透明半球を使って太陽の一日の動きを調べる観測ですが、今回注目したいのは記録の方法。
透明半球に印をする位置として、ペンの先の影が画用紙の十字のところにくるようにします。
2004宮崎県立高校入試問題を一部加工
どうしてこのような記録するのでしょうか。
もっというと、どうしてこの方法で正しく太陽の位置を記録したことになるのでしょうか。
意外に生徒はわかってないようです。
中心とペンの位置を結び、さらにその直線を延長します。
2004宮崎県立高校入試問題より
するとその先に太陽があるわけです。
すると、透明半球の中心に観測者がいて、ちょうど天球上の印をつけた位置に太陽がある、というわけです。
2000年富山県立高校の入試問題の図より
こう考えるとわかるかな。
太陽の当たるところに地面に垂直な棒を立てると影ができる。
それを透明半球にかぶせると観測者と透明半球上の印をつけた位置の関係が。観測者と本物の太陽の位置の関係と相似形になる。
で、2つの班が。2022年９月26日に東京で観測したデータを見てみよう。
どちらもいい感じの直線になっています。
横軸の切片が日の出の時刻を意味します。
またグラフの赤い線は、太陽の軌跡を結んだ線全体の長さから日の入りの時刻を求めています。
そうすると、左のグラフだと日の出が5:40ごろ、日の入りが17:30ごろ、右のグラフでは日の出が5:30ごろ、日の入りが17:15ごろと読み取れます。
実際、この日の日の出と日の入りは5時31分と17時33分ですから、許容範囲の誤差におさまっているといえるのではないでしょうか。特に日の出はこの観測の精度から言ってドンピシャと言っていいでしょう。
教材として直径10cm程度の小さめのものもありますが、1mmずれた時の誤差の影響を考えると、透明半球は大きい方がうまくいきそうですね。
おまけ。入試問題などでは、この観測をやると
2013福岡県立高校入試問題より
こんな感じに毎正時に観測してるけど、学校で普通に授業のある日の観測だったら、ぶっちゃけありえない!!
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