Kopernik w krótkiej koszulce - Kosmiczny pojazd: Ziemia

Kosmiczny pojazd: Ziemia – scenariusz wykładu

KKK - wróć do strony głównej

Przed rozpoczęciem:

Uruchomienie wahadła Foucaulta (na korytarzu w Hallu Instytutu Fizyki),
Wyświetlenie pozornego ruchu sfery niebieskiej (program stellarium) na wielkim ekranie/suficie
Włączenie "kosmicznej" muzyki, lampy UV podświetlającej gwiazdozbiory ustawione na tablicach, podświetlenia globusa wiszącego w rogu sali.
Przygaszenie światła.

Powitanie i wprowadzenie

Prezentacja multimedialna „Kosmiczny pojazd: Ziemia” - dr Krzysztof Rochowicz

Pokazy i doświadczenia:

Ruch obrotowy Ziemi:

Ruch obiegowy i obrotowy Ziemi.
Z publiczności zostają wybrane 3 osoby. Jedna będzie Słońcem (włączy w odpowiedniej chwili model Słońca), druga będzie Ziemią i będzie odpowiedzialna za ruch obiegowy Ziemi dookoła Słońca, a trzecia będzie odpowiedzialna za ruch obrotowy Ziemi wokół własnej osi. Słońce zaczyna świecić - Ziemia zaczyna powoli poruszać się wokół niego. Przy okazji widać jak powstają pory roku oraz noc i dzień polarny na biegunach.
Pozorny ruch Słońca i gwiazd na niebie
Do dużego globusa została przyklejona (w miejscu Polski) mała kamera internetowa podłączona do komputera - projektora. Powoli obracamy globusem. Z punktu widzenia kamery wydaje się, że to model Słońca i gwiazdozbiory poustawiane na tablicach się obracają, a nie ona.
Wahadło Foucaulta.
Dowód na to, że Ziemia się obraca. Wprawiamy w ruch małe wahadło i powoli kręcimy konstrukcją, do której jest przymocowane. Wszyscy widzą, że pomimo tego obrotu płaszczyzna jego drgań pozostaje niezmienna, jednak z punktu widzenia płaszczyzny pod nim to właśnie ona się obraca. W Instytucie Fizyki w Hallu mamy duże Wahadło Foucaulta. Przed pokazami zostaje wprawione w ruch (zaznaczamy jego początkową płaszczyznę ruchu). Po wykładzie uczestnicy mogą naocznie stwierdzić, że płaszczyzna ta zmieniła swój kierunek ruchu.
Jak powstają pory roku?
Mały obracający się globus pomalowany farbą zmieniającą kolor pod wpływem temperatury ustawiamy niedaleko źródła światła (modelu Słońca). Oś obrotu Ziemi jest skierowana do płaszczyzny ekliptyki pod pewnym kątem - tak jest też w naszym modelu. W zależności z której strony źródła światła jest model Ziemi zmieniają kolor północna półkula (lato na północy), południowa półkula (zima na północy) lub strefa równikowa (wiosna lub jesień na północy).
Żyroskop.
Oś obrotu Ziemi stale pokazuje ten sam punkt na niebie (porusza się bardzo powoli, ale o tym w następnym punkcie). Dzieje się taj dlatego, iż jest wielkim żyroskopem. Wprawiamy w ruch żyroskop (ciężarek w kształcie koła poruszający się z dużą prędkością). Niezależnie jak ustawimy jego podstawę jego os obrotu pozostaje niezmienna.
Precesja.
Oś obrotu Ziemi w ciągu 26 tys lat zakreśla na niebie mały okrąg. Zjawisko to nazywamy precesją. Spotkał się z nim każdy, kto bawił się bączkiem (im wolniej się obraca tym wyraźniej widać precesję. Ciężkie koło rowerowe wieszamy na linie i równoważymy ciężarkiem (zobacz zdjęcia, filmy). Wprawiamy je w ruch - jego oś obrotu niezmiennie wskazuje ten zam kierunek. Wieszamy ciężarek - oś obrotu zaczyna się obracać. Wieszamy ciężarek z drugiej strony - obraca się w przeciwnym kierunku.
Spłaszczenie Ziemi.
Ziemia nie jest idealną kulą - jest spłaszczoną kulą - geoidą. Jest spłaszczona dlatego, bo się obraca. Aby to pokazać posługujemy się prostym doświadczeniem - obracamy sprężyną w kształcie okręgu. Im szybciej obracamy tym bardziej jest spłaszczona. Na sprężynę (Ziemię) działa siła odśrodkowa tym większa im dalej znajduje się od osi obrotu.
Względność ruchu.
Będąc na Ziemi i nie mając żadnego punktu odniesienia nie jesteśmy wstanie powiedzieć w którym kierunku i czy poruszamy się wraz z nią. Osoba z publiczności siada na modelu poduszkowca (chodzi o płynność ruchu). Ma zawiązane oczy i słuchawki dźwiękoszczelne. Jej zadaniem jest powiedzieć do mikrofonu, czy jej zdaniem porusza się, czy nie. po krótkiej chwili od uruchomienia poduszkowca nie jest w stanie tego stwierdzić.

II. Ruch obiegowy Ziemi:

Poruszające się Słońce.
Słońce pozornie porusza się na tle gwiazdozbiorów zodiakalnych wykonując jeden cykl w ciągu roku. Mając kamerę, modele Słońca i gwiazdozbiorów zodiakalnych można to w prosty sposób zademonstrować. Kamera obserwuje Słońce. Kiedy się nie porusza - Słońce też jest nieruchome. Gdy zaczyna się poruszać w prawo - Słońce na tle gwiazdozbiorów porusza się w lewo.
Prędkości kątowe planet.
Im dalej Słońca planeta porusza się tym jej prędkość kątowa jest mniejsza. 2 50-cio gramowe ciężarki ciężarki przywiązujemy do dwu mocnych sznurków. Poruszamy ciężarkami trzymając za ich końce. Okazuje się, że ten na dłuższym sznurku zakreśla kąt o wiele wolniej niż ten na krótszym.
Ruchy planet na niebie, pętle.
Już dawno temu ludzie zastanawiali się dlaczego niektóre planety (w tym Mars) czasami zakreślają pętle w swoim ruchu na tle gwiazd na niebie. Pełne wytłumaczenie tego efektu stało się możliwe dopiero po wydaniu przez Mikołaja Kopernika swojego dzieła "O obrotach ciał niebieskich". Do demonstracji potrzebne będą: kamera (podłączona do projektora komputerowego - obserwator - Ziemia), świetlik (model Marsa) i pas gwiazdozbiorów zodiakalnych. Kamera obserwuje Marsa (światło jest przygaszone, ale Mars - świetlik świeci, a gwiazdozbiory również jarzą się oświetlone niewidoczną lampą UV). Zaczyna się ruch po łuku. Czasami Mars porusza się w lewo na tle gwiazd, ale czasami na krótki okres w lewo.
Model układu Słońce – Ziemia w skali.
Konkurs kilka osób z publiczności ma znaleźć model Ziemi wiedząc, że w tej samej skali średnica Słońca ma 15 cm. Ziemia jest w tej chwili gdzieś na zachodzie. Wszyscy są zdziwieni, że odnaleziona w rogu sali Ziemia to po prostu niebieski łepek od szpilki.

III. Ruch Księżyca dookoła Ziemi:

Fazy Księżyca.
Z publiczności zgłaszają się 2 osoby. Jedna - Słońce (obsługuje model słońca), druga Księżyc (trzyma w ręku model Księżyca). Przygaszamy światło "niebo rozświetla Słońce". Wokół niego zaczyna poruszać się Księżyc (dla prostoty modelu Ziemi nie dodajemy). Publiczność może obserwować kolejno fazy Księżyca. Widzi też, że linia na modelu Księżyca, w którym styka się oświetlona część globy z nieoświetloną (terminator) jest postrzępiona (model Księżyca został oklejony papierem uzyskując kratery i góry).
Tellurium.
Urządzenie do demonstracji zjawisk w układzie Ziemia - Księżyc - Słońce. Pokazujemy jak powstają zaćmienia Słońca/Księżyca.

Po wykładzie

Zobacz galerię zdjęć z wykładu

KKK - wróć do strony głównej

Opracowanie: K. Służewski