Преподавание астрономии в школе (сборник статей)| << Предыдущая |
Определение расстояния до "недоступного" предмета
Эта работа ценна тем, что принцип определения расстояний до "недоступного" предмета на земле лежит в основе определения расстояний до небесных тел. С другой стороны, значение этого принципа неоценимо также с точки зрения приложения его в практической жизни: на стройках, при геодезических работах, прокладке трасс, в военном деле и т. д.
Практическая работа по определению расстояния до "недоступного" предмета делится на два этапа: определение собственно расстояния и определение размеров земного предмета при известном расстоянии до него. Проведение работы в таком плане соответствует теме последующего занятия по определению расстояний до Луны, Солнца, планет и их размеров.
В порядке самоконтроля вычисленное расстояние учащиеся измеряют рулеткой. Это вызывает интерес к проверке правильности теоретических положений и формул тригонометрии, что особенно ценно с точки зрения связи теории с практикой.
Определение положения меридиана
Так как большинство наблюдений производится в меридиане, на одном из первых занятий следует определить положение его. Наиболее точным, простым и доступным для учащихся способом определения направления меридиана, как показывает опыт, является метод равных высот. Заключается он в следующем.
После установки теодолита учащиеся наводят трубу на какую-нибудь яркую звезду, отстоящую к востоку от меридиана примерно на 1,5-2 часа. Закрепляют алидаду и трубу. Наводящими винтами подводят крест нитей на звезду и снимают отсчет на горизонтальном лимбе.
В своем суточном видимом движении звезда будет перемещаться по небосводу с востока на запад и скоро выйдет из поля зрения трубы. Задача заключается в том, чтобы звезду "поймать" на такой же высоте после прохождения ею меридиана и снова отсчитать горизонтальный лимб. Среднее арифметическое этих двух отсчетов дает отсчет на точку юга. Последнюю можно "привязать" к земному предмету.
Принцип "привязки" данного направления к земному предмету лежит в основе многих работ в геодезии и топографии, землемерном и строительном деле, в артиллерии и других областях. Он имеет большое значение для практической подготовки учащихся.
Паузу между двумя наблюдениями звезды мы используем для обозрения звездного неба, изучения главных созвездий и тринадцати ярких навигационных звезд. Этим мы прививаем учащимся навыки астроориентировки.
Метод равных высот может быть применен для определения меридиана не только по звезде, но и по Солнцу.
Более просто и с меньшей затратой времени определение положения меридиана может быть сделано по Полярной звезде. Наведя крест нитей трубы теодолита на звезду, учащиеся фиксируют время по звездным часам*(* Шахматные часы нами были использованы для показания декретного и звездного времени: левые часы показывали декретное время, правые-звездное.) и снимают отсчет на горизонтальном круге.
Затем по звездному времени из таблицы "Высота и азимуты Полярной" (см. "Астрономический календарь" на текущий год) они находят геодезический азимут Полярной. Если азимут западный, то, чтобы получить "место меридиана" или отсчет на точку севера, его прибавляют к показанию горизонтального лимба, если же восточный-наоборот.
Менее точно (с ошибкой до нескольких минут) можно определить положение меридиана еще проще, по наблюдению Полярной звезды в верхней кульминации.
Во всех случаях определения положения меридиана обязательно производится привязка его к мире, а азимут последней, как уже указывалось выше, записывается.
Определение магнитного склонения
Необходимость учета поправки на магнитное склонение при определении истинного курса корабля в плавании, самолета в полете, а также в разведке, при пользовании топографическими картами, в артиллерии, в геодезии и т. д. требует, чтобы ученики были знакомы с принципом определения магнитного склонения из наблюдений.
Работа по определению магнитного склонения сводится в сущности к нахождению истинного меридиана. Затем устанавливают теодолит в меридиане и освобождают от арретира магнитную стрелку теодолитной буссоли. Тогда угол отклонения оси последней от истинного меридиана даст магнитное склонение в данном месте.
Поскольку кольцо буссоли имеет наименьшее деление в 1°, то доли градуса приходится оценивать на глаз. Таким образом, магнитное склонение может быть определено лишь грубо, с точностью до полуградуса.
Более точное определение склонения достигается следующим образом. Если магнитный меридиан проходит через деление 
лимба, а истинный через деление 
, то склонение D выразится дугою 
. Совместим нуль лимба с нулем первого верньера, а нуль буссольного кольца с северным концом стрелки. Тогда труба теодолита будет направлена в точку
. Повернув трубу с алидадой в направление на миру N, мы тем самым вместе с нулем алидады перемещаем и нуль буссоли на величину 
. Отсчет на лимбе дает магнитный азимут миры. Если теперь повернуть алидаду с буссольным кольцом назад, на величину истинного азимута миры 
, мы направим трубу в точку севера. Поскольку нуль лимба и северный конец магнитной стрелки не перемещались относительно друг друга, значит отсчет на лимбе 
даст магнитное склонение, но уже с точностью, какую дает верньер лимба, т. е. с точностью в 1' или 30".
С магнитным склонением учащиеся знакомятся впервые в VII классе. В X классе, при практическом определении как истинного, так и магнитного меридиана, учащиеся расширяют, углубляют и, по существу, завершают на новой, более широкой научной основе формирование понятия магнитного склонения.
Определение географической широты места по наблюдению Солнца в полдень
По формуле 
определяется широта, если из наблюдений найти высоту Солнца, а склонение его взять из астрономического календаря.
Обычно полученные звеньями отсчеты высоты отличаются один от другого меньше, чем на полминуты. Поэтому, казалось бы, можно ограничиться одним снятием отсчета. Однако и на теодолитах с точностью в 30" мы рекомендуем учащимся брать два отсчета. Во-первых, учащиеся наблюдают перемещение Солнца в трубе и тренируются в фиксировании моментов прохождения его через вертикальную нить. Тем самым они готовятся к последующей работе. Во-вторых, они тренируются в снятии отсчетов в ограниченный промежуток времени-2-2,5 минуты. А это требует навыка, дисциплины и сноровки. Следовательно, повышается ответственность учащихся при подготовке к наблюдению и при самом наблюдении. Кроме того, они убеждаются на практике в том, что высота Солнца около полудня почти не изменяется, т. е. происходящее изменение высоты лежит за пределами точности инструмента.
Ввиду того что в формуле широты высота и склонение берутся относительно центра, а в ходе наблюдений учащиеся определяют высоту до верхнего края Солнца (в трубе-нижний край), следует наблюденную высоту уменьшить на величину радиуса Солнца. При наблюдениях, особенно осенью, когда Солнце находится в южном небесном полушарии, а следовательно будет находиться в полдень низко, нужно учитывать влияние рефракции.
После наблюдения Солнца полученные значения широты оглашаются и записываются, а затем выводится один средний результат.
Определение географической долготы места по наблюдению Солнца в полдень
Кроме теодолита, для выполнения работы надо иметь часы. Часы в течение нескольких дней до наблюдения проверяются учащимися по радиосигналам. Руководитель кружка дает подробные указания, как проверять часы и как находить их поправку.
Наблюдение Солнца ведется в том же порядке, что и при определении широты.
Поставив нить трубы под диск Солнца, наблюдатель подает сигнал "подготовить время". Учащийся с часами начинает следить за секундной стрелкой. В момент, когда Солнце коснется вертикальной нити своим левым краем, наблюдатель подает сигнал "время". Наблюдающий за часами фиксирует сперва секунды, затем минуты и часы. В момент, когда Солнце будет сходить с вертикальной нити правым краем диска, замечают второй отсчет времени и на этом заканчивают наблюдение.
Обработка данных и вычисление долготы ведутся следующим образом. Берется полусумма времен прохождения через меридиан левого и правого краев диска Солнца и учитывается поправка часов. Полученный результат дает московское декретное время прохождения центра солнечного диска через меридиан.
Так как Москва по времени впереди Гринвича на 3 часа, то, вычитая из московского времени 3 часа, получим местное солнечное время нулевого меридиана, т. е. 
Свое местное время 
находим из "Астрономического календаря" ВАГО (графа -верхняя кульминация Солнца). Затем, вычтя из местного времени пункта наблюдения гринвичское местное время, найдем географическую долготу наблюдателя:
Определение географической широты по наблюдению звезды в верхней кульминации
Как самый простой и точный метод определения широты по наблюдению звезды в верхней кульминации имеет преимущество перед всеми другими методами.
Пользуясь подвижной картой звездного неба, учащиеся самостоятельно выбирают яркую звезду, и притом такую, чтобы она проходила верхнюю кульминацию не поздно вечером и не очень высоко над горизонтом. Последнее обстоятельство следует учитывать потому, что большинство теодолитов не имеет зенит призм.
Установку теодолитов в меридиане по неосвещенной мире и организацию освещения учащиеся производят засветло, а с наступлением темноты начинают наблюдение. Если мира видна в темноте, то теодолиты устанавливаются за 15-20 минут до кульминации звезды.
Наблюдение звезды требует четкой и слаженной работы всех участников звена. Один наблюдает в трубу, а остальные двое обеспечивают бесперебойное освещение нитей. Ученик с лампочкой становится спиной к наблюдающему и направляет пучок лучей на белый лист бумаги, поставленный у объектива под некоторым углом к оптической оси трубы. Подбирается такое положение, чтобы лист не заслонял объектива, а лучи определенной яркости, попадая в трубу и освещая нити, были слабее яркости изображения звезды.
При появлении звезды в поле зрения трубу закрепляют зажимным винтом. С помощью наводящего винта звезда удерживается на горизонтальной нити до тех пор, пока не пересечет вертикальную нить. Тогда наблюдение " прекращается. Учащиеся снимают отсчет высоты на вертикальном круге 
и записывают его. По формуле
вычисляют широту. Склонение звезды и рефракция берутся из астрономических справочников.
При определении широты по наблюдению звезды в нижней кульминации пользуются формулой 
Определение географической долготы места по наблюдению звезды в верхней кульминации
Разбирая связь долготы со временем, руководитель кружка подчеркивает, что долготу можно получить как разность часовых углов звезды, а следовательно, и звездных времен в месте наблюдения и в Гринвиче, т. е. 
Здесь 
является звездным временем наблюдения звезды в верхней кульминации, а оно равно прямому восхождению звезды, 
-звездное время нулевого меридиана для момента наблюдения. Его находят путем превращения московского декретного времени прохождения звезды через меридиан в местное гринвичское время, а этого последнего -в звездное .
Объяснение ведется примерно в таком плане. Звездные часы, будучи пущены 23 сентября в полночь одновременно со средними солнечными, отличаются от последних тем, что за каждые сутки обгоняют средние часы примерно на 4 минуты. За месяц звездное время уйдет вперед от среднего на 2 часа, а за год -на 24 часа.
Следовательно, чтобы знать звездное время в Гринвиче в момент данного наблюдения, надо подсчитать, на сколько звездные часы ушли вперед начиная с полуночи 23 сентября. К найденному времени прибавляются среднее гринвичское время, протекающее от начала суток, и поправка на опережение этого среднего времени звездным.
Для облегчения расчетов и получения более точных результатов пользуются "Астрономическим календарем" и другой справочной литературой.
Наблюдение начинается после установки теодолита по мире в меридиане. С появлением выбранной звезды в поле зрения трубы дается освещение нитей, а звезда подводится на горизонтальную нить. При подходе звезды к вертикальной нити по сигналу наблюдающего второй учащийся подготавливает часы. Для этого он освещает циферблат и начинает следить за секундной стрелкой. По команде наблюдающего "время" фиксируются секунды, а затем минуты и часы, и наблюдение заканчивается.
После этого производится обработка данных наблюдения. Декретное время момента кульминации, после учета поправки часов, превращается в гражданское время нулевого меридиана, а последнее -в звездное. Разность между прямым восхождением звезды и звездным временем Гринвича дает искомую долготу.
Например, пусть 1 ноября 1955 г. в 19 час. по московскому декретному времени наблюдали в верхней кульминации звезду 
Южных Рыб, прямое восхождение которой 22 ч. 55 м. 10 с. В формуле долготы 
звездное время места наблюдения 
. Остается найти гринвичское звездное время в момент наблюдения. Для этого сперва находим гринвичское гражданское время 
Затем выражаем это гражданское время в единицах звездного времени по схеме:
1. Звездное время в гринвичскую полночь 1. XI 1955 г. 
2. Гражданское гринвичское время 16 часов.
3. Поправка за опережение гражданского времени звездным 
4. Искомое гринвичское звездное время 
Таким образом, 
а долгота равна
Подобные расчеты требуют времени как на объяснение, так и на изучение их учащимися. Поэтому при ограниченности времени для вечерних занятий они могут быть опущены. Руководитель сам делает расчет местного гринвичского звездного времени и по нему ставит звездные часы. Тогда при наблюдении момент кульминации звезды учащиеся фиксируют по звездным часам Гринвича, а свое звездное время берут по прямому восхождению звезды и сразу получают долготу 
Таким образом работа облегчается.
| << Предыдущая |
|
Публикации с ключевыми словами:
преподавание астрономии - школьный курс астрономии - практические работы - методика преподавания - методические материалы
Публикации со словами: преподавание астрономии - школьный курс астрономии - практические работы - методика преподавания - методические материалы | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
