T4_w_ro.pdf

Publicatiile NASE Cutia micului astronom

Cutia micului astronom

Rosa M.Ros

Uniunea Astronomic Internaional, Universitatea Tehnic Catalonia (Barcelona, Spania)

Sumar Promovarea observaiilor realizate de elevi presupune ca acetia s dispun de o serie de instrumente simple. n acest curs propunem ca unele dintre acestea s fie construite de elevi i, ulterior, utilizate pentru observaii n cadrul colii.

Elevii trebuie s neleag modalitatea prin care diferite instrumente au fost utilizate de-a lungul timpului, cum au evoluat acestea i cum au devenit indispensabile pentru tiin. Este un aspect important al astronomiei, menionnd rolul fundamental de a construi aceste instrumente i de a le utiliza pentru a face observaii. Dezvoltarea acestor competene n rndul elevilor nu este uoar, i pentru acest motiv, aici ne propunem descrierea unor instrumente foarte simple.

Obiective

- s neleag importana de a face observaii atente; - s neleag mecanismul de funcionare i utilitatea diferitelor instrumente, datorit implicrii directe a elevilor n construcia acestora.

Observaiile

Experiena n ceea ce privete msurarea timpului i a poziiilor corpurilor cereti se poate obine prin utilizarea unor obiecte pregtite ad hoc. n continuare, sunt oferite o serie de informaii pentru a aduna o serie de instrumente necesare n cutia unui astronom. Cutia n sine i coninutul sunt realizate, n general, din carton, folosind lipici, foarfece, etc. Acest subiect ofer elevului posibilitatea de a investiga mai multe instrumente antice i moderne.

Viziunea artistic i imaginaia fiecrui elev va permite realizarea unor cutii foarte personalizate.

Activitatea poate fi uor modificat i adaptat n funcie de vrsta elevilor, cu instrumente mai mult sau mai puin complicate. Fiecare cutie va conine, n special, urmtoarele:

raportor

un cadran simplu


un goniometru orizontal

planisfer

hart a Lunii

un ceas solar ecuatorial

un spectroscop

Noi propunem o cutie cu instrumente foarte simple. O cutie mai mic poate s fie uor de transportat la coal sau n timpul liber i este tot timpul gata de utilizare. Este important s nu fie prea mare sau fragil (mai ales dac urmeaz s fie folosit de elevii foarte mici). Subliniem faptul c scopul final al acestei lucrri nu sunt observaiile foarte exacte.

Coninut

Ceea ce va fi prezentat n continuare este o simulare n cazul unei zile de var n curtea colii. Scopul principal este de a cpta experien utiliznd instrumentele adecvate acestei situaii.

n primul rnd este nevoie de o cutie de carton, aceasta reprezentnd cutia micului astronom.

Elevii vor monta ntr-o parte a cutiei un mner, pentru a facilita transportul acesteia, astfel nct

s fie uor de deschis. n cutie se vor pune urmtoarele instrumente:

un raportor: utilizat pentru a determina unghiul dintre dou stele a unei constelaii. Este uor de folosit dac nu se dorete introducerea exact a coordonatelor.

un cuadrant simplificat: poate fi utilizat pentru obinerea nlimii stelelor. Cnd elevii privesc prin obiectiv la un anume obiect, firul indic poziia unghiular a acestuia fa de orizont.

un goniometru orizontal: utilizat pentru determinarea azimutului stelelor. Bineneles, va fi nevoie de utilizarea unui compas pentru determinarea direciei nord-sud.

o planisfer cu constelaiile copiate foarte clar pe un disc alb de hrtie i un plic de carton (ca un buzunar) cu orificiul pentru latitudine pentru a introduce discul stelar nuntru. Rotind discul gsim data i ora la care au loc observaiile i astfel se pot recunoate constelaiile mai importante la latitudinea orificiului pe care-l folosim.

un spectroscop, pentru separarea luminii n cele 7 culori componente. o hart a Lunii cu numele mrilor i craterelor care pot fi observate cu un

binoclu.

o lantern (lumin roie) pentru a ilumina hrile n timpul observaiilor. Lumina alb strlucitoare presupune un efort mai mare pentru ochii elevilor la adaptarea la ntuneric. n cazul n care elevii au o lantern cu lumin alb, se recomand plasarea unui filtru rou. Un grup de elevi cu lanterne cu lumina alb pot cauza o poluare luminoas, care duce la ngreunarea observaiilor.


un compas pentru alinierea diferitelor instrumente. accesorii necesare fiecrui elev: caiet, creion, pix, ceas..

Urmnd instruciunile i desenele, instrumentele se pot obine foarte uor i utiliza pentru observaii. Un exemplu este msurarea nlimii unui copac sau a unui deal n timpul zilei cu ajutorul unui cadran. n timpul nopii se poate msura poziia a diferite stele sau a Lunii pentru a nelege fazele periodice ale ciclului acesteia. Elevii vor fi ndemnai s ia notie.

Pentru primele observaii din timpul nopii este mai bine s fie utilizate hri simple, care au fost pregtite, respectiv studiate de elevi, astfel nct au devenit familiari cu cele mai importante constelaii. Bineneles c hrile astronomice sunt foarte precise, dar din experienele anterioare ale profesorilor rezult c iniial acestea sunt confuze pentru elevi.

Un instrument pentru msurarea unghiurilor (un raportor) Considernd o proporie simpl putem construi un instrument de baz pentru msurarea unghiurilor n orice situaie. Scopul nostru principal este de a furniza un rspuns urmtoarei ntrebri: ,, Care este distana (raza R) de care am nevoie ca s obin un dispozitiv la care 1 este echivalent cu 1 cm?.

Fig 1: Raza R necesar pentru a obine un instrument la care 1 este echivalent cu 1 cm

n figura 1 se ia n considerare relaia dintre circumferin 2R n centimetri pn la 360, cu 1cm pn la 1:

2R cm 1 cm ---------- = -----------

360 1


Astfel,

R = 180 / = 57 cm

Construirea instrumentului

Lum o rigl i msurm o sfoar de 57 cm lungime. Este foarte important ca sfoara s nu se ntind.

Mod de utilizare:

Plasm instrumentul pe obraz, sub ochi i ne uitm de la un capt al sforii.

Putem msura cu ajutorul riglei i a faptului c 1 cm=1 grad dac sfoara este ntins (figura 2)

Fig. 2: Utilizarea instrumentului (rigl + o bucat de sfoar de 57 cm), putem msura unghiuri cu echivalarea 1m=1

Exerciii propuse: Care este distana unghiular dintre dou stele ce aparin aceleiai constelaii?

Utilizeaz raportorului pentru a calcula distana (n grade) dintre Merak i Dubne din Ursa Mare.

Un cadran simplificat: cadranul pistol O variant simplificat a cadranului poate s fie foarte util pentru msurarea unghiurilor. n continuare este prezentat varianta pistol care este foarte uor de utilizat i care ncurajeaz utilizarea acesteia de ctre elevi.

Construcie: Este nevoie de o bucat dreptunghiular de carton (aproximativ 12x20 cm). Urmrind figura 3, se taie o alt bucat dreptunghiular cu scopul de a ine instrumentul. De fiecare parte a bucii de carton se fixeaz dou crlige (figura 3).

n cadranul de hrtie (figura 4) sunt unghiurile ascuite artate (figura 3) astfel nct unul dintre crlige este n poziia 0 (figura 3). n vrf se leag o sfoar, care are ataat de cellalt capt o mic greutate.


Fig. 3: Cadranul pistol

Fig. 4: Gradele de lipit pe cadran

Mod de utilizare:

cnd se privete un obiect prin cele dou crlige sfoara indic unghiul 0 adic orizontul (figura 5b)

un pai ce trece prin cele dou crlige este o modalitate excelent de vizualizare ce permite msurarea nlimii soarelui prin proiecia imaginii pe o bucat alb de carton. ATENIE! NU V UITAI DIRECT LA SOARE!


Fig. 5a i 5b: Utilizarea unui cadran pistol

Exerciii propuse: Care este latitudinea la care se afl coala? Se va folosi cadranul pentru msurarea nlimii Stelei Polare. Latitudinea unui loc este egal cu nlimea Polarei din acel loc (figura 6). Cadranul se mai poate folosi de asemenea pentru a calcula (inclusiv la orele de matematic) nlimea colii sau a oricrei altei cldiri.

Fig. 6: Latitudinea unul loc este egal cu nlimea Stelei Polare

Goniometru orizontal O versiune simplificat a goniometrului orizontal poate fi utilizat pentru determinarea coordonatelor secundare necesare pentru determinarea poziiei corpurilor cereti.

Construire: se taie o bucat dreptunghiular de carton, de aproximativ 12x20 cm (figura 7). Se lipete un semicerc de hrtie (figura 8) cu unghiurile indicate, astfel nct diametrul semicercului


s fie paralel cu cea mai lung latur a dreptunghiului. Folosind trei "ace", putem marca dou direcii n goniometru (figura 7b).

Fig. 7a i 7b: Utilizarea unui goniometru orizontal

Fig. 8: Semicerc cu gradaii pentru lipit pe goniometrul orizontal

Mod de utilizare:

Dac vrem s msurm azimutul unei stele, aliniem linia de start a semicercului pe direcia nord-sud.

Azimutul este unghiul dintre linia nord-sud i linia care trece prin centrul cercului i care se afl pe direcia obiectului.

Exerciii propuse: Care este poziia Lunii n aceast noapte? Se folosete cadranul i gonimetrul orizontal pentru calcularea nlimii i a azimutului Lunii. Pentru studierea micrii Lunii n timpul nopii, se pot determina 2 coordonate de 3 ori n fiecare or. Astfel, se poate compara micarea Lunii cu stelele de pe cer.


Planisfera Pentru recunoaterea constelaiilor se utilizeaz hri cereti. n continuare se prezint modalitatea de construire a unei astfel de hri, dar se recomand imprimarea acestora cu ajutorul unui fotocopiator.

Construire: Se va utiliza o copie a constelaiilor pe un disc alb i se va plasa pe un suport, n funcie de latitudine i de apropierea fa de ecuator.

Emisfera nordic Pentru locuri din emisfera nordic cu latitudini cuprinse ntre 0 i 20 se vor realiza dou planisfere, cte una pentru fiecare orizont. Pentru a construi orizontul nordic se taie un model

conform figurii 9a ce corespunde latitudinii i se va ndoi dup linia punctat, astfel nct s formeze un fel de buzunar. n interiorul acestui buzunar se va introduce harta cereasc (figura 10 a). n acest moment avem planisfera emisferei nordice. n mod analog procedm i pentru planisfera orizontului sudic. Mai nti tiem, apoi ndoim, aa cum am prezentat anterior, harta cereasc (figura 10 a) se va introduce n buzunarul planisferei sudice (figura 9b). Se vor utiliza amndou planisferele cnd ne vom uita la orizontul nordic i sudic.

Cnd se dorete observarea din emisfera nordic cu latitudini cuprinse ntre 30 i 70 este suficient s se taie un model conform figurii 9e i s se procedeze la ndoirea acestuia i introducerea n buzunar a hrii cereti tiate anterior (figura 10a).

Emisfera sudic Pentru locuri din emisfera sudic cu latitudini cuprinse ntre 0 i 20 trebuie de asemenea pregtite dou planisfere, cte una pentru fiecare orizont. Prima dat se va realiza orizontul nordic. Se va tia un model conform figurii 9c, dup care se va ndoi n funcie de liniile punctate i se va forma un buzunar. Harta cereasc (figura 10 b) se va introduce n acest buzunar i astfel se obine planisfera pentru orizontul nordic. Planisfera orizontului sudic se realizeaz n mod analog. Se taie, se ndoaie i se plaseaz harta cereasc (figura 10b) n buzunarul format dup figura 9d. Se vor utiliza amndou planisferele cnd ne vom uita la orizontul nordic i sudic.

Cnd dorim s realizm observaii din emisfera sudic la latitudini cuprinse ntre 30 i 70 este suficient s se taie un model conform figurii 9f, s se ndoaie n funcie de liniile punctate i s se introduc n buzunarul format harta cereasc (figura 10 b).

Mod de utilizare:

Se pune data zilei n conformitate cu momentul la care se realizeaz observaiile prin rotirea cercului cu stele i prin utilizarea unei hri uitndu-ne la cer n direcie indicat. Este artat partea vizibil a cerului.

Not: o planisfer este utilizat asemeni unei umbrele: este o hart a cerului i se pune deasupra capului pentru recunoaterea constelaiilor.


Fig. 9a: Model de planisfer pentru emisfera nordic

Fig. 9b: Model de planisfer pentru emisfera nordic


Fig. 9c: Model de planisfer pentru emisfera sudic

Fig. 9d: Model de planisfer pentru emisfera sudic


Fig. 9e: Model de planisfer pentru ambele orizonturi din emisfera nordic


Fig. 9f: Model de planisfer pentru ambele orizonturi din emisfera sudic


Fig. 10a: Harta cerului pentru emisfera nordic


Fig. 10b: Harta cerului pentru emisfera sudic

Exerciii propuse:

Ce putem observa pe cer n aceast sear? Utiliznd planisfera confecionat pentru latitudinea la care se afl coala, ntoarcei discul ceresc pn n momentul n care data de pe carton coincide cu data la care se realizeaz observaiile. Not: planisfera este o hart a cerului i este necesar s o ridici deasupra capului, asemeni unei umbrele (nu este o hart a oraului).


Spectroscop Trecerea luminii solare prin acest dispozitiv sensibil va permite elevului s vizualizeze compoziia spectral a luminii. Este o metod simpl ce permite elevilor s observe spectrul solar cu ajutorul unui instrument construit de ei nii.

Construire: Se va picta interiorul unei cutii de chibrit (de preferin o cutie mare). Se va face o tietur longitudinal (figura 11b) prin care se va observa spectrul. Se va tia un CD n 8 pri egale i se va plasa una din buci n interiorul cutiei, cu faa lucioas n sus. Se nchide cutia, lsnd doar o mic parte deschis, n partea opus tieturii pentru observaie.

Mod de utilizare:

Se va orienta cutia astfel nct lumina de la Soare s ptrund prin deschiztur i se va observa prin tietur (figura 11a)

n interiorul cutiei, se va observa descompunerea luminii n culorile spectrului

Fig. 11a i 11b: Cum se folosete un spectrometru

Exerciii propuse Comparai spectrul solar cu cel al unei lmpi fluorescente sau a altei lmpi din coal. Se vor putea observa variaiile care apar n spectru n funcie de natura luminii analizate.

Harta Lunii Cutia micului astronom trebuie sa conin i o hart a Lunii. Este suficient o hart n care sunt redate principalele mri sau cratere care se pot observa cu binoclul sau cu un telescop mic.

Construcie: este nevoie de o bucat ptrat de carton (aproximativ 20x20 cm) (figura 12 sau figura 13).

Mod de utilizare:

Acurateea observaiilor depinde de modul de observare (cu ochiul liber, cu binoclul sau cu un telescop), de localizare (emisfera nordic sau sudic). Este mai uor dac se ncepe prin identificarea mrilor i apoi se continu cu verificarea altor formaiuni lunare.


Exerciii propuse: Unde este craterul Tycho?

Elevul se va uita la Lun n momentul n care mai mult de jumtate este luminat i va observa n zona central un crater cu numeroase linii (care sunt orientate n toate direciile).

Fig. 12. Harta schematic a Lunii.


Fig. 13. Harta simplificat a Lunii

Organizarea unei cutii Punei o pung de hrtie pe partea superioar a cutiei deschise (figura 14), pentru a stoca planisfera, harta Lunii, cadranul solar etc.

n cutie se vor plasa instrumentele astfel nct acestea s nu se poat deplasa, folosind agrafe, ace sau curele mici. urubul cadranului ar trebui s fie poziionat n centru deoarece cutia conine instrumente sensibile. Un grup de elevi au propus lipirea unei liste cu toate obiectele din cutie,

astfel nct la finalul activitii elevul s fie sigur c le-a strns pe toate. n plus, elevul trebuie s noteze pe cutie numele su i este permis, desigur, i personalizarea cutiei.


Fig. 14: Cutia micului astronom

Concluzii Observarea cerului n timpul nopii, a zilei sau a ntregului an este un exerciiu important pentru tinerii astronomi. n urma acestor activiti, elevii vor putea s:

ctige ncredere n msurtorile proprii;

s i asume responsabilitatea instrumentelor construite de ei;

s i dezvolte creativitatea i abilitile manuale;

s neleag importana colectrii sistematice a datelor;

s poat s neleag mai uor instrumente mai complicate;

s neleag importana observaiilor cu ochiul liber realizate n trecut i n prezent.

Bibliografie

Palici di Suni, C., First Aid Kit. What is necessary for a good astronomer to do an

Observation in any moment?, Proceedings of 9th EAAE International Summer School,

99, 116, Barcelona, 2005.

Palici di Suni, C., Ros, R.M., Viuales, E., Dahringer, F., Equipo de Astronoma para

jvenes astrnomos, Proceedings of 10th EAAE International Summer School, Vol. 2, 54,

68, Barcelona, 2006.

Ros, R.M., Capell, A., Colom, J., El planisferio y 40 actividades ms, Antares, Barcelona,

2005.

T4_w_ro.pdf

Documents

Transcript of T4_w_ro.pdf