Тема 13.Измерение малых промежутков времени

ИИСС «Планетарий»
Урок 13. Измерение малых промежутков времени
(сутки, час, секунда)
Тема. Измерение малых промежутков времени (сутки, часы).
Цели урока.
Учащиеся должны усвоить:
1. Понятия: звездные сутки, истинные солнечные сутки, средние солнечные сутки, уравнение времени, местное время, всемирное время, географическая долгота, поясное
время, летнее время, декретное время.
2. Причины различия в продолжительности звездных суток и солнечных суток.
3. Принципы определения географической долготы.
4. Соотношения между всемирным и поясным временем; поясным временем и летним;
поясным временем и декретным.
Основные понятия. Звездные сутки, истинные солнечные сутки, средние солнечные сутки, уравнение времени, местное время, всемирное время, географическая долгота, поясное
время, летнее время, декретное время.
Демонстрационный материал. Иллюстрации. Модели.
Самостоятельная деятельность учащихся. Выполнение тестовых заданий.
Мировоззренческий аспект урока. Развивать навыки логического мышления учащихся и
научного подхода к изучению мира.
Использование новых информационных технологий. Работа с моделями.
План урока.
Формы исполь- Время,
Приемы и метоКраткое содержание урока
зования
мин
ды
планетария
1. Изучение нового материала:
25
Объяснение
звездные сутки
учителя.
истинные солнечные сутки
средние солнечные сутки
уравнение времени
Иллюстрации,
местное время
модели
всемирное время
географическая долгота
поясное время
летнее время
декретное время..
2. Выполнение тестовых заданий
14
3. Домашнее задание
1
Запись на доске
учителя
Конспект урока.
Обычные люди редко задумываются над тем, что такое время. Они узнают его по
своим часам, которые проверяются по радио или телефону. На самом деле недостаточно
установить эталон времени, разработать метод и прибор измерения времени, требуется
ещё согласовать его с периодом вращения Земли вокруг своей оси. Если для решения первых двух задач астрономические методы уже не актуальны, то для решения третьей необходимы, т. к. независимо от нашего желания ритм нашей жизни подчинен движению
Солнца на небосклоне и начало отсчета суток надо как-то привязывать к движению этого
светила.
Самая простая система счета времени называется звездным временем, которая используется при астрономических наблюдениях. Она основана на вращении Земли вокруг
1
ИИСС «Планетарий»
своей оси. Его можно считать равномерным, т. к. обнаруженные отклонения не превышают 0,001 за сутки.
Представим себе, что в какой то момент времени мы пронаблюдали верхнюю
кульминацию Веги и в следующий вечер повторили наблюдение. Промежуток времени
между этими одноименными явлениями равен периоду вращения Земли вокруг своей оси
и соответствует её повороту на 360. Период вращения Земли вокруг своей оси называется
звездными сутками. Удобнее за звездные сутки принять промежуток времени между
двумя последовательными одноименными кульминациями точки весеннего равноденствия, во-первых, т. к. экваториальные координаты этой точки всегда равны нулю; вовторых, её положение на небе можно легко определить.
В основе нашей жизни лежит время, связанное с движением Земли вокруг Солнца,
значит в общественно-производственной жизни нельзя пользоваться звездным временем.
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра солнечного диска называется истинными солнечными сутками, которые начинаются в полдень – момент верхней кульминации Солнца. Пользоваться такой
единицей времени неудобно по двум причинам. Видимое движение Солнца происходит не
по небесному экватору, а по эклиптике, наклоненной к нему на 23,5, и это движение неравномерно, т. к. орбита Земли имеет эллиптическую форму, из-за чего скорость её движения в разное время года неодинакова. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток ото дня ко дню несколько меняется. В практической жизни за основную единицу времени принимают средние солнечные сутки. При установлении продолжительности
средних солнечных суток вместо центра истинного Солнца пользуются точкой, которая
равномерно перемещается по небесному экватору, совершая полный оборот за год. Такую
воображаемую точку называют средним солнцем. За средние солнечные сутки принимают промежуток времени между двумя последовательными одноименными кульминациями среднего солнца; их продолжительность всегда одинакова и равна 24 средним часам, составляя приблизительно 1/365,24 часть года.
Часы, которыми мы пользуемся отрегулированы не по истинному солнечному времени, а по среднему. Так как скорость среднего солнца одинакова и через меридиан оно
проходит раньше или позднее истинного Солнца, то, следовательно, средние сутки могут
наступать раньше или позже истинных.. Разница между истинным и средним солнечным временем называется уравнением времени. Уравнение времени будет равно нулю
около 15 апреля, 14 июня, 31 августа, 25 декабря, когда истинное солнечное время практически совпадает со средним. Наибольшее отрицательное значение уравнения времени (–
16,5 мин) бывает около 4 ноября, а наибольшее положительное (+14,3 мин) – 12 февраля.
Из-за движения Земли за одни сутки Солнце смещается на фоне остальных «неподвижных» звезд, и Земле нужно еще «довернуться», чтобы Солнце «пришло» на тот самый меридиан. Вследствие этого средние солнечные сутки длиннее звездных на 3 минуты
56 секунд. (Звезда возвращается на тот же самый меридиан раньше Солнца).
Чтобы понять, как это происходит, достаточно внимательно посмотреть на рисунок
1 и немного подумать.
Мы видим Землю в четырех точках орбиты, движение Земли по орбите и вращение
её вокруг собственной оси происходит в направлении с запада на восток. На земном шаре
изображены меридианы и точкой отмечен некоторый город.
Начнем с 21 марта. Земля на рисунке повернута так, что город обращен к Солнцу.
Другими словами, Солнце находится как раз в меридиане города, значит, там сейчас полдень. Если бы жители этого города могли бы наблюдать звезды в дневное время, они увидели бы много звезд, кульминирующих примерно в полдень 21 марта. Возьмем одну,
наиболее яркую -  Кассиопеи (находится на нулевом круге склонений).
2
ИИСС «Планетарий»
Рис.1. Звездные и солнечные сутки
После того как Земля совершит полный оборот вокруг оси, наш город снова будет точно
против  Кассиопеи, но не против Солнца, так как Земля немного продвинулась по орбите. Чтобы Солнце снова оказалось в меридиане, Земле нужно немного «довернуться» на
1, для этого требуется 3 минут 56 секунд.
Для упрощения наших расчетов допустим, что год содержит 12 месяцев по 30 дней
в каждом. 21 июня, после 90 оборотов вокруг оси, т. е. через 90 звездных суток,  Кассиопеи пересечет меридиан в девяностый раз с начала наблюдений. Однако Земле дополнительно нужно повернуться на четверть оборота, чтобы Солнце прошло через меридиан.
Другими словами с начала наших наблюдений ещё не прошло 90 солнечных суток. До полудня осталось 6 часов. За 360 дней (за год) выигрыш составит 24 часа – сутки.
Неудобным оказалось за начало средних солнечных суток принимать момент моменты верхней кульминации Солнца и за начало новых суток приняли полночь (иначе бы
нам приходилось садиться обедать во вторник, а вставать из-за стола в среду). Такой счет
времени называют гражданским временем.
Из определения среднего солнечного времени следует, что оно относится к тому
месту, где производятся наблюдения. Следовательно, среднее солнечное время имеет собственное значение, для каждого меридиана на Земле и поэтому его называют местным
временем.
Для любой точки одного и того же меридиана местное время сохраняет постоянное
значение, но с изменением долготы места наблюдений меняется и местное среднее время.
Когда в Москве полдень, то на противоположной стороне земного шара, т. е. на 180 к западу или востоку от Москвы, в этот момент будет полночь. В течение одного часа небесная сфера в своем видимом движении поворачивается на 1/24 часть её полного оборота,
что в угловых единицах соответствует: 360: 24 = 15. Поэтому два пункта на Земле, имеющие разность долгот в 15 будут иметь местное время, отличающееся на 1 час. Следовательно, по разности показаний часов, идущих по местному среднему времени в разных
пунктах Земли, можно судить о разности долгот этих пунктов.
В соответствии с международным соглашением (Рим, 1883 г.) за начальный
меридиан для счета географической долготы на нашей планете принят Гринвичский меридиан с долготой равной 0 00` 00”. Местное гринвичское время, отсчитываемое от
полуночи, условились называть всемирным или мировым временем Т 0 . Поэтому,
когда в Гринвиче наступает полночь, т. е. 00 ч 00мин 00с среднего местного времени,
3
ИИСС «Планетарий»
местное среднее время любого пункта на планете равно долготе этого пункта, выраженного в часовой мере.
Тм=Т0+
Другими словами, разность долгот двух пунктов равна разности местных времен в
этих пунктах в один и тот же момент. На этом основано измерение долготы.
Т1 – Т2 =  1 –  2
Сигналы точного времени, наряду с другими средствами (радиомаяками,
навигационными спутниками и т. п.) необходимы в авиационной и морской навигации.
Если бы в своей повседневной жизни мы пользовались местным временем, то по мере передвижения на запад или восток приходилось бы непрерывно передвигать стрелки часов.
Возникающие при этом неудобства столь очевидны, что в настоящее время практически
все население земного шара пользуется поясным временем. В 1878 г. канадский инженер
С. Флеминг предложил так называемое поясное время, которое в 1884 г. было принято на
международном астрономическом конгрессе. По идее С. Флеминга вся поверхность земного шара условно разделяется на 24 часовых пояса. Протяженностью каждый в 15 (1
час) по долготе. Во всех точках каждого часового пояса устанавливается время, соответствующее времени среднего меридиана данного пояса. Каждому поясу присваивается соответствующий номер от 0 до 23. За нулевой принят пояс, средним меридианом которого
является Гринвичский, от которого нумерация идет с запада на восток. Поясное время при
переходе из одного пояса в другой изменяется скачком на 1 час. Если обозначить номер
пояса через n, то
Т n = Т 0 .+ n.
Поясному времени некоторых поясов присвоены особые названия. Так, например,
время нулевого пояса называют западноевропейским, первого пояса – среднеевропейским,
второго пояса – восточноевропейским. Москва отнесена ко второму часовому поясу, хотя
только небольшая западная часть города расположена в этом поясе, а большая его часть
лежит в третьем поясе. Вообще границы часовых поясов проводятся по границам административных единиц – областей, краев, республик. В нашей стране поясное время было
введено с 1 июля 1919 г. С тех пор границы часовых поясов неоднократно пересматривались и изменялись.
Интерактивная модель «Поясное время»
4
ИИСС «Планетарий»
В целях лучшего использования естественного света, т. е. симметричного расположения дня относительно полдня, и по некоторым экономическим соображениям, летом
во многих странах мира часы переводят вперед относительно поясного времени на один
час, устанавливая тем самым летнее время.
В нашей стране летнее время так же вводилось неоднократно. В последний раз это
было сделано 16 июля 1930 г., когда в соответствии с Декретом Совнаркома СССР стрелка часов во всех поясах страны была передвинута относительно поясного времени на 1 час
вперед. Однако, впоследствии стрелки назад не переводились и с тех пор такое время, отличающееся на час от поясного, у нас называется декретным временем. Кроме того, в
летнее время года в нашей стране часы переводятся ещё на один час вперед.
Точный счет времени осложняется тем, что его прежний эталон - период вращения
Земли – оказался не вполне надежным. Одной из основных единиц времени уже давно
были избраны солнечные сутки – промежуток времени, который проходит от одной верхней кульминации Солнца до другой. Но по мере возрастания точности астрономических
наблюдений стало очевидно, что продолжительность суток не остается постоянной.
Скорость вращения нашей планеты меняется на протяжении года, а кроме
того, происходит, хотя и очень медленно, замедление ее вращения. Поэтому понятно, что
определение секунды как единицы времени, составляющей 1/86 400 часть суток, потребовало уточнения. Поэтому для очень точных измерений времени понадобились часы, ход
которых не связан с вращением Земли. Такие часы были созданы на основании квантовых
свойств излучения атомов. Они называются атомными часами, а время, основанное на их
показаниях – атомным временем. В качестве основной единицы времени был выбран
интервал времени, за который электромагнитная волна, излучаемая атомами одного
из изотопов цезия, совершает 9 192 631 770 колебаний.
Использование атомных часов, которыми располагают службы точного времени и государственный эталон времени и частоты, обеспечивает исключительно малую погрешность
в счете времени (около 5 • 10–9 с за сутки). Транслируемые по радио сигналы точного времени передаются именно с атомных часов. Принимая эти сигналы и определяя местное
время по наблюдениям моментов кульминации звезд, можно вычислить точные координаты любого пункта земной поверхности. Эти пункты служат опорными точками при составлении карт, прокладке трасс газопроводов, автомобильных и железных дорог, строительстве крупных объектов и ряде других работ.
Таким образом, самое точное время определяют не астрономическим путем. Но его
всегда согласуют с «астрономическим», средним солнечным временем, связанным с вращением Земли.
В каждой точке земного шара новая календарная дата начинается с полуночи. А
так как в разных местах нашей планеты полночь наступает в разное время, то в одних
пунктах новая календарная дата наступает раньше, а в других позднее. Такое положение, в
особенности при кругосветных путешествиях, прежде часто приводило к недоразумениям,
выражавшимся в «потере» или «выигрыше» целых суток.
Чтобы избежать путаницы в числах месяца, по международному соглашению была
установлена линия перемены дат, которая в большей части проходит по меридиану с
долготой 180 (12 часов). Здесь и начинается новая календарная дата. Команда судна, пересекающего линию перемены дат с запада на восток, должна один и тот же день считать
дважды, чтобы не получить выигрыша в числе суток. И, наоборот, при пересечении этой
линии с востока на запад, необходимо пропускать один день, чтобы не получать при этом
потери дня.
Задания учащимся
5
ИИСС «Планетарий»
1. Подберите подходящие характеристики из левого столбца данной системе счета времени в правом столбце:
1. Звездное время
1. отсчитывается от момента нижней кульминации
«среднего солнца» на данном меридиане
2. Истинное солнечное время
2. отсчитывается относительно «среднего солнца»
3. Среднее солнечное время
3. время гринвичского меридиана
4. Гражданское время
4. отсчитывается от момента верхней кульминации
«среднего солнца» на данном меридиане
5. Местное время
5. отличается от среднего солнечного времени на время равное часовому поясу
6. Поясное время
6. отсчитывается от момента истинного полдня
7. Декретное время
7. отсчитывается относительно центра солнечного
диска
8. Летнее время
8. отсчитывается относительно точки весеннего равноденствия
9. Всемирное время
9. отсчитывается от момента истинной полночи
10. отличается от среднего солнечного времени на время равное долготе
11. отсчитывается относительно звезд
12. отличается от среднего солнечного времени на 1 час
13. принято в 1884 г.
14. принято в 1930 г.
15. отличается от поясного на 2 часа
2. Продолжительность звездных суток…
1) всегда постоянна и равна 23 часа 56 минут;
2) всегда постоянна и равна 24 часам;
3) изменяется вследствие наклона эклиптики к экватору;
4) изменяется вследствие неравномерного движения Земли по орбите;
5) зависит от географической долготы места наблюдения;
6) отличается от средних солнечных суток на 3 минуты 55,56 секунды;
7) отличается от истинных солнечных суток всегда на 3 минуты 55,56 секунды;
8) различие с истинными солнечными сутками изменяется в течение года.
3. Причиной различия продолжительности звездных и истинных солнечных суток является:
1) наклон эклиптики к экватору;
2) движение Земли вокруг Солнца;
3) неравномерное движение Земли по орбите;
4) движение звезд вокруг центра Галактики.
4. Продолжительность истинных солнечных суток…
1) всегда постоянна и равна 23 часа 56 минут
2) всегда постоянна и равна 24 часам
3) изменяется вследствие наклона эклиптики к экватору
4) изменяется вследствие неравномерного движения Земли по орбите
5) зависит от географической долготы места наблюдения
6) отличается от средних солнечных суток на 3 минуты 55,56 секунды
7) отличается от истинных солнечных суток всегда на 3 минуты 55,56 секунды
8) различие с истинными солнечными сутками изменяется в течение года
5. Вставьте пропущенные слова в текст (падежи можно изменять).
6
ИИСС «Планетарий»
«При определении средних солнечных суток вместо …(1)…пользуются…(2)…, которая
…(3)…перемещается по…(4)…, совершая полный оборот за год. Такую …(2)… называют
средним солнцем. За средние солнечные сутки принимают промежуток времени между
двумя последовательными одноименными кульминациями…(2)…или…(5); их продолжительность всегда одинакова и…(7)….»
1) центр истинного Солнца;
2) среднее солнце;
3) воображаемая точка;
4) равномерно;
5) равноускоренно;
6) неравномерно;
7) равна 24 средним часам;
8) равна 23 часа 56 минут
9) эклиптика
10) небесный экватор
6. В Санкт-Петербурге, который находится на 8°45' западнее Москвы, полдень наступает…, по сравнению с Москвой
1) на 35 минут позднее;
2) на 35 минут раньше
3) одновременно.
7. Московское декретное время, которое показывают часы не только в Москве (второй
часовой пояс), но также в Санкт-Петербурге и центральных областях России, отличается от всемирного времени на…
1) 1 час зимой и на 2 часа летом;
2) 2 часа зимой и на 3 часа летом
3) 3 часа зимой и на 4 часа летом;
8. В Москве (второй часовой пояс) сейчас время 15 часов. В этот момент время во Владивостоке (девятый часовой пояс) равно ...
1) тоже 15 часов только следующих суток
2) тоже 15 часов только предыдущих суток
3) 24 часа
4) 6 часов
9. Из Владивостока ( 1 = 8 ч 47мин, n = 9) по местному времени в 14 часов 20 минут отправлена телеграмма в Санкт-Петербург ( 2 = 2 ч 1мин, n =2), где она доставлена адресату в 11 часов 25 минут по местному времени. С момента подачи телеграммы до ее доставки адресату прошло ...
А. 2 ч 55 мин
Б. 4 ч 5 мин
В. 6 ч 5 мин
Г. 3 ч 51 мин
10. В 18 ч 32 мин по местному времени штурман корабля принял сигналы московского
времени, передаваемые в 12 часов по зимнему времени. Долгота корабля равна ...
А. 6 ч 32 мин
Б. 10 ч 32 мин
В. 3 ч 32 мин
Г. 4 ч 32 мин
Домашнее задание Класс делится на группы. Каждая группа получает задание: найти информацию об определенном методе измерения времени и представить найденный материал наглядно и кратко на листе формата А3. Перед началом следующего урока все листы
вывешиваются в классе в виде стенгазеты. Ребята в течение недели знакомятся с содержанием каждого листа и оценивают работу друг друга.
Варианты заданий:
7
ИИСС «Планетарий»
1)
2)
3)
4)
гномон;
экваториальные солнечные часы;
песочные, огненные, водяные часы;
механические часы (возможно несколько докладов)
8