Blog Post

O svete vedeckou optikou.
HomeClankyVedaPalicová veda

Palicová veda

Palicová veda
Posted 27 máj, 2012 by in Veda0

..pozriete na palicu a trošku sa zabavíte.“ G. Carlin

Potrebujete palicu, ktorej významnú úlohu v živote človeka poeticky zhrnul citovaný Carlin, kus špagátu a nejaké kamene. Nič, čo by ste nenašli poblíž svojej jaskyne, pretože ste znovuobjaviteľmi vedomostí o vesmíre. Môžete sa stať „palicovými vedcami“ a zistiť mnoho vecí o sebe (hlavne o svojej trpezlivosti), Zemi, Slnku, Mesiaci a našej galaxii. A aj o iných galaxiách! Veď čo ak sa raz ľudstvo vráti do doby kamennej?! Palica musí byť rovná, je jedno z akého bude materiálu:

„Zatlčte svoju palicu nejakým kameňom tak, aby stála kolmo k zemi. Jasného rána sledujte dĺžku tieňa palice, odkedy vyjde Slnko, počas celej jeho trasy až kým zapadne. Tieň začne ako dlhý pás, bude sa skracovať a skracovať, až Slnko dosiahne svoju najvyššiu polohu na oblohe, a potom sa bude opäť predlžovať, pokým Slnko zapadne. Zbieranie údajov pre tento experiment je asi tak zábavné, ako sledovanie ručičiek hodín. Keďže však nemáte žiadnu inú technológiu, nič vás nebude rozptyľovať.

Všimnite si, že keď je tieň najkratší, prešlo pol dňa. V tomto momente – nazývanom lokálne poludnie – tieň ukazuje buď na sever, alebo juh, záleží na ktorej ste pologuli. Práve ste si vyrobili základné slnečné hodiny. Ak chcete znieť vzdelane, môžete odteraz volať svoju palicu „gnomon“ (ja stále preferujem termín „palica“). Všimnite si, že na severnej pologuli, kde započala civilizácia, sa tieň palice pohybuje v smere hodinových ručičiek. Skutočne, toto je prvý dôvod, prečo sa ručičky hodiniek točia „v smere hodín“ (z angl. Clockwise).

Slnko putuje

Ak máte dostatok trpezlivosti a bezoblačnú oblohu na opakovanie tohto experimentu počas 365 dní v roku, zistíte, že Slnko nevychádza deň čo deň na tom istom mieste na horizonte. Zistíte, že v dvoch dňoch v rokou smeruje tieň palice pri východe Slnka presne opačným smerom, než pri západe. Keď sa to stane, Slnko vychádza priamo na východe, a zapadá priamo na západe, deň je rovnako dlhý ako noc. Tieto dva dni označujeme ako jarnú a jesennú rovnodennosť (equinoxes – z lat. ako equi – nox „rovnako – noc“, my to máme naopak 🙂 ). Po všetky ostatné dni Slnko vychádza a zapadá na rôznych miestach na horizonte. Takže osoba, ktorá vymyslela porekadlo „slnko vychádza vždy na východe a zapadá vždy na západe“ vlastne nikdy oblohe nevenovala dosť pozornosti.

Ak ste na na severnej pologuli, sledujúc pohyb Slnka zbadáte, že sa tieto miesta tiahnu severne od východno-západnej línie po jarnej rovnodennosti, zastavia sa a tiahnu chvíľu južne. Po tom, čo znovu skrížia východno-západnú líniu, tiahnuc južne, spomalia, zastavia a opäť tiahnu severne. Celý cyklus (zneje to gulášovo, pozn.) sa opakuje každý rok.

Celú dobu sa Slnečné putovanie mení. Počas letného slnovratu (v latinčine ako solstice – „statické slnko“), Slnko vychádza a zapadá vo svojom najsevernejšom bode na horizonte, putujúc po svojej najvyššej dráhe cez oblohu. Preto je slnovrat najdlhším dňom v roku a poludňajší tieň vašej palice bude najkratší. Keď Slnko vychádza a zapadá vo svojom najjužnejšom bode na horizonte, prechádza po oblohe svojou najnižšou trajektóriou, pričom poludňajší tieň palice je najdlhší. Ako to inak nazvať, než zimný slnovrat?

Pre 60% Zemského povrchu a okolo 75% jej ľudských obyvateľov nie je Slnko nikdy priamo nad hlavou. Pre zvyšok planéty, pás vedúci rovníkom, sa Slnko vyšplhá do svojho zenitu iba dva dni v roku (áno, raz do roka ak ste na obratníku raka alebo kozorožca).

S jednou palicou, kameňom a obrovskou trpezlivosťou ste identifikovali hlavné strany kompasu, a štyri dni v roku, ktoré označujú zmeny ročných období. Teraz potrebujete vynájsť spôsob časovania intervalov medzi dvoma lokálnymi poludniami. Veľmi drahé hodinky by pomohli, ale nejaké ručne vyrobené presýpacie hodiny poslúžia rovnako dobre. Časovač vám umožní zistiť, s vysokou presnosťou, ako dlho trvá slnku obísť Zem: solárny deň.

Priemer z celého roka vyjde na 24 hodín, presne. Avšak tento poznatok neobsahuje pohyblivú sekundu pridávanú tu a tam z dôvodu spomaľovania rotácie Zeme gravitačným ťahom Mesiaca na oceány.

Cestovanie súhvezdiami

Späť k vám a vašej palici. Ešte nekončíme. Zostavte hľadáčik na konci palice a použite svoj dôverný časovač v momente, kedy sa v hľadáčiku ukáže nejaká známa hviezda alebo sústava. Potom, stále používajúc svoj časovač, zmerajte ako dlho trvá než sa tam tá hviezda ďalšiu noc znovu objaví. Tento interval, hviezdny deň, trvá 23 hodín, 56 minút a 4 sekundy. Takmer štvorminútová odchýlka medzi hviezdnym a solárnym dňom spôsobuje, že Slnko putuje cez súhvezdia na oblohe, budiac dojem, že tieto hviezdy počas roka „navštevuje“.

Samozrejme, nemôžete vidieť hviezdy počas dňa – okrem Slnka. Ale tie, ktoré sú viditeľné poblíž horizontu pri východe alebo západe, označujú polohu Slnka na oblohe – dobrý pozorovateľ s výbornou pamäťou pre hviezdne konštelácie môže zistiť, ktoré súhvezdie sa za Slnkom práve nachádza.

Analema

Znova sa spoľahnete na váš časovač a môžete s palicou v zemi skúsiť niečo iné. Každý deň, počas celého roka, označte, kde sa nachádza špička tieňa na poludnie, ktoré určíte podľa časovača. Ukáže sa, že každý deň sa značka posunie do iného bodu. Na konci roka ste si vykreslili tvar osmičky – pre učených známy ako „analema“.

Prečo? Zem sa nakláňa svojou osou o 23,5 stupňa vzhľadom k rovine slnečnej sústavy. Tento sklon nielen že dáva vzniknúť ročným obdobiam a širokému rozpätiu denných trás Slnka po oblohe, je taktiež hlavným dôvodom tvaru osmičky ktorá sa ukáže, keď Slnko putuje počas roka vpred a vzad cez svetový rovník. Čo viac, obežná dráha Zeme okolo Slnka nie je perfektný kruh. Vzhľadom na Keplerove pravidlá pohybu nebeských telies, musí byť obežná rýchlosť rôzna, rýchlejšia keď sme bližšie k Slnku a pomalšia keď sme ďalej. Pretože rýchlosť rotácie Zeme je stále rovnaká, niečo musí ustúpiť: Slnko nie vždy dosiahne svoj najvyšší bod na oblohe počas „hodinového poludnia“ (určeného časovačom, nie palicou).

Pretože je posun zo dňa na deň pomalý, dostane sa tam o 14 minút neskôr v istých obdobiach roka. Inokedy je to o 16 minút skôr. Iba počas 4 dní v roku – v závislosti na vrchnej, spodnej alebo strednej dráhe tvaru osmičky – je hodinový čas rovnaký ako Slnečný. Keď sa to stane, tieto dni pripadnú na 15. Apríl, 14. Jún, 2. Spetember, 25. December.“

Takto ste dokázali, s obyčajnou palicou a priam chorobnou trpezlivosťou, zistiť veľa kľúčových vecí o tom, čo sa deje na oblohe. A to len s obyčajnou palicou, ešte ste nepoužili špagát!

Páčil sa Vám článok? Podporte ho opäť na http://vybrali.sme.sk/c/Spoznajte-vesmir-pomocou-palice/ 

Zdroj: Neil deGrasse Tyson – Death by black hole. 384 s. ISBN-10: 0393062244 Kindle edition
http://en.wikipedia.org/wiki/Analemma
http://explow.com/gnomon

Obrázky
Perex: Autor
http://weblife.org/cob/cob_011.html
http://www.aldebaran.cz/bulletin/2006_14_sun.php
http://startswithabang.com/?p=1606
http://amper.ped.muni.cz/~miler/aktivity/Sundial/analema/Construction%20of%20an%20Analemma%20curve.htm
http://urbanastronomer.blogspot.com/2011/09/autumnal-equinox-what-do-you-see.html
Analema: http://apod.nasa.gov/apod/image/0712/analemma_matheson.wmv

Leave a Reply

© 2012 Použimerozum.sk, všetky práva vyhradené.