 |
Астронет: М. Е. Набоков Методика преподавания астрономии http://variable-stars.ru/db/msg/1174656/chapter6-9.html |
| << Предыдущая |
§ 48. Измерение времени и долготы места наблюдения.
Тема программы об измерении времени весьма существенная в политехническом отношении: широко и образцово поставленная у нас "служба времени" должна быть объяснена учителем в самых её основах. В этой теме надо выявить значение астрономических наблюдений, по которым подаются радиосигналы времени и их уточнение в связи с практикой современной жизни, техникой транспорта, связи и т. п. Надо также показать, что знание обстоятельств движения Земли, разработка теории, доставляет возможность введения солнечного среднего времени. Эта тема вообще считается преподавателями трудной и в изложении, и в восприятии её учащимися. Эти трудности проистекают главным образом из-за попыток некоторых преподавателей обойтись в изложении без звёздного времени и сразу вводить понятие солнечного.
Первичное основное понятие вращения Земли, отображаемого видимым движением звёзд, таким способом заменяется более сложным, включающим одновременно и вращение, и движение Земли вокруг Солнца. Введение некоего воображаемого Солнца как основы измерения времени для учащихся непонятно. Следовательно, такое изложение нарушает и систему науки, и принцип педагогики - от простого к сложному.
Из предшествующего курса физики школьники знают о неразрывности движения и времени и понимают, что только равномерное движение может служить мерой времени.
Следовательно, как это и есть в действительности, основой измерения времени является звёздное время. Оно пересчитывается в солнечное на основе теории движения Земли вокруг Солнца при наклоне оси вращения. Так именно и действует служба времени.
Следовательно, план изложения должен быть в соответствии с этим и кратко может быть выражен так: 1) вращение Земли; 2) звёздные сутки как отображение одного оборота; 3) потребность введения солнечного времени в связи с практикой жизни; 4) возможность расчёта среднего положения Солнца относительно начальной точки звёздного времени на основе теории движения Земли; 5) определение звёздного времени наблюдениями; 6) пересчёт его в среднее солнечное и передача по радио.
При таком изложении можно вообще на затрагивать вопроса об уравнении времени, но надо сказать, что неравномерность движения Земли и наклон оси её создаёт разницу между вычисленным средним положением Солнца на небе и истинным и что разница, меняясь в течение года, не превышает 16 минут. Уравнение времени нужно знать при пользовании солнечными часами.
Изложение можно вести, начав с указания, что мерой течения времени является практически равномерное вращение Земли, которое можно заметить по наблюдению движения звёзд. При этом учитель указывает, что началом суток является момент кульминации точки весеннего равноденствия. Напомнив, что счёт прямых восхождений ведётся от неё же, учитель показывает. что звёздное время в любой момент равно прямому восхождению звёзд, находящихся в кульминации.
 |
| Рис.
64. Картонная модель для объяснения часового угла |
Таким способом учащиеся получают понятие о прямом восхождении не только как о координате, но и как о способе меры времени и убеждаются в практической необходимости её. Введение понятия часового угла может быть дано в виде двугранного угла между плоскостью меридиана и плоскостью круга склонения. Для наглядного представления часового угла можно использовать описанную выше модель основных плоскостей, прикрепив к полоске оси мира квадрант плоскости круга склонения. Учитель, поставив эту модель на любой наклон оси (широты места), медленно поворачивает этот квадрант, отсчитывая по делениям на экваторе (15њ равно часу) часовые углы (рис. 64).
После этого надо сказать, что в астрономических обсерваториях имеются часы, идущие по звёздному времени, и астрономы, наблюдая кульминацию любой звезды специальным инструментом, проверяют часы с большой точностью и всегда знают, на сколько секунд и их долей эти часы показывают больше или меньше, чем это следует по наблюдениям. После этого можно показать и модель такого инструмента - для этого достаточно снять модель теодолита с круга и поставить её неподвижно, проведя на демонстрационном столе мелом полуденную линию (плоскость вращения трубы - в плоскости меридиана). Чтобы дать понятие о точности, надо кратко указать пулковский способ И.Н. Павлова и вероятную погрешность его ± 0,007 секунды. Нет необходимости вдаваться в детали, достаточно сказать, что в фокусе трубы имеется ширма с 26 щелями, а за ними фотоэлементы, подающие сигналы на регистрирующую ленту, на которой отмечаются и секунды времени.
При кратком описании часов следует обратить особое внимание на технику устройства маятника. Так как законы качания маятника и коэффициент линейного расширения учащимся известны, то указания на методы компенсации и на инварные маятники будут вполне понятны.
Когда учащиеся получили понятие о точном определении звёздного времени (пока без указания соотношения его со средним солнечным), можно перейти к солнечному и передаче радиосигналов.
Переходом служит указание, что трудовая жизнь проходит преимущественно в дневное время, и ставится вопрос, можно ли при этом пользоваться звёздным временем. Для разбора этого вопроса можно с учащимися рассмотреть задачу расхождения нуля часов звёздного времени и момента полудня. Для этого используется уже известный учащимся факт видимого движения Солнца по эклиптике. Повесив карту экваториальной полосы звёздного неба и вызвав к ней кого-либо из учащихся, учитель предлагает ему вопросы, когда кульминация Солнца (полдень) будет одновременно с точкой весеннего равноденствия, и будет ли такая одновременность на следующий день (или через несколько дней). Так как учащиеся уже знают, что Солнце бывает в точке весеннего равноденствия 21 марта и ежедневно круглым счётом, перемещаясь по эклиптике, проходит 4 минуты по прямому восхождению, то без особых затруднений получается вывод, что промежутки времени между двумя последовательными полуднями должны быть длиннее, чем между двумя последовательными кульминациями точки весеннего равноденствия, и округлённая разница их 4 минуты (точно 3 мин. 56,55 сек). После этого можно уже дать определение понятия звёздных и средних солнечных суток и объяснить сущность средних. Учитель напоминает, что видимое движение Солнца является следствием движения Земли вокруг него. Это создаёт разницу продолжительности двух этих суток при равномерном круговом движении Земли вокруг Солнца, если бы ось Земли была перпендикулярна плоскости орбиты и при этом Солнце двигалось бы по экватору равномерно. Затем учитель объясняет, что астрономы, имея точную теорию неравномерного движения Земли, рассчитывают разницу между звёздным временем и солнечным (в предположении такого движения Земли) на каждый день и передают по радио солнечное время, называемое средним. При таком изложении объяснение среднего солнечного времени приводится к выровненному (равномерному) движению Земли на основании теории её истинного движения. Школьники при этом изложении могут понять, что и в этом случае дело приводится к измерению времени по равномерному движению, и получают представление о подлинном методе и технике "службы времени". Это же им показывает, что стремление астрономов к уточнению определения координат звёзд имеет и практическое значение.
Когда нужно объяснить сущность уравнения времени, то в этой теме (до 2-го закона Кеплера, объясняющего неравномерность движения Солнца по эклиптике) можно лишь показать на чертеже, что равным дугам на эклиптике не соответствуют равные дуги на экваторе. При этом возможно указать, что причиной этого является наклон оси вращения Земли к плоскости её орбиты.
 |
| Рис.65. Модель на классной доске для объяснения уравнения времени |
Удобнее и понятнее, если учитель начертит на доске две линии, изображающие экватор и эклиптику, и, заготовив два кружка разных цветов (для истинного Солнца и среднего Солнца), будет передвигать их, показывая, что определённому передвижению по эклиптике истинного Солнца соответствуют на экваторе неравные дуги. Чтобы сделать всё это ещё нагляднее, полезно к булавке, с помощью которой прикалывается к доске истинное Солнце, прикрепить белый шнур с грузиком (рис. 65). Этот шнур будет изображать круг склонений, проходящий через истинное Солнце. Таким приёмом удобно показать наглядно одну из причин уравнения времени. При этом нет надобности чертить всю эклиптику; достаточно заготовить чертёж её и экватора около точки, весеннего равноденствия и около точек зимнего и летнего солнцестояний. На чертеже следует заранее отметить дуги, проходимые истинным Солнцем, и тогда, указав разницу скорости движения Солнца близ перигелия и афелия, можно показать обе причины, создающие синусоидальный характер уравнения времени.
Продемонстрировав график уравнения времени и показав, как уравнение времени даётся в астрономическом календаре, учитель должен весь этот вопрос разобрать на подходящих задачах, взятых из повседневной практики.
После решения одной-двух задач на определение поправки - средних часов по моменту истинного полудня следует перейти к общему случаю перевода истинного времени в среднее. С этим связано объяснение устройства солнечных часов, прибора, пригодного в элементарной практике, туризме и для целей приближённого определения времени.
 |
| Рис.
66. Модель для объяснения устройства экваториальных солнечных часов |
 |
| Рис. 67. Модель для объяснения элементарного вывода формулы горизонтальных солнечных часов |
Объяснение устройства солнечных часов может быть дано без каких-либо математических расчётов. Самое существенное - объяснить устройство горизонтальных солнечных часов и, в частности, неравенство промежутков между их часовыми делениями. Это объяснение следует провести на модели, представляющей экваториальные солнечные часы в виде стержня, имеющего направление, параллельное оси мира, и перпендикулярной ему плоскости, с разделением окружности на равные части. Установив эту модель соответственно широте места и спроектировав деления на горизонтальную плоскость (при помощи отвеса), можно показать причину неравенства деления циферблата горизонтальных часов (рис. 66). После этого достаточно привести график (см. приложение к учебнику астрономии М. Е. Набокова и Б. А. Воронцова-Вельяминова) для построения горизонтальных солнечных часов на данной широте и предложить учащимся сделать из бумаги или из картона такие солнечные часы. При этом надо рассказать, как ими можно пользоваться для приближённого определения времени.
Приводимый здесь тригонометрический вывод формулы солнечных часов может быть полезен самому учителю, если кто-нибудь из любознательных учащихся пожелает ознакомиться с выводом (рис. 67).
МР
-
направление оси мира;
МО -
направление полуденной линии;
j = Р РМО - (широта места наблюдения);
Р ОЕQ = t - (часовой угол);
Р ОМQ = t - (угол отклонения тени),
так
как
, то 
Из подобных же соображений можно вывести формулу и для вертикальных солнечных часов (выразив OQ через ОР и ОЕ).
Раздел курса об измерении гражданского времени расширяет понятие о применении астрономии к практике. Кроме того, именно в этом разделе учитель может провести сравнение политики (в этом вопросе) царского правительства, чуждавшегося международного счёта времени, и политики советской власти, в первые же месяцы своего существования принявшей этот счёт времени.
Объяснение связи между долготой и местным временем может быть сделано также при помощи моделирования гномонов, расставленных на разных долготах географического глобуса и освещаемых яркой лампой. Ещё совершеннее можно это сделать, если расставить не просто гномоны, а небольшие картонные солнечные часы. В этом случае можно показать непосредственно отсчёты истинного времени. При такой демонстрации лампу следует ставить дальше, чтобы пучок лучей, падающий на глобус, был по возможности близок к параллельному.
Установление связи между местным временем и долготой даёт возможность закончить и разъяснить весь вопрос об определении географических координат из наблюдений. Напомнив учащимся метод определения широты, учитель должен разъяснить, что подача радиосигналов времени в соединении с наблюдениями верхней кульминации светил даёт всё нужное для определения широты и долготы.
Очень существенно дать документальный материал к истории введения поясного времени в СССР (декрет Совнаркома от 8 февраля 1319 г. и от 9 февраля 1931 г.1 и привести то место из "Описания границ часовых поясов", которое касается именно того пояса, в котором находится школа. При изложении следует показать и вывесить в классе большую карту часовых поясов. В этой теме имеется близкое соприкосновение с радиотехникой и с экспедиционными работами.
Учитель должен рассказать о том, как радиостанции, подающие время, распределены по Советскому Союзу и всему земному шару и как служба времени на всём земном шаре представляет собой нечто целое, причём большая точность подачи времени обусловлена именно этой связью.
Определение географических координат в морском деле и авиации следует разъяснить особо и показать принцип построения секстана, указав причину, вызвавшую построение такого рода инструмента. При этом полезно показать действующую модель секстана. Вывод связи поворота зеркала с углом между светилами не нужно делать путём построения треугольников; гораздо проще всё дело свести к связи между поворотом зеркала и поворотом отражённого луча. Следует также объяснить принцип устройства авиационного секстанта (в котором изображение звезды совмещается с пузырьком круглого уровня). Детали его устройства, конечно, не нужно рассказывать, ограничиваясь принципиальными схемами.
В области практических применений следует возможно живее и ярче подобрать примеры на определение географических координат по астрономическим наблюдениям. Примеров так много из области советстких исследований Арктики и из истории Великой Отечественной войны 1941-1945 гг., что учитель легко может, пользуясь книгами и газетами, подобрать наиболее выдающиеся и значительные. При таком подборе надо уделить надлежащее внимание советским полярным станциям и на современных примерах показать значение астрономических определений координат для изучения их дрейфа и полётов к ним для снабжения и связи.
Необходимо уделить внимание вопросам текущего пятилетнего плана народного хозяйства. Этот план учитель должен изучить по директивам съезда КПСС и выяснить, какие из запроектированных работ требуют применения практической астрономии прямо или косвенно. Прямые применения легко представить себе, так как без точной географической карты и выполнения высокоточных геодезических измерений выполнение намеченных работ было бы невозможно. Геофизическая разведка полезных ископаемых и выполнение некоторых других задач пятилетнего плана также требуют применения астрономических методов.
1 Декрет от 9 февраля 1931 г. приведён полностью в первом издании курса астрономии для педагогических вузов под редакцией П. И. Попова (стр. 33).
| << Предыдущая |