Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Школа № 3 имени Героя России Сергея Медведева»

Республика Хакасия, город Саяногорск

Методическая разработка

«АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ»

Автор:

учитель физики и астрономии

Версткин Сергей Анатольевич

2020

Для опытов понадобятся предметы, которые есть дома почти у каждого.

Никакого вреда здоровью выполнение данных экспериментов не причинит,

поэтому их смело можно проводить с детьми.

Почему мы наблюдаем затмения? Почему на Земле меняются времена

года? Как вращение влияет на форму планеты? Ответ на эти вопросы

зачастую

бывает

намного

проще,

чем

кажется.

Предлагается

пять

экспериментов, которые помогут разобраться в некоторых тонкостях

астрономии.

1.

Измеряем диаметр Солнца и Луны

Нам понадобится: обувная коробка, алюминиевая фольга, скотч, лист

белой бумаги, линейка, булавка или иголка, солнечный свет.

Для начала необходимо создать камеру-обскуру. Для этого:

- берем обувную коробку, в центре торцевой стороны вырезаем квадрат 2x2

см;

- заклеиваем вырез алюминиевой фольгой;

- протыкаем фольгу булавкой;

- на противоположную от вырезанного квадрата сторону помещаем лист

белой бумаги - экран.

Камера-обскура готова. Теперь измеряем длину коробки от отверстия до

листа бумаги, после направляем край с фольгой в сторону Солнца (помним,

смотреть на Солнце без солнечных очков не рекомендуется).

Если мы сделаем все правильно, то на листе бумаги появится перевернутое

изображение Солнца, измеряем его диаметр линейкой.

Рис.1 Обувная коробка становится астрономическим устройством

При помощи нехитрых математических вычислений можно рассчитать

размер Солнца:

Диаметр

нашей

звезды

=

диаметр

полученного

изображения

÷

расстояние от отверстия до листа белой бумаги X расстояние от Солнца

до Земли (149 600 000 км).

По такой же формуле можно вычислить и диаметр Луны, используя

расстояние от Земли до Луны (384 400 км).

Когда закончим, сверимся с результатами в Сети, чтобы понять, насколько

оказались близки к правильному ответу. Чем больше окажется расстояние от

фольги до экрана, тем точнее будут расчеты.

2.

Как вращение влияет на форму планет?

Нам понадобится: палка, листы картона, ножницы, линейка, клей и

циркуль.

Планеты — не идеальные шары. Они немного сплюснуты у полюсов и

более выпуклы на экваторе. Тела деформируются таким образом, потому что

они вращаются вокруг своей оси. Проведем опыт.

Для начала нужно построить модель планеты. Из картона вырезаем три

диска — два диаметром 4 см (назовем их А и В), и один — 3 см (назовем С).

Делаем отверстия в центре дисков A и C, необходимо, чтобы диски плотно

“сидели” на палке, поэтому отверстия должны быть соответствующими.

Затем делаем отверстие в центре диска B, так, чтобы он мог легко двигаться

вдоль палки.

Рис.2 Вращаясь, «планета» превращается в сплюснутый сфероид

Теперь вырезаем из картона восемь полос, каждая размером 1,25x30 см.

Приклеиваем концы полосок по краям диска A, чтобы они напоминали лапы

паука. Затем помещаем диск на палку.

Снизу надеваем диск C и поднимаем его немного вверх. Добиваемся,

чтобы он находился на расстоянии 15 см от A. Диск C будет обозначать

центр планеты.

Наконец, под диск C помещаем диск B и приклеиваем концы картонных

полосок по краям B, как это показано на рисунке. Стремимся, чтобы диск B

легко перемещался вдоль палки. Модель планеты готова.

Возьмем палку вертикально обеими руками и начнем вращать ее.

Постепенно изменяем скорость вращения и наблюдаем, что происходит. Чем

быстрее происходит вращение, тем более выпуклой на экваторе становится

«планета».

3.

Моделируем размер Солнечной системы

Нам понадобится: картон, ножницы, циркуль и рулон туалетной бумаги.

Размеры планет в Солнечной системе и расстояния между ними трудно

вообразить, однако этот эксперимент поможет понять, насколько наша

система огромна.

Возьмем картон и нарисуем на нем восемь кругов. Круг обозначает

отдельную планету Солнечной системы, поэтому для соблюдения масштаба

используем шкалу радиусов в таблице ниже (обозначим каждый круг

соответствующим названием планеты).

Рис.3

В качестве точки отсчета радиуса мы берем радиус Земли. То есть радиус

нашей планеты, который составляет в реальности 6 370 км, в модели будет

равен 1 см (радиус Солнца исключим, так как в этом масштабе он будет

составлять 2,2 м).

Для представления расстояний между планетами мы будем использовать

туалетную бумагу, так как она разделена на листы одинакового размера.

Один лист туалетной бумаги будет равен расстоянию от Солнца до

Меркурия.

Теперь, что касается таблицы, размещенной ниже, чтобы внести ясность.

Она состоит из пяти колонок. Первая колонка — это название планеты.

Вторая и третья — настоящий радиус планеты и тот, который необходимо

вырезать в сантиметрах. Четвертая и пятая — реальная дистанция от

космического тела до Солнца и та, которую необходимо соблюдать в своей

модели (выражается в количестве листов туалетной бумаги). Например,

Меркурий. Его реальный радиус 2 440 км, тот, который нам необходим в

качестве модели — 0,38 см. Расстояние, которое разделяет Меркурий и

Солнце составляет 58 млн.км, расстояние, которое необходимо соблюдать в

модели — 1 лист туалетной бумаги.

Название

планеты

Радиус планеты,

км

Радиус модели

планеты, см

Расстояние до

Солнца, млн.км

Расстояние до

Солнца, листов

бумаги

Меркурий

2 440

0,38

58

1

Венера

6 050

0,95

108

1,9

Земля

6 370

1

150

2,6

Марс

3 390

0,53

228

3,9

Юпитер

69 910

10,97

778

13,4

Сатурн

58 230

9,14

1 433

24,7

Уран

25 360

3,98

2 877

49,6

Нептун

24 620

3,86

4 498

77,6

Круги вырежем в соответствии с таблицей, затем приступим к измерению

расстояния. Разворачиваем туалетную бумагу и отрываем необходимое

количество листов для каждой планеты, как показано в таблице. Масштаб

впечатляет!

На полу лишь часть Солнечной системы. Если мы включим в нашу модель

Облако Аорта — “дом” для долгопериодических комет, нам понадобится еще

около 250 000 листов туалетной бумаги.

4.

Почему на Земле меняются времена года

Нам понадобится: лампа (будет обозначать Солнце), апельсин (Земля),

карандаш или фломастер, шпажка.

На Земле четыре времени года: зима, весна, лето, осень. Известно, что

причина смены сезонов — наклон земной оси по отношению к плоскости

эклиптики и вращение Земли вокруг Солнца. Почему так происходит?

Насадим апельсин на шпажку и нарисуем на фрукте линию экватора, как

показано на рисунке ниже. Теперь войдем в комнату, где единственным

источником света будет настольная лампа (лучше, если эта лампа будет без

абажура).

Рис.4 Тень на апельсине - это ночная сторона

Поднесем апельсин к свету так, чтобы освещена была лишь половина

фрукта. После придадим ему такой же угол наклона, как у оси вращения

Земли — 23,5°.

В точке A к лампе наклонена верхняя часть апельсина. Из-за угла падения

лучей северное полушарие начинает получать больше “солнечной энергии”,

что обеспечивает больший нагрев. На севере наступает лето, а на юге зима.

Противоположная картина наблюдается в точке C, когда наш апельсин

находится на другой стороне от лампы. Теперь больше “солнечной энергии”

начинает получать нижняя часть апельсина — южное полушарие, здесь

наступает лето, в северное приходит зима.

В точках B и D оба полушария получают примерно одинаковое

количество энергии, и к ним поступает одинаковое количество тепла. В этих

точках угол падения солнечных лучей на поверхность меньше, чем летом, но

больше, чем зимой.

Рис.5

5.

Почему происходят затмения?

Нам понадобится: настольная лампа, два шара разных размеров:

маленький для Луны и большой для Земли.

Одно из самых удивительных астрономических явлений, которое можно

наблюдать на небе — солнечное и лунное затмения. Но почему они

происходят?

Когда Луна вращается вокруг нашей планеты, она периодически

оказывается между Землей и Солнцем. Спутник закрывает собой часть

солнечного света и отбрасывает тень на поверхность планеты, наступает

солнечное затмение.

Включим лампу в темной комнате, разместим большой шар («Землю») на

расстоянии нескольких метров от лампы. Возьмем маленький шар («Луну») и

поместим его примерно на 20 см ближе к лампе, чтобы наш «спутник» смог

отбрасывать тень на поверхность «планеты».

Рис.6

Мы получим маленькую тень, которая объясняет, почему солнечное

затмение можно наблюдать лишь в определенной местности. Ширина тени

Луны на земной поверхности обычно не превышает 270 км, поэтому

солнечное затмение можно увидеть только в узкой полосе на пути тени. Так

как наш спутник обращается по эллиптической орбите, расстояние между

ним и Землей в момент затмений разнится, поэтому диаметр пятна лунной

тени на поверхности планеты различается.

Этот же опыт можно использовать и для визуализации лунных затмений.

Чтобы провести эксперимент, разместим «Луну» позади «Земли». Наша

«планета» начнет отбрасывать тень на свой «спутник».