Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Czy zdajesz sobie sprawę z tego, że nawet w tej chwili poruszasz się wraz z Ziemią dookoła osi ziemskiej? Wiesz, z jaką prędkością? Znacznie większą niż najszybsze bolidy Formuły 1! Mieszkańcy Polski razem z kulą ziemską pokonują w ciągu godziny 1000 kilometrów, a osoby przebywające na równiku nawet 1667 kilometrów w tym samym czasie.

R1SdZ2dkktf0f
Animacja przedstawia w dwadzieścia cztery sekundy ruch obrotowy Ziemi, jaki wykonuje ona w ciągu dwudziestu czterech godzin. Na ekranie widoczna jest Ziemia z przestrzeni kosmicznej. Niebieski kolor na powierzchni Ziemi wskazuje na oceany i morza. Zielony, żółty i brązowy kolor to kontynenty. Ziemia przechylona jest w prawo. Na dole globu widoczna jest Antarktyda pokryta białym lądolodem. Białe przezroczyste smugi to chmury. Ziemia obraca się cały czas w prawo, z zachodu na wschód. W lewym dolnym rogu znajduje się licznik czasu. Licznik pokazuje czas jednego pełnego obrotu.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • kształt, jaki ma Ziemia.

Twoje cele
  • Przeliczysz różnicę długości geograficznej pomiędzy dwoma punktami na kuli ziemskiej na różnicę czasu pomiędzy nimi.

  • Wyznaczysz kierunki geograficzne za pomocą gnomonu.

  • Określisz kierunek działania siły Coriolisa.

Przygotuj przed lekcją:
  • globus;

  • pręt lub prosty patyk, który posłuży do skonstruowania gnomonu.

ixr5Y2Lxy7_d5e244

1. W jakim kierunku i z jaką prędkością obraca się Ziemia?

R1E4AMuJseLUZ
Nagranie wideo przedstawia ruch obrotowy Ziemi. Na ekranie widoczna jest Ziemia widziana z przestrzeni kosmicznej. Niebieski kolor na powierzchni Ziemi wskazuje na oceany i morza. Kolory zielony i żółty to kontynenty. Białe przezroczyste smugi to chmury. Ziemia obraca się cały czas w prawo - z zachodu na wschód.

Żyjąc na powierzchni Ziemi, trudno bezpośrednio obserwować ruchy naszej planety. Zauważamy jednak pozorny ruch Słońca ze wschodu na zachód, co jest konsekwencją ruchu obrotowego Ziemiruch obrotowy Ziemiruchu obrotowego Ziemi dookoła własnej osi z zachodu na wschód. Pełen obrót trwa ok. 23 godzin 56 minut i 4 sekund. Czas ten nazywamy dobą gwiazdowądoba gwiazdowadobą gwiazdową. Bardziej nam znana jest tzw. doba słonecznadoba słonecznadoba słoneczna, która trwa kilka minut dłużej, niemal dokładnie 24 godziny. Jest to czas, jaki upływa między dwoma kolejnymi momentami południa słonecznegopołudnie słonecznepołudnia słonecznego.

Prędkość obrotu Ziemi jest oczywista, gdy podajemy ją w miarach kątowych. Prędkość kątowaprędkość kątowaPrędkość kątowa to wielkość kąta zakreślonego przez dany punkt leżący na powierzchni Ziemi podczas ruchu po okręgu w jednostce czasu.
W przypadku Ziemi prędkość kątowa ma stałą wartość 360°/24h.

Trudniej jest podać prędkość liniowąprędkość liniowaprędkość liniową, czyli odległość pokonywaną przez punkt leżący na powierzchni Ziemi w jednostce czasu. Ta zależy bowiem od szerokości geograficznej, na której dany punkt leży. Im bliżej równika, tym równoleżniki są dłuższe, przez co prędkość liniowa jest większa. To dlatego mieszkańcy Polski poruszają się z prędkością ok. 1000 km/h, czyli 667 km/h wolniej od mieszkańców rejonów równikowych, którzy w tej samej jednostce czasu muszą pokonać znacznie dłuższą odległość liniową.

RnP19letYqw4J
Prędkość liniowa punktów leżących na powierzchni Ziemi
Źródło: TUBS (http://commons.wikimedia.org), Krzysztof Jaworski, Roman Nowacki.
1
Polecenie 1

Oblicz, o jaki kąt obraca się Ziemia w ciągu 1 godziny, a o jaki w ciągu 4 minut.*

* polecenie dla ucznia szkoły ponadpodstawowej (zakres rozszerzony)

RgUD7HoLnyjUH
(Uzupełnij).
1
Polecenie 2

Obróć globus we właściwym kierunku o taki kąt, jaki Ziemia pokonuje w ciągu:*

  1. 1 godziny,

  2. 12 godzin,

  3. 1 doby.

* polecenie wykraczające poza wymagania podstawy programowej

Oblicz, o jaki kąt przesunie się Ziemia, pokonując swoją drogę w ciągu:

1. 1 godziny,

2. 12 godzin,

3. 1 doby.

R1EmMBlZMuady
(Uzupełnij).
Ciekawostka

Atmosfera jest częścią Ziemi i porusza się razem z całą planetą. Gdyby było inaczej, to na całej planecie, z wyjątkiem biegunów, wiałyby huraganowe wiatry o niespotykanych prędkościach.

Ważne!

Obrót Ziemi dookoła własnej osi stał się źródłem takich jednostek czasu, jak: doba (24 godziny), godzina (1/24 doby), minuta (1/60 godziny) i sekunda (1/60 minuty).

ixr5Y2Lxy7_d5e411

2. Co to jest gnomon i jak za jego pomocą obserwować pozorną wędrówkę Słońca nad widnokręgiem?

Pozorny ruch Słońca nad widnokręgiem jest pośrednim dowodem na ruch obrotowy Ziemi. Możemy go zaobserwować każdego dnia.

Uwaga!

W żadnym wypadku nie wolno patrzeć bezpośrednio na Słońce bez skutecznej ochrony oczu! Poza wyjątkowymi momentami, gdy Słońce jest ledwo widoczne zza warstwy chmur, kierowanie wzroku na Słońce grozi bezpowrotnym uszkodzeniem wzroku, a nawet całkowitą ślepotą. Niebezpieczne jest nawet patrzenie na Słońce przy użyciu zbyt mało skutecznych osłon, jak np.: okulary przeciwsłoneczne, zadymione szkło, płyta CD lub klisza rentgenowska.

Sposobem na uniknięcie niebezpieczeństwa uszkodzenia wzroku podczas śledzenia pozornego ruchu Słońca jest obserwacja cienia rzucanego przez przedmioty oświetlone bezpośrednimi promieniami słonecznymi. Obserwując cień, wnioskujemy o pozornym ruchu Słońca. Każdy stosunkowo cienki, prosty i pionowy pręt wbity w ziemię staje się gnomonemgnomongnomonem, czyli przyrządem, którego cień wyznacza położenie Słońca. Długość i kierunek cienia gnomonu określają wysokość Słońca i jego azymut. Określając kierunki na podstawie cienia rzucanego przez gnomon, trzeba pamiętać, że w Polsce i na całym obszarze półkuli północnej poza strefą międzyzwrotnikową Słońce góruje zawsze po południowej stronie nieba. Rzucany wówczas przez gnomon w południe cień jest najkrótszy i wskazuje dokładnie kierunek północny. Wnioskujemy z tego, że nastąpił moment górowania Słońcagórowanie Słońcagórowania Słońca (moment południa słonecznego). Położenie Słońca na niebie wskazuje wtedy kierunek południowy. Przedłużenie linii, jaką wyznacza wówczas cień gnomonu, jest południkiem miejscowympołudnik miejscowypołudnikiem miejscowym punktu, w którym wbity jest gnomon. Tylko dwukrotnie w ciągu roku (21 marca i 23 września) Słońce wschodzi dokładnie na wschodzie i zachodzi dokładnie na zachodzie. Gdyby udało się wówczas zaobserwować cień gnomonu w momencie wschodu lub zachodu Słońca, to przedłużenie linii tego cienia byłoby równoleżnikiem miejscowymrównoleżnik miejscowyrównoleżnikiem miejscowym, gdyż cień gnomonu wskazywałby kierunek wschód‑zachód.
Kierunki geograficzne za pomocą gnomonu można jednak bez trudu wyznaczać i w inne dni. Moment, w którym gnomon rzuca najkrótszy cień, wskazuje północ (N). W przeciwnym kierunku jest zatem południe (S). Pod kątem 90° w lewo od gnomonu jest zachód (W), a 90° w prawo jest wschód (E).

R1QIo3t4MvT8O
Gnomon
Źródło: Krzysztof Jaworski, Roman Nowacki, Gothika (http://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 3

Ustaw globus w świetle Słońca lub lampy. Obracaj powoli globusem wokół jego osi. W różnych momentach jego oświetlenia określ, które części globusa odpowiadają zjawisku ziemskiego dnia, a które nocy.

R1d8Yjd8oVSmT
(Uzupełnij).

W obszarze między zwrotnikami dwukrotnie w ciągu roku występuje zjawisko górowania Słońca w zeniciezenitzenicie. Na równiku ma to miejsce 21 marca i 23 września. Na zwrotniku Raka Słońce w zenicie występuje tylko 22 czerwca, a na zwrotniku Koziorożca tylko 22 grudnia. Gdy Słońce góruje w zenicie, to gnomony w ogóle nie rzucają cienia.

Trzeba pamiętać, że w Polsce i na całym obszarze półkuli północnej poza strefą międzyzwrotnikową Słońce góruje zawsze po południowej stronie nieba. Natomiast w strefie międzyzwrotnikowej obu półkul przez część roku Słońce góruje po północnej stronie, a przez część po południowej. Na pozostałej części półkuli południowej Słońce przez cały rok góruje po północnej stronie nieba, a rzucany wówczas przez gnomon cień wskazuje kierunek południowy.

ixr5Y2Lxy7_d5e523

3. Konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi

Wiemy już, że pozorny ruch Słońca po sferze niebieskiejsfera niebieskasferze niebieskiej jest spowodowany ruchem obrotowym Ziemi. Ruch ten niesie ze sobą jednak jeszcze kilka innych konsekwencji dla naszej planety, środowiska geograficznego i wszystkich istot żywych, w tym dla człowieka. Jedną z najbardziej oczywistych jest następstwo dnia i nocy. W trakcie każdej doby część Ziemi przez pewien czas zwrócona jest ku Słońcu i wówczas na tym obszarze panuje dzień. Następnie odwraca się od niego i wtedy na zacienionym obszarze zapada noc. Jednocześnie inna część kuli ziemskiej obraca się ku Słońcu i rozpoczyna się tam dzień.

Inną konsekwencją ruchu obrotowego jest istnienie czasu słonecznegoczas słoneczny (miejscowy)czasu słonecznego (miejscowego). W tym samym momencie na jednym z południków jest południe słoneczne, po przeciwnej stronie kuli ziemskiej – północ, a na innych wszystkie pozostałe pory dnia i nocy.

Trudnym do obserwacji, ale naukowo udowodnionym skutkiem ruchu obrotowego jest także niewielkie spłaszczenie Ziemi na biegunach wynikające z działania siły odśrodkowej powodującej, że Ziemia nie ma kształtu kuli.

1
Polecenie 4

Ustal, w którym kierunku (N, S, W czy E) siła Coriolisa spycha samolot lecący z punktu o współrzędnych 50°N, 20°E do punktu o współrzędnych 10°N, 20°E.*

* polecenie skierowane do ucznia szkoły ponadpodstawowej (zakres rozszerzony)

RrXdpZtqmP34V
(Uzupełnij).
1
Polecenie 5

Ustal, w którym kierunku (N, S, W czy E) siła Coriolisa spycha samolot lecący z punktu o współrzędnych 10°S, 20°E do punktu o współrzędnych 50°S, 20°E.*

* polecenie skierowane do ucznia szkoły ponadpodstawowej zakresu rozszerzonego

RQzh2H1PQ8lja
(Uzupełnij).

Podobnie jak woda w wielkich rzekach, także wiatry na półkuli północnej będą spychane w prawo, a na półkuli południowej – w lewo. Inną konsekwencją działania siły Coriolisa jest kierunek wirowania powietrza w cyklonach. Na półkuli północnej wirują one przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a na półkuli południowej zgodnie z ruchem wskazówek zegara.*

* treść wykraczająca poza wymagania z podstawy programowej

ixr5Y2Lxy7_d5e762

Podsumowanie

  • Ziemia obraca się wokół własnej osi o 360° w ciągu ok. 24 godzin.

  • Pozorna wędrówka Słońca po niebie jest widoczną codziennie konsekwencją ruchu obrotowego Ziemi.

  • Gnomon umożliwia nam przeprowadzenie wielu obserwacji astronomicznych.

Praca domowa

Przeprowadź obserwację gnomonu w okolicy swojego domu. Wyznacz podstawowe kierunki geograficzne i zapamiętaj położenie na widnokręgu obiektów wskazujących północ, południe, wschód i zachód z punktu widzenia obserwatora.

Pokaż podpowiedź#15537cwhite
Rcb7tV8vWjDwC
(Uzupełnij).

Opisz, w jaki sposób za pomocą gnomonu można wyznaczyć podstawowe kierunki geograficzne. Odpowiedź zapisz w zeszycie.

Zobacz także
ixr5Y2Lxy7_d5e875

Słownik

czas słoneczny (miejscowy)
czas słoneczny (miejscowy)

rachuba czasu związana z lokalnym południkiem miejsca obserwacji; wzdłuż jednego południka czas jest taki sam; obliczamy go na podstawie momentu górowania Słońca nad tym południkiem

doba gwiazdowa
doba gwiazdowa

okres obrotu Ziemi wokół własnej osi, czyli ok. 23 h 56 min 4,091 s

doba słoneczna
doba słoneczna

okres pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami Słońca nad określonym południkiem; średnia długość przyjęta umownie za wartość stałą wynosi 24 godziny

gnomon
gnomon

zwykle jest to pręt, kolumna lub prosty kij wbity w ziemię, którego cień wskazuje położenie Słońca; to jeden z najstarszych i najprostszych przyrządów astronomicznych; precyzyjnie skonstruowane i ustawione gnomony są przyrządami astronomicznymi albo częściami zegarów słonecznych

górowanie Słońca
górowanie Słońca

moment, w którym w ciągu doby Słońce znajduje się na maksymalnej wysokości kątowej nad horyzontem; moment ten bywa nazywany także południem słonecznym

południe słoneczne
południe słoneczne

moment, w którym w ciągu doby Słońce znajduje się na maksymalnej wysokości kątowej nad horyzontem; moment ten bywa nazywany także górowaniem Słońca

południk miejscowy
południk miejscowy

południk lokalny przechodzący przez dane miejsce na powierzchni Ziemi

prędkość kątowa
prędkość kątowa

wielkość opisująca ruch obrotowy, równa kątowi zakreślonemu przez jakiś punkt podczas ruchu po okręgu w jednostce czasu

prędkość liniowa
prędkość liniowa

wielkość oznaczająca przebytą drogę w jednostce czasu, np. odległość przebyta w ciągu minuty

równoleżnik miejscowy
równoleżnik miejscowy

równoleżnik przechodzący przez dane miejsce na powierzchni Ziemi

ruch obrotowy Ziemi
ruch obrotowy Ziemi

obracanie się Ziemi wokół własnej osi z zachodu na wschód

sfera niebieska
sfera niebieska

kulista, istniejąca w wyobraźni sfera o nieokreślonym promieniu, która otacza obserwatora śledzącego ciała niebieskie i daje złudzenie, że wszystkie znajdują się w jednakowej, wielkiej odległości, jakby przylepione do tej sfery

zenit
zenit

punkt na sferze niebieskiej znajdujący się dokładnie ponad pozycją obserwatora

ixr5Y2Lxy7_d5e1118

Ćwiczenia

1
Ćwiczenie 1
R1KfCsYH8t0X61
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 2
R1Dpe58433O711
Zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Dokończ zdania. Odpowiedzi zapisz w zeszycie.

1. Pozorny ruch Słońca ze wschodu na zachód jest konsekwencją ruchu Ziemi zwanego dookoła własnej osi z zachodu na wschód. Taki ruch nazywa się ruchem...

2. Pełen obrót trwa...

3. Lepiej jest nam znana doba słoneczna, która trwa kilka minut dłużej, niemal dokładnie...

1
Ćwiczenie 3
R7aF6EbOGzXKH1
zadanie interaktywne
Źródło: Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
1
Ćwiczenie 4
R1XvaIKmXrCgH1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 5
RnS90qObBQNDI
Uzupełnij tekst odpowiednimi wyrazami Obrót Ziemi dookoła własnej osi stał się źródłem takich jednostek czasu, jak: 1. doba, 2. godzina, 3. sekunda, 4. 1/60 (24 godziny), 1. doba, 2. godzina, 3. sekunda, 4. 1/60 (1/24 doby), minuta ( 1. doba, 2. godzina, 3. sekunda, 4. 1/60 godziny) i 1. doba, 2. godzina, 3. sekunda, 4. 1/60 (1/60 minuty).

Napisz, źródłem jakich jednostek czasu stał się obrót Ziemi dookoła własnej osi?

R1kBBNrVbd1p3
Wersja alternatywna: (Uzupełnij).
2
Ćwiczenie 6
RWnkaNz7HF4eN1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 7
R1XZidfRxtKpf1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.

Do podanych zjawisk przyporządkuj efekty. Odpowiedzi zapisz w zeszycie.

Zjawisko:

a) górowanie Słońca,

b) obrót Ziemi z zachodu na wschód,

c) ruch obrotowy Ziemi.

Efekt:

a) spłaszczenie Ziemi na biegunach,

b) najkrótszy dzień w południe,

c) pozorna wędrówka Słońca nad widnokręgiem ze wschodu na zachód.

3
Ćwiczenie 8
R1BYEb3UOFnpL1
zadanie interaktywne
Źródło: Andrzej Boczarowski, licencja: CC BY 3.0.