Metodika prepodavaniya dvizheniya nebesnyh svetil
| << Predydushaya |
Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy.
Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy yavlyayutsya poslednim iz treh priborov predlagaemoi nami sistemy naglyadnyh posobii dlya izucheniya vvodnyh voprosov shkol'nogo kursa astronomii.
Sozdanie takogo posobiya okazalos' neobhodimym potomu, chto voprosy izmereniya vremeni, kotorye yavlyayutsya naibolee vazhnymi i trudno ponimaemymi shkol'nikami, sovershenno ne illyustriruyutsya nikakimi posobiyami, posvyashennymi tol'ko etim voprosam.
Pri izuchenii sistem scheta vremeni v kurse astronomii inogda ispol'zuyutsya solnechnye chasy razlichnogo konstruktivnogo ispolneniya. Oni pozvolyayut prodemonstrirovat' shkol'nikam kachestvennuyu i kolichestvennuyu svyaz' mezhdu vidimym polozheniem istinnogo Solnca na nebosvode i znacheniem istinnogo solnechnogo vremeni. Odnako v takoi demonstracii nuzhdayutsya i drugie sistemy scheta vremeni (srednesolnechnaya, zvezdnaya), perehod k kotorym ot istinnogo solnechnogo vremeni my osushestvlyaem s pomosh'yu sootvetstvuyushih popravok.
Odnako vse vvodimye popravki ne otlichayutsya naglyadnost'yu, a analiticheskii harakter vvedeniya ih zatrudnyaet prostoe n chetkoe ponimanie voprosov izmereniya vremeni i sootnoshenii mezhdu razlichnymi sistemami izmereniya ego.
Predlagaemye uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy pozvolyayut ne tol'ko naglyadno pokazat' svyaz' mezhdu dvizheniyami razlichnyh svetil i izmereniem vremeni, no i, opirayas' na znanie ekvatorial'nyh koordinat ih, opredelit' odnovremenno vremya v razlichnyh sistemah scheta ego. Etim samym raskryvaetsya smysl vvodimyh analiticheskih popravok.
Sleduet yasno predstavlyat', chto uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy ne presleduyut tochnogo kolichestvennogo resheniya zadach sluzhby vremeni, no pozvolyayut yasno ponyat' smysl izmereniya vremeni i svyazei mezhdu ego znacheniyami v razlichnyh sistemah scheta ego. Eto vspomogatel'nyi pribor, illyustriruyushii smysl izmereniya i svyazi vremeni i dayushih ih znacheniya s dostatochnoi dlya nuzhd shkol'noi vizual'noi nablyudatel'noi astronomii tochnost'yu.
Uchebnye universal'nye chasy mogut naiti shirokoe primenenie v shkolah, planetariyah, narodnyh observatoriyah - vezde, gde neobhodimo znakomstvo s sistemami scheta vremeni v svyazi s sutochnymi dvizheniyami nebesnyh svetil.
 |
| Ris. 5 |
Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy imeyut sleduyushee ustroistvo: (ris. 5): na osnovanii (1) krepitsya stoika (2), v verhnei chasti kotoroi imeetsya paz dlya plashki (3), otverstie dlya vinta ustanovki shirot (4) i vytochka dlya krepleniya shkaly shirot (5). Skvoz' plashku prohodit polaya os' (6), na nizhnem konce kotoroi ustanovlen elektrodvigatel' s reduktorom (7). Na verhnem konce poloi osi zhestko zakreplen krug chasovyh uglov (8), izgotovlennoi iz organicheskogo stekla ili drugogo prozrachnogo plastika. Vnutri poloi osi prohodit os' chasov (9), soedinennaya s elektrodvigatelem i reduktorom. Sistema elektrodvigatel'-reduktor obespechivaet vrashenie osi chasov so skorost'yu 1 ob/sutki.
Na osi chasov vplotnuyu k krugu chasovyh uglov zhestko zakreplen krug pryamyh voshozhdenii (10). Krome togo, na osi chasov imeetsya shkala sklonenii (11) s dvumya strelkami-ukazatelyami (12, 13).
Strelka-ukazatel' velichin pryamyh voshozhdenii i chasovyh uglov svetil (13) zakreplena zhestko u osnovaniya shkaly i, poetomu, mozhet vrashat'sya vmeste s nei tol'ko vokrug osi chasov, ostavayas' vse vremya v ploskosti kruga pryamyh voshozhdenii.
Strelka-ukazatel' polozheniya svetila (12) podvizhna otnositel'no shkaly i mozhet vrashat'sya vokrug osi (14), ostavayas' v ploskosti shkaly sklonenii. Fiksirovanie ee polozheniya osushestvlyaetsya ee vintom (15).
Kreplenie shkaly sklonenii takovo, chto ona vmeste so strelkami-ukazatelyami mozhet vrashat'sya vokrug osi chasov nezavisimo ot kruga pryamyh voshozhdenii. Pri rabotayushem elektrodvigatele proishodit sinhronnoe vrashenie kruga pryamyh voshozhdenii v ego ploskosti i shkaly sklonenii so strelkami-ukazatelyami.
Po krayu kruga chasovyh uglov nakleen bortik (16), na kotorom prostavleny velichiny chasovyh uglov ot 0 do 24 chasov. Cifry prostavlyayutsya takim obrazom, chtoby ploskost' vrasheniya osi chasov vmeste s plashkoi vokrug vinta ustanovki shirot prohodila cherez cifry 0 i 12 chasov.
Na kruge pryamyh voshozhdenii narisovana shkala ih ot 0 do 24 chasov. Ot centra kruga k nulevomu deleniyu provedena strelka (17), kotoraya vposledstvii budet orientirovat'sya v napravlenii tochki vesennego ravnodenstviya. Po krayu etogo kruga takzhe nakleen bortik (18), na kotorom prostavleny daty goda. Oni sootvetstvuyut pryamym voshozhdeniyam srednego ekvatorial'nogo Solnca v eti momenty vremeni. V odinakovye kalendarnye daty razlichnyh let pryamye voshozhdeniya srednego ekvatorial'nogo solnca otlichayutsya neznachitel'no, i v uchebnyh celyah etimi razlichiyami mozhno vpolne prenebrech'.
 |
| Ris. 6 |
Na bortik kruga pryamyh voshozhdenii nadevaetsya ploskaya nasadka (19) - ris. 6 - plastinka iz prozrachnogo plastika. Na nei krepitsya neskol'ko strelok, kotorye sluzhat dlya otscheta razlichnyh znachenii vremeni: istinnogo solnechnogo, grazhdanskogo srednesolnechnogo (mestnogo), poyasnogo, dekretnogo, moskovskogo, vsemirnogo i t.d. po usmotreniyu pedagoga.
Strelka Tsr zakreplyaetsya primerno v centre nasadki. Strelka dlya otscheta istinnogo solnechnogo vremeni mozhet peremeshat'sya vdol' po krayu nasadki. Ee ustanovka v zavisimosti ot velichiny uravneniya vremeni na dannuyu datu pozvolyaet nahodit' chasovoi ugol istinnogo Solnca, a znachit i istinnoe solnechnoe vremya. Vozmozhno reshenie i obratnoi zadachi - po nablyudaemomu polozheniyu Solnca v opredelennyi moment po dekretnomu vremeni mozhno opredelit' velichinu uravneniya vremeni v interesuyushuyu nas datu.
Dlya lyubogo punkta territorii Sovetskogo Soyuza, v lyuboe vremya sutok i goda raznica mezhdu mestnym i dekretnym znacheniyami vremeni est' velichina postoyannaya. Ee mozhno opredelit' iz sootnosheniya:
D t = Tg - Tm = n2 + 12 - l
Kak vidno D t zavisit tol'ko ot nomera chasovogo poyasa i ot dolgoty naselennogo punkta. Dlya Moskvy, naprimer:
D t = 22 + 12 - 2ch 30m = 0ch 30m
Poetomu strelka dlya otscheta dekretnogo vremeni ustanavlivaetsya dlya kazhdogo punkta v opredelennom meste tak, chtoby raznica mezhdu pokazaniyami strelok Tg i Tm ravnyalas' zaranee vychislennoi popravke D t dlya mesta nablyudeniya.
Sovershenno analogichno krepitsya strelka dlya otscheta vsemirnogo vremeni. Mozhno dopolnitel'no vvesti ukazateli moskovskogo, poyasnogo i dr. znachenii vremeni.
Zvezdnoe vremya otschityvaetsya s pomosh'yu strelki (20), ukreplennoi na bortike kruga chasovyh uglov. Otschet proizvoditsya po shkale pryamyh voshozhdenii. Fakticheski eta strelka pokazyvaet velichinu chasovogo ugla tochki vesennego ravnodenstviya, t.e. velichinu zvezdnogo vremeni.
Rabota s chasami.
Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy dlya raboty ustanavlivayutsya opredelennym obrazom. Prezhde vsego, s pomosh'yu vinta ustanovki shirot i shkaly shirot neobhodimo ustanovit' ugol naklona osi chasov k ploskosti gorizonta, ravnym geograficheskoi shirote naselennogo punkta, v kotorom provodyatsya nablyudeniya. Dlya Moskvy, naprimer, etot ugol raven 56œ. Chasy dolzhny byt' ustanovleny takim obrazom, chtoby ploskost' vrasheniya osi chasov vokrug vinta ustanovki shirot sovpadala s ploskost'yu nebesnogo meridiana. Dlya etogo na osnovanii chasov narisovany dve strelki, oboznachayushie napravleniya na sever i na yug. Oni pozvolyayut s pomosh'yu kompasa osushestvit' priblizhennoe orientirovanie chasov. V etom sluchae os' chasov okazhetsya napravlennoi na severnyi polyus mira, a ploskosti krugov budut opredelyat' polozhenie ploskosti nebesnogo ekvatora. Chasy gotovy k rabote.
V opredelennyi moment dekretnogo vremeni (naprimer, 10 chasov) krug pryamyh voshozhdenii ustanavlivaetsya takim obrazom, chtoby strelka pokazyvala pravil'noe vremya (v dannom sluchae strelka dolzhna stoyat' protiv cifry 10 chasov). Vklyuchaetsya elektrodvigatel'. V lyuboi posleduyushii moment vremeni chasy dayut vozmozhnost' ne tol'ko srazu uznat' vremya v razlichnyh sistemah scheta ego, no i, chto yavlyaetsya dlya shkoly osobenno vazhnym, pokazat', kakim obrazom eti znacheniya vremeni svyazany mezhdu soboi i s vidimymi sutochnymi dvizheniyami zvezd i Solnca. Eto okazyvaetsya vozmozhnym blagodarya nalichiyu strelok-ukazatelei (oni mogut byt' sorientirovany v napravlenii istinnogo Solnca, srednego Solnca, srednego ekvatorial'nogo Solnca, tochki vesennego ravnodenstviya i t. d.) i pravil'noi orientirovki chasov po storonam sveta.
V kachestve chasovogo privoda v uchebnyh universal'nyh astronomicheskih chasah mozhet ispol'zovat'sya lyuboi chasovoi mehanizm (v nashem sluchae - elektrodvigatel' s reduktorom).
Netrudno videt', chto predlagaemye chasy yavlyayutsya sleduyushim shagom po puti uslozhneniya sravnitel'no prostoi i ponyatnoi modeli ekvatorial'nyh koordinat. Vvedenie dopolnitel'nyh shkal pozvolilo ne tol'ko sushestvennym obrazom uprostit' "privyazku" posobiya k nebosvodu, no i reshat' ryad interesnyh zadach prakticheskogo haraktera.
Deistvitel'no, dlya "privyazki" modeli ekvatorial'nyh koordinat my dolzhny byli znat' napravlenie libo na tochku vesennego ravnodenstviya, libo na kakoi-to ob'ekt s izvestnymi ekvatorial'nymi koordinatami.
"Privyazka" chasov osushestvlyaetsya gorazdo proshe - po izvestnoi date i vremeni nablyudeniya. V etom plane mozhno provesti daleko idushuyu analogiyu ih s podvizhnoi kartoi zvezdnogo neba, "mehanizm" raboty kotoroi chasy pozvolyayut prosledit' ne na ploskosti, a v prostranstve.
Poskol'ku na chasah est' strelka - ukazateli dekretnogo, poyasnogo, moskovskogo i t. d. znachenii vremeni, polozhenie kotoryh dlya dannogo naselennogo punkta opredeleno zaranee, to stanovitsya vozmozhnoi - rabota ne tol'ko v naibolee udobnoi sisteme izmereniya vremeni, no i v lyuboi drugoi. Eto delaet rabotu s chasami bolee udobnoi po sravneniyu s podvizhnoi kartoi zvezdnogo neba, kotoraya pozvolyaet rabotat' v tom vide, v kotoroi ona izdaetsya tol'ko v sisteme mestnogo vremeni. Eto ne sovsem udobno, ibo dlya nekotoryh mest territorii Sovetskogo Soyuza raznica mezhdu mestnym i dekretnym znacheniyami vremeni mozhet byt' poryadka odnogo chasa.
Kak izvestno, moment vremeni nablyudeniya mozhet zadavat'sya dvoyako: libo znachenie srednesolnechnogo vremeni v odnoi iz sistem scheta ego i datoi nablyudeniya, libo tol'ko znacheniem zvezdnogo vremeni. Principial'nyh razlichii v rabotu s chasami eto ne vnosit, i poetomu v dal'neishem eti momenty my ne budem ogovarivat' osobo.
Uprazhneniya s chasami.
1. Chasy pozvolyayut opredelit' napravlenie na lyuboi ob'ekt s izvestnymi ekvatorial'nymi koordinatami v lyuboi moment vremeni. Dlya etogo na shkale ekvatorial'nyh koordinat chasov ustanavlivaetsya ih znachenie dlya dannogo ob'ekta. Krug chasovyh uglov s pravil'no raspolozhennymi na nem strelkami vremeni neobhodimo vrashat' do teh por, poka protiv sootvetstvuyushei daty ne vstanet chislo, pokazyvayushee vremya v dannyi moment v zadannoi sisteme izmereniya ego. Togda strelka-ukazatel' polozheniya svetila pokazhet napravlenie na nego.
2. Uchebnye chasy pozvolyayut opredelit' vremya voshoda, kul'minacii svetila, esli izvestny ego ekvatorial'nye koordinaty. Dlya etogo na shkale ekvatorial'nyh koordinat ustanavlivaem ih znacheniya i vrashaem krug chasovyh uglov do teh por, poka strelka-ukazatel' polozheniya svetila ne budet lezhat' v ploskosti gorizonta ili v ploskosti nebesnogo meridiana. V pervom sluchae v zavisimosti ot ee napravleniya protiv daty otschityvaem vremya voshoda ili zahoda, vo vtorom sluchae - vremya kul'minacii. Ishodya iz etogo, mozhno opredelit' vremya nahozhdeniya svetila nad gorizontom (dlya solnca - prodolzhitel'nost' dnya) ili pod gorizontom (prodolzhitel'nost' nochi)
3. Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy pozvolyayut opredelyat' velichinu uravneniya po nablyudaemomu polozheniyu Solnca v opredelennyi moment vremeni v kakoi-libo iz sistem scheta ego.
Poskol'ku h = tsr – t¤
to dlya opredeleniya velichiny uravneniya vremeni nam neobhodimo naiti chasovye ugly istinnogo i srednego solnc. Velichinu tsr my schityvaem po shkale chasovyh uglov protiv strelki Tsr na predvaritel'no ustanovlennyh na moment nablyudeniya chasah. Dlya togo chtoby opredelit' t¤ , napravlyaem strelku-ukazatel' polozheniya svetila pryamo na Solnce (eto udobnee i tochnee vsego mozhno sdelat', nablyudaya za velichinoi teni ot strelki). Togda velichinu t¤ takzhe mozhno otschitat' po shkale chasovyh uglov. Raznica naidennyh znachenii tsr i t¤ i daet velichinu uravneniya vremeni na dannuyu datu.
4. Mozhno predlozhit' ryad interesnyh uprazhnenii na sovmestnuyu rabotu s dvumya priborami: model'yu gorizontal'nyh koordinat i uchebnymi universal'nymi astronomicheskimi chasami. Odnovremennaya rabota s etimi priborami pozvolyaet po izvestnym ekvatorial'nym koordinatam ob'ekta opredelit' ego gorizontal'nye koordinaty v opredelennyi moment vremeni. Dlya etogo s pomosh'yu chasov nahodim napravlenie na interesuyushii nas ob'ekt v dannoe vremya. Zatem strelku-ukazatel' ryadom stoyashei i pravil'no sorientirovannoi po storonam sveta modeli gorizontal'nyh koordinat ustanavlivaem parallel'no strelke-ukazatelyu chasov. Ponyatno, chto takaya ustanovka ne budet osobenno tochnoi. No etogo i ne trebuetsya. Predlagaemye posobiya prizvany naglyadno proillyustrirovat' dannye voprosy i priblizhenno reshat' ih, a tochnoe reshenie takih zadach vyhodyat za ramki kursa astronomii v srednei shkole.
Vozmozhno reshenie i obratnoi zadachi - po izvestnym gorizontal'nym koordinatam v kakoi-to moment vremeni ili po nablyudaemomu polozheniyu ob'ekta mozhno opreli lit' ekvatorial'nye koordinaty i otozhdestvit' ego (esli ob'ekt nablyudeniya byl neizvesten) po zvezdnoi karte ili atlasu. Dlya resheniya etoi zadachi pri pomoshi pravil'no ustanovlennoi modeli gorizontal'nyh koordinat opredelyaem napravlenie na ob'ekt vo vremya nablyudeniya. Strelka-ukazatel' chasov, ustanovlennyh na moment nablyudeniya, napravlyaetsya parallel'no strelke—ukazatelyu modeli gorizontal'nyh koordinat. Po imeyushimsya na chasah shkalam ekvatorial'nyh koordinat otschityvaem velichinu pryamogo voshozhdeniya i skloneniya.
Esli napravlenie na svetilo izvestno (svetilo nablyudaemo), to dlya resheniya zadachi net neobhodimosti privlekat' model' gorizontal'nyh koordinat. Strelka-ukazatel' ustanovlennyh na moment nablyudeniya chasov srazu napravlyaetsya na svetilo i po shkalam ih proizvoditsya otschet velichin pryamogo voshozhdeniya i skloneniya.
Esli moment nablyudeniya zadan velichinoi zvezdnogo vremeni, to zadacha reshaetsya sovershenno analogichno. Ustanovka chasov na moment nablyudeniya proizvoditsya vrasheniem kruga chasovyh uglov do teh por, poka protiv strelki dlya otscheta zvezdnogo vremeni ne okazhetsya nuzhnaya cifra.
Rabotu s chasami mozhno sdelat' gorazdo bolee interesnoi i udobnoi, esli na ploskosti kruga pryamyh voshozhdenii narisovat' ili nakleit' kartu zvezdnogo neba. Netrudno pokazat', chto konfiguracii sozvezdii dolzhny byt' na takoi karte zerkal'nymi po otnosheniyu k vidimym.
Uchebnye universal'nye astronomicheskie chasy po ob'emu illyustriruemyh voprosov neskol'ko vyhodyat za predely deistvuyushei shkol'noi programmy. Eto legko ponyat', esli proanalizirovat' osobennosti illyustrirovaniya temy "Izmerenie vremeni". Smysl etih illyustracii zaklyuchaetsya v tom, chtoby uchenik ponyal, kak znanie zakonomernostei vidimyh dvizhenii nebesnyh svetil delaet vozmozhnym organizaciyu sluzhby vremeni. Dlya etogo my dolzhny pokazat', emu, kak kakoe-to polozhenie svetila svyazano s opredelennym znacheniem vremeni. Pri etom takie illyustracii v lyubyh sistemah scheta vremeni budut proishodit' sovershenno odinakovo. Razlichie budet v svetile, vidimoe polozhenie kotorogo sluzhit meroi vremeni v dannoi shkale.
Esli by my izgotovili posobie, illyustriruyushie voprosy izmereniya vremeni tol'ko v ramkah programmy (srednesolnechnye sutki, srednesolnechnoe vremya), to konstrukciya ego byla by nemnogim proshe. Poetomu my sochli vozmozhnym izgotovlenie universal'nyh chasov.
Pedagogicheskii eksperiment pokazal, chto osobenno effektivnoi demonstraciya U.U.A. chasov byvaet posle togo, kak ucheniki poznakomilis' i porabotali s modelyami gorizontal'nyh i ekvatorial'nyh koordinat. V principe eto dostatochno ponyatno, tak kak vse tri pribora postroeny na edinoi metodologicheskoi osnove.
| << Predydushaya |
