Номер 4, страница 226 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Глава 4. Световые явления. Итоги главы 4. Проекты и исследования - номер 4, страница 226.

Условие.

4. «Солнечные часы» (возможная форма: презентация, реферат, опыты, макет).

Решение 2.

Солнечные часы — это один из древнейших приборов, изобретенных человечеством для измерения времени. Их работа основана на видимом движении Солнца по небу в течение дня. В этом материале мы рассмотрим принцип их действия, историю, различные виды, а также инструкцию по созданию простого макета.

1. Принцип работы солнечных часов

Основной принцип работы солнечных часов заключается в отслеживании положения тени, отбрасываемой специальным стержнем — гномоном. Гномон устанавливается на размеченной плоскости, называемой циферблатом или кадранОм. В течение дня Земля вращается вокруг своей оси, что создает иллюзию движения Солнца по небу. Вместе с изменением положения Солнца перемещается и тень от гномона, указывая на часовые деления на циферблате.

Важно понимать, что солнечные часы показывают истинное местное солнечное время, которое может отличаться от стандартного поясного времени, используемого в повседневной жизни. Это различие возникает из-за неравномерности движения Земли по орбите, наклона земной оси и системы часовых поясов.

Ответ: Солнечные часы определяют время по положению тени от гномона, которое изменяется вследствие суточного вращения Земли.

2. История солнечных часов

История солнечных часов насчитывает тысячелетия. Первые упоминания о них встречаются в Древнем Египте и Вавилоне примерно в 1500 году до н.э., где в качестве гномонов использовались огромные каменные обелиски. Древние греки и римляне усовершенствовали этот прибор, создав более точные и разнообразные конструкции. Знаменитый римский архитектор Витрувий описывал около 13 различных типов солнечных часов.

В Средние века солнечные часы были распространены в монастырях для определения времени молитв. Наука о конструировании солнечных часов, гномоника, достигла своего расцвета в эпоху Возрождения. Создавались не только точные, но и богато украшенные часы, которые были настоящими произведениями искусства. С появлением и распространением механических часов в XVII-XVIII веках солнечные часы постепенно утратили свою практическую значимость, но до сих пор остаются популярными в качестве декоративных элементов, учебных пособий и памятников науки.

Ответ: Солнечные часы прошли долгий путь развития от простых обелисков в Древнем Египте до сложных и точных приборов эпохи Возрождения, играя ключевую роль в измерении времени до изобретения механических часов.

3. Основные виды солнечных часов

Существует множество конструкций солнечных часов, которые различаются ориентацией циферблата и гномона.

• Горизонтальные часы: Циферблат расположен на горизонтальной плоскости. Гномон (его часть, отбрасывающая тень, называется полюс) должен быть направлен на Полярную звезду (в Северном полушарии), то есть его угол наклона к горизонтали должен быть равен географической широте места установки ($ \phi $). Часовые метки на таком циферблате нанесены неравномерно.
• Вертикальные часы: Циферблат располагается на вертикальной стене, обычно ориентированной строго на юг. Принцип установки гномона схож с горизонтальными часами, но расчет часовых линий сложнее.
• Экваториальные часы: Считаются наиболее простыми с точки зрения разметки. Их циферблат наклонен так, чтобы быть параллельным плоскости земного экватора. Гномон устанавливается перпендикулярно циферблату. Угол наклона циферблата к горизонтали равен $(90^\circ - \phi)$. Преимущество этой конструкции в том, что часовые деления на циферблате нанесены равномерно, через каждые $15^\circ$ ($360^\circ / 24$ часа).
• Аналемматические часы: В этой оригинальной конструкции роль гномона выполняет сам человек. Часовые метки расположены по эллипсу, а человек должен встать на специальную шкалу дат в центре, чтобы его тень указала правильное время.

Ответ: Основные виды солнечных часов — горизонтальные, вертикальные, экваториальные и аналемматические, различающиеся ориентацией циферблата и гномона, а также сложностью разметки.

4. Как сделать макет экваториальных солнечных часов

Создание простого макета экваториальных часов — увлекательный опыт, который поможет лучше понять их принцип работы.

Материалы: плотный картон или фанера, транспортир, линейка, циркуль, карандаш, ножницы или нож для резки, клей, деревянная шпажка или карандаш для гномона.

Порядок действий:

1. Определите свою широту. Узнайте географическую широту ($\phi$) вашего населенного пункта. Например, для Москвы $\phi \approx 56^\circ$.
2. Создайте циферблат. На листе картона начертите круг. С помощью транспортира разделите его на 24 равных сектора по $15^\circ$ каждый. Пронумеруйте линии от 6 (восток) через 12 (верх) до 18 (запад). Это будут часовые отметки с 6 утра до 6 вечера. Вырежьте круг и сделайте в центре отверстие для гномона.
3. Сделайте подставку. Из картона вырежьте прямоугольное основание и треугольную опору. В опоре один из углов должен быть равен вашей широте $\phi$.
4. Соберите конструкцию. Приклейте треугольную опору к основанию. Затем приклейте циферблат к наклонной стороне опоры (гипотенузе треугольника).
5. Установите гномон. Вставьте шпажку или карандаш в центральное отверстие циферблата так, чтобы он был строго перпендикулярен его плоскости.
6. Настройка и использование. В солнечный день разместите часы на ровной горизонтальной поверхности. С помощью компаса сориентируйте их так, чтобы гномон был направлен на север (в Северном полушарии). Тень от гномона укажет на текущее солнечное время.

Проводя опыты, можно сравнить показания ваших часов с обычными и проследить, как меняется разница в течение года. Эта разница называется уравнением времени.

Ответ: Для создания макета экваториальных солнечных часов нужно изготовить циферблат с равномерными делениями, установить его под углом $(90^\circ - \phi)$ к горизонту и вставить перпендикулярный гномон, направив его на север.

5. Уравнение времени и точность часов

Как упоминалось, солнечные часы показывают истинное солнечное время, а наши наручные или настенные часы — среднее гражданское время. Расхождение между ними складывается из нескольких факторов:

• Уравнение времени: Это разница между истинным и средним солнечным временем, возникающая из-за эллиптической формы орбиты Земли и наклона её оси вращения. В течение года эта поправка изменяется в пределах от -14 до +16 минут.
• Долгота: Гражданское время одинаково для всего часового пояса, а солнечное время зависит от конкретной долготы места.
• Летнее время: Перевод часов на летнее время вносит дополнительное расхождение в один час.

Таким образом, для получения точного гражданского времени по солнечным часам необходимо вносить соответствующие поправки.

Ответ: Точность солнечных часов ограничена, а их показания (истинное солнечное время) отличаются от гражданского времени из-за уравнения времени, разницы в долготе и перехода на летнее время.