — металлическую спицу. Гномон выполняет функцию стрелки, а отбрасываемая им тень показывает время. Теперь нужно правильно часы установить.
Изготавливаем подставку . Готовому циферблату придаем угол наклона при помощи подставки. Угол наклона определяется для каждой местности отдельно и равен 90º минус широта местности, где устанавливаются часы. Широту местности определяем по интерактивной карте.
Интерактивная карта с координатами содержит метку. Метку переносим на Черновское водохранилище. Широта местности составляет 53,1°. Угол наклона составляет 90°-53,1°=36,9°. Найдя угол наклона циферблата, изготавливаем подставку (см. рис. 7).
Рисунок 7. Подставка солнечных часов
Устанавливаем на подставку циферблат. Ориентируем его на местности, направляя, теперь уже наклонную стрелку на север.
Определение севера. Направление на север будем определять по тени от гномона. Самая короткая тень от гномона — это астрономический полдень, она определяет направление на север. Это происходит, когда солнце находится в зените и указывает на 12 часов солнечного времени.
Установим горизонтально лист фанеры с помощью уровня. В центр вставим гномон перпендикулярно листу фанеры. Наблюдение проводим с 11:50 по 13:00. Каждые 10 минут отмечаем на листе фанеры длину тени от гномона. Сначала длина тени уменьшается, затем начинает увеличиваться. Определяем, что самая короткая тень в районе от 12:30 до 12:40. На следующий день в этом промежутке времени отмечаем длину тени каждую минуту. Конец самой короткой тени соединяем с центром гномона. Это и будет направление на север (см. рис. 8).
Рисунок 8. Определение направления на север
На линии «север» делаем два фиксатора, по которым и устанавливаем солнечные часы (см. рис. 9).
Рисунок 9. Солнечные часы
Определение солнечного времени и сравнение его с местным временем.
Часы располагаем на участке, куда всегда попадают солнечные лучи. После установки солнечных часов приступаем к замеру времени солнечного и местного. Замеры солнечного времени можно производить только в солнечную погоду. Замеры времени производим в 9:00; 12:00 и 18:00 в течение нескольких дней. Когда солнечные часы показывают 9:00, 12:00 и 18:00 (см. рис. 8), смотрим на ручные часы и записываем время.
Данные заносим в таблицу.
Таблица 1
Солнечное и местное время в сравнении
|
Дата |
Время солнечное |
Время местное |
Разница, мин |
|
12.06.21 |
9:00 |
9:38 |
38 |
|
12:00 |
12:37 |
37 |
|
|
18:00 |
18:37 |
37 |
|
|
15.06.21 |
9:00 |
9:35 |
36 |
|
12:00 |
12:37 |
37 |
|
|
18:00 |
18:38 |
38 |
|
|
18.06.21 |
9:00 |
9:40 |
39 |
|
12:00 |
12:37 |
37 |
|
|
18:00 |
18:35 |
35 |
|
|
19.06.21 |
9:00 |
9:39 |
39 |
|
12:00 |
12:37 |
37 |
|
|
18:00 |
18:37 |
37 |
|
|
21.06.21 |
9:00 |
9:35 |
35 |
|
12:00 |
12:38 |
38 |
|
|
18:00 |
18:38 |
38 |
|
|
22.06.21 |
9:00 |
9:40 |
39 |
|
12:00 |
12:37 |
37 |
|
|
18:00 |
18:35 |
36 |
Находим разницу местного и солнечного времени. Из-за погрешности при изготовлении и установке солнечных часов, разница во времени колеблется от 36 до 39 минут. Определяем среднюю разницу солнечного и местного времени.
Вывод: Средняя разница солнечного и местного времени в Самарской области составляет 37 минут.
Из-за протяженности часовых поясов разница во времени солнечного и поясного будет разной в разных местах часового пояса. На циферблате часов, когда солнечное время показывает 12:00, делаем отметку времени в 12:37, что соответствует 12:00 местного времени. От этой отметки размечаем циферблат местного времени с делением по часовым секторам 15°. Солнечные часы покрываем лаком, чтобы уберечь от влаги. На солнечных часах одновременно можем наблюдать и солнечное и местное время (см. рис. 10), а также солнечные часы являются украшением дачного участка.
Рисунок 10. Часы солнечного и местного времени
В заключение отметим, что цель нашего исследования достигнута. Мы определили, что средняя разница солнечного и местного времени в Самарской области составляет 37 минут. Ход времени зависит от выбранной системы отсчета времени. Каждая система отсчета времени формировалась в разные времена и служит выполнению задач в разных направлениях науки и жизни человека. Ход времени зависит от выбранной системы отсчета времени.
Звездное время применяют в астрономии для изучения космических объектов. Всё живое на нашей планете живет по истинному солнечному времени. Поясное время помогает нам решать практические вопросы — не опаздывать в школу, на работу, на поезд. Атомное время используют в GPS-навигации. Также существует квантовая система времени, в которой время течет не только вперед и назад, но и в обоих направлениях. С развитием науки идет и развитие систем времени. Все загадки времени еще не разгаданы. Разгадать часть из них предстоит нашему поколению.
Литература:
- Википедия: wikipedia.org
- ПостНаука: postnauka.ru/fag/6836
- Энциклопедия: WikiWhat.ru
