Движението на слънцето на различни географски ширини.

Бележка за решаване на задачи на тема „Земята като планета Слънчева система»

За да се изпълнят задачи за определяне на височината на Слънцето над хоризонта в различни точки, разположени на един и същи паралел, е необходимо да се определи обедният меридиан, като се използват данни за времето на Гринуичския меридиан. Обедният меридиан се определя по формулата:

(12:00 - Гринуич меридиан време) * 15º - ако меридианът е в източното полукълбо;

(време на Гринуич меридиан - 12 часа) * 15º - ако меридианът е в западното полукълбо.

Колкото по-близо са предложените в задачата меридиани до обедния меридиан, толкова по-високо ще бъде Слънцето в тях, толкова по-далече - толкова по-ниско.

Пример 1. .

Определете в коя от точките, обозначени с буквите на картата на Австралия, слънцето ще бъде на 21 мартнай-горната над хоризонта в 5 сутринта слънчево време по меридиана на Гринуич. Запишете мотивите зад отговора си.

Отговор. в точка А,

Точка А е по-близо от другите точки до обедния меридиан (12 - 5) * 15º = 120º E.

Пример 2.Определете с коя от посочените букви на картата Северна Америкаточки Слънцето ще бъде най-ниско от всички над хоризонта в 18:00 GMT. Запишете вашата линия на разсъждения.

Отговор. В точка А (18-12) * 15º =90 º

2. За изпълнение на задачи за определяне на височината на Слънцето над хоризонта в различни точки, които не са на един и същи паралел, и когато има индикация за деня на зимното (22 декември) или лятното (22 юни) слънцестоене, имате нужда

не забравяйте, че Земята се движи обратно на часовниковата стрелка и колкото по-източно е точката, толкова по-рано Слънцето се издига над хоризонта .;

да анализира положението на посочените в заданието точки спрямо полярните кръгове и тропиците. Например, ако въпросът съдържа индикация за деня - 20 декември, това означава ден, близък до деня зимното слънцестоенекогато полярната нощ се наблюдава на територията на север от полярния кръг. Това означава, че колкото по-на север е точката, толкова по-късно Слънцето ще се издигне над хоризонта, колкото по-на юг, толкова по-рано.

Определете в коя от точките, обозначени с буквите на картата на Северна Америка, 20 декември, Слънцето преди всичкослед време Гринуичският меридиан ще се издигне над хоризонта. Запишете вашата линия на разсъждения.

Отговор. В точка С.

Точка А е източно от точката C, а точка C е по-на север (на 20 декември, колкото по-кратък е денят, толкова по-близо до Северния полюс).

1. За изпълнение на задачи за определяне на продължителността на деня (нощта) поради промяна в ъгъла на наклон земна осдо равнината на орбитата, трябва да запомните - градусната мярка на ъгъла на наклон на земната ос спрямо равнината на земната орбита определя паралела, на който ще бъде разположен полярният кръг. След това се извършва анализът на предложената в задачата ситуация. Например, ако територията е в условия на дълъг ден (през юни в Северното полукълбо), тогава колкото по-близо е територията до Арктическия кръг, колкото по-дълъг е денят, толкова по-далеч - толкова по-кратък.

Определете кой от паралелите: 20 ° N, 10 ° N, на екватора, 10 ° S или 20 ° S. - ще има ли максимална продължителност на ден на ден, когато Земята е в орбита в позицията, показана на фигурата с числото 3? Обосновете отговора си.

Отговор.Максималната продължителност ще бъде на 20 южна ширина.

В точка 3 Земята е в деня на зимното слънцестоене – 22 декември, при условия по-голяма продължителностна деня - Южно полукълбо. Точка А е в най-южната позиция.

На кой от паралелите, посочени на фигурата с букви, на 22 декември, продължителността дневни часовенай-малкият?

4. За определяне на географската ширина на района се взема предвид зависимостта на ъгъла на падане на слънчевата светлина от географската ширина на района. В дните на равноденствието(21 март и 23 септември), когато слънчевите лъчи падат вертикално към екватора, формулата се използва за определяне на географската ширина:

90 º - ъгъл на падане на слънчевите лъчи = географска ширина на областта (север или юг се определя от сенките, хвърляни от обекти).

В дните на слънцестоенето (22 юни и 22 декември) трябва да се има предвид, че слънчевите лъчи падат вертикално (под ъгъл от 90 °) към тропика (23,5 º N и 23,5 ° S). Следователно, за да се определи географската ширина на областта в осветеното полукълбо (например 22 юни в Северното полукълбо), се използва формулата:

90º- (ъгъл на падане на слънчевите лъчи - 23,5º) = географска ширина на областта

За да определите географската ширина на зона в неосветено полукълбо (например 22 декември в Северното полукълбо), използвайте формулата:

90º - (ъгъл на падане на слънчевите лъчи + 23,5º) = географска ширина на областта

Пример 1.

Определете географски координатиточка, ако е известно, че в дните на равноденствието обедното слънце стои там над хоризонта на височина 40º (сянката на обекта пада на север), а местното време изпреварва Гринуичкия меридиан с 3 часа. Запишете вашите изчисления и разсъждения

Отговор. 50 º N, 60 º E

90 º - 40 º = 50 º ( s.sh , тъй като сянката на обектите пада на север в северното полукълбо)

(12-9) x15 =60º ( в.д. , тъй като местното време изпреварва средното по Гринуич, което означава, че точката е на изток)

Пример 2.

Определете географските координати на точка, разположена в Съединените щати, ако е известно, че на 21 март в 17 часа GMT в тази точка е обяд и Слънцето е на височина 50 ° над хоризонта. Запишете вашата линия на разсъждения.

Отговор. 40 º N, 75 º W

90 º -50 º =40 º ( s.sh -t.k. САЩ са в северното полукълбо)

(17h -12h) * 15 = 75º (с.д., тъй като се намира от Гринуичкия меридиан на запад чрез 3 часови зони)

Пример 3.

Определете географската ширина на мястото, ако е известно, че на 22 юни обедното слънце е там над хоризонта на надморска височина 35º s.sh Запишете изчисленията.

Отговор.78,5 º s.sh

90 º - (35 º -23,5 º) = 78,5 N

5. За да се определи меридиана (географската дължина на областта), на която се намира точката, равнината на Гринуичкия меридиан и местното слънчево време, е необходимо да се определи часовата разлика между тях. Например, ако е обяд (12 часа) на Гринуичкия меридиан и местното слънчево времев посочения параграф 8 часа разликата (12-8) е 4 часа. Дължината на една часова зона е 15º. За да се определи необходимия меридиан, изчислението е 4 x 15º = 60º. За да определите полукълбото, в което се намира този меридиан, трябва да запомните, че Земята се върти от запад на изток (обратно на часовниковата стрелка). Това означава, че ако времето на Гринуичкия меридиан е по-дълго, отколкото в дадена точка, точката е в западното полукълбо (както в предложения пример). Ако времето на меридиана на Гринуич е по-малко от дадената точка, точката е в източното полукълбо.

Пример.

На кой меридиан се намира точката, ако се знае, че по обяд според Гринуичския меридиан местното слънчево време е 16 часа в нея? Запишете вашата линия на разсъждения.

Отговор. Точката е на 60 меридианº в.д.

16ч -12ч = 4 часа (времева разлика)

4x15 º = 60 º

Източна дължина, защото в 16.00, когато все още е 12.00 в Гринуич (т.е. точката е на изток)

такава картина като на снимката (фиг. 1). Защо виждаме разминаващи се, а не успоредни лъчи?

Въпрос 3. Новоназначеният директор на киното реши да въведе нови технологии и да окачи плоско огледало вместо екран от бял плат. Какъв е рискът за публиката?

Задача 4. Защо през нощта при светлината на фаровете на кола локва на пътя изглежда на шофьора като тъмно петно ​​на светъл фон?

Въпрос 5. Стрелката АВ и оста на симетрия ОО 1 на кръгло плоско огледало (фиг. 2) принадлежат на една и съща равнина π. Изградете неговия образ.

ОРИЗ . 3

Въпрос 6. Маркирайте със засенчване на фиг. 2 е областта, от която цялата стрелка може да се види в огледалото. Колко пъти трябва да се увеличи диаметърът на огледалото, за да може наблюдателят в точка C да види цялото отражение на стрелката. Позицията на остаOOO 1 на огледалото е непроменена.

Въпрос 7. Два успоредни лъча 1 и 2 се разпространяват във водата (фиг. 3). Лъч 1 отива директно във въздуха, а лъч 2 - през прозрачна плоскопаралелна плоча, лежаща на повърхността на водата. Ще останат ли лъчите успоредни, докато излизат във въздуха?

Въпрос 8. Делфин наблюдава изпод водата дресьор, стоящ на ръба на басейна. Дресьорът държи риба в ръката си. Кое от разстоянията от делфина до рибата е по-голямо: видимо за делфина или реално?

Въпрос 9. Диамантът беше потопен във вода. Увеличил ли се е или намалял неговият пределен ъгъл на пълно отражение след това? Индикатор пред-

разбиване на диамант n A 2.42, вода n B 1.33.

2012-2013 учебна година година, бр.4, 8 кл. Физика. Законите на отражението и пречупването на светлината

Въпрос 10 *. Физиците са се научили да създават вещества (метаматериали) с отрицателен показател на пречупване. Да предположим, че имате на ваше разположение такава прозрачна плоча с показател на пречупване n = - 1. Как можете да проверите с лазерна показалка, че наистина е метаматериал?

Цел 1. Слънцето се издигна над хоризонта под ъгъл от 56º. Какъв ъгъл трябва да направи плоското огледало с хоризонта, за да може да бъде

Цел 3. В центъра на стената на квадратна стая, чиято височина е H = 3 m и дължина L = 4 m, има огледало с височина h = 0,6 m. От какво максимално разстояние l, човек застанал пред огледалото може да види отсрещната стена на стаята в цялата й височина?

Задача 4. Равнините на двете огледала образуват ъгъл α (фиг. 5). Лъч, лежащ в равнината на фигурата, пада върху огледалото M 1 под ъгъл φ1. След това този лъч се отразява от огледалото M 2 и излиза от системата от огледала. Намерете ъгъла δ на отклонение на лъча, преминаващ през системата.

2013, ZFTSh МФТИ, Слободянин Валерий Павлович

2012-2013 учебна година година, бр.4, 8 кл. Физика. Законите на отражението и пречупването на светлината

Задача 5. Две плоски огледала образуват ъгъл от 100 ° (фиг. 6). Точков източник на светлина S 0 е разположен на ъглополовящата на този ъгъл. Колко изображения на източника S 0 ще даде такава оптична система? Завършете необходимите конструкции.

Задача 6. Светлинният лъч пада под ъгъл φ0 = 45° върху купчина стъклени плоскоуспоредни плочи, чийто показател на пречупване се увеличава от 1,40 до 1,80 със стъпка n = 0,05 (фиг. 7). Колко записа има в стека? При какъв ъгъл φN + 1 този лъч ще излезе извън стека?

Задача 7. На дъното на езерото с дълбочина H = 8 m рибарите монтират фенер. Изчислете диаметъра на площта на водната повърхност, от която рибарите могат да видят светлината на този фенер през нощта.

2013, ZFTSh МФТИ, Слободянин Валерий Павлович

φ = 90 ° - Северен полюс
Само на полюса денят и нощта продължават шест месеца. В деня на пролетното равноденствие Слънцето описва пълен кръг по хоризонта, след което всеки ден по спирала се издига по-високо, но не по-високо от 23 ° 27 (на ден лятното слънцестоене). След това, цикъл по цикъл, Слънцето отново се спуска към хоризонта. Светлината му се отразява многократно от лед и хълмове. В деня на есенното равноденствие Слънцето отново заобикаля целия хоризонт и следващите му завои много постепенно отиват все по-дълбоко и по-дълбоко под хоризонта. Зората продължава седмици, дори месеци, като се движи на 360 °. Бялата нощ постепенно притъмнява и едва близо до зимното слънцестоене става тъмна. Това е средата на полярната нощ. Но Слънцето не се спуска под хоризонта под 23°27 Полярната нощ постепенно се изсветлява и утринната зора светва.

φ = 80 ° - една от географските ширини на Арктика
Движението на Слънцето на географска ширина φ = 80 ° е типично за райони, разположени на север от Арктическия кръг, но южно от полюса... След деня на пролетното равноденствие дните растат много бързо, а нощите се съкращават, започва първият период на белите нощи - от 15 март до 15 април (1 месец). Тогава Слънцето, вместо да отиде отвъд хоризонта, го докосва в северната точка и отново изгрява, заобикаля небето, премествайки се на 360 °. Денонощният паралел е разположен под лек ъгъл спрямо хоризонта, Слънцето кулминира над южната точка и се спуска на север, но не излиза отвъд хоризонта и дори не го докосва, а минава над северната точка и отново прави друга дневна орбита по небето. Така Слънцето спира все по-високо и по-високо до деня на лятното слънцестоене, което бележи средата на полярния ден. Тогава завоите на ежедневното движение на Слънцето слизат все по-ниско. Когато Слънцето докосне хоризонта в северната точка, полярният ден, продължил 4,5 месеца (от 16 април до 27 август), ще приключи, а вторият период на бели нощи ще настъпи от 27 август до 28 септември. Тогава продължителността на нощите бързо се увеличава, дните стават по-къси, т.к точките на възход и залез бързо се изместват на юг, а дъгата на дневния паралел над хоризонта се скъсява. Един ден преди зимното слънцестоене слънцето не изгрява над хоризонта по обяд, започва полярната нощ. Слънцето, движейки се по спирала, отива все по-дълбоко под хоризонта. Средата на полярната нощ е денят на зимното слънцестоене. След него Слънцето отново се приближава по спирала към екватора. По отношение на хоризонта завоите на спиралата са наклонени, следователно, когато Слънцето изгрее до южната част на хоризонта, изгрява, след това отново потъмнява, има борба между светлината и тъмнината. С всеки оборот дневният здрач става по-ярък и накрая Слънцето се появява за миг над южния (!) Хоризонт. Този дългоочакван лъч бележи края на полярната нощ, която продължи 4,2 месеца от 10 октомври до 23 февруари. Всеки ден Слънцето се задържа все по-дълго над хоризонта, описвайки все по-голяма дъга. Колкото по-голяма е географската ширина, толкова по-дълги са полярните дни и полярните нощи и толкова по-кратък е периодът на дневна смяна на дните и нощите между тях. По тези ширини има дълги здрачи, т.к Слънцето отива под хоризонта под лек ъгъл. В Арктика Слънцето може да изгрява във всяка точка на източния хоризонт от север на юг, а също и да залязва във всяка точка на западния хоризонт. Следователно навигаторът, който вярва, че Слънцето винаги изгрява в точката на изток и залязва в точката, рискува да сбърка курса с 90 °.

φ = 66 ° 33 "- арктически кръг
Ширина φ = 66°33" е крайната географска ширина, разделяща регионите, в които Слънцето изгрява и залязва всеки ден, от регионите, в които има обединени полярни дни и слети полярни нощи. На тази географска ширина през лятото точките на изгрев и набор се изместват на „широки стъпки“ от точките на изток и запад на 90° на север, така че в деня на лятното слънцестоене да се срещнат в точката на север. Следователно Слънцето, слязло на север хоризонтът, веднага се издига отново, така че два дни се сливат в плътен полярен ден (21 и 22 юни Преди полярния ден и след него има периоди на бели нощи. Първият е от 20 април до 20 юни (67 бели нощи) , вторият е от 23 юни до 23 август (62 бели нощи).На зимното слънцестоене точките на изгрев и залез се срещат в южната точка Няма ден между две нощи Полярната нощ продължава два дни (22, 23 декември ) Между полярния ден и полярната нощ Слънцето изгрява и залязва всеки ден, но продължителността на дните и нощите се променя бързо.

φ = 60 ° - географска ширина на Санкт Петербург
Известните бели нощи се наблюдават преди и след деня на лятното слънцестоене, когато „една зора бърза да смени друга”, т.е. Слънцето потъва плитко под хоризонта през нощта, така че лъчите му осветяват атмосферата. Но жителите на Санкт Петербург мълчат за своите "тъмни дни", когато слънцето по време на зимното слънцестоене изгрява по обяд само на 6°33" над хоризонта. Белите нощи (навигационният здрач) на Санкт Петербург са особено добри в комбинация с нейната архитектура и Нева.Те започват около 11 май и продължават 83 дни до 1 август дневна светлина- средата на интервала - около 21 юни. През годината точките на изгрев и залез се изместват по хоризонта със 106 °. Но белите нощи се наблюдават не само в Санкт Петербург, но по целия паралел φ = 60 ° и по-нататък на север до φ = 90 °, на юг от φ = 60 ° белите нощи стават все по-къси и по-тъмни. Подобни бели нощи се наблюдават и в Южното полукълбо, но в противоположното време на годината.

φ = 54 ° 19 "- географска ширина на Уляновск

Това е географската ширина на Уляновск. Движението на Слънцето в Уляновск е типично за всички средни ширини. Радиусът на сферата, показан на фигурата, е толкова голям, че в сравнение с него Земята изглежда като точка (символизира се от наблюдателя). Географска ширинаφ се дава от височината на полюса над хоризонта, т.е. ъгъл Полюс (P) - Наблюдател - Северна точка (C) в хоризонта. В деня на пролетното равноденствие (21.03) Слънцето изгрява точно на изток, изгрява на небето, измествайки се на юг. Над точката юг – най-високото положение на Слънцето в даден ден – горната кулминация, т.е. пладне, след което се спуска "по хълма" и залязва точно на запад. По-нататъшното движение на Слънцето продължава под хоризонта, но наблюдателят не вижда това. В полунощ Слънцето достига най-ниската си кулминация под северната точка, след което отново изгрява към източния хоризонт. В деня на равноденствието половината от дневния паралел на Слънцето е над хоризонта (ден), половината е под хоризонта (нощ). На следващия ден Слънцето изгрява не точно в точката на изток, а в точка, леко изместена на север, денонощният паралел минава над предишния, височината на Слънцето по обяд е по-голяма, отколкото в предишния ден , точката на набор също е изместена на север. Така дневният паралел на Слънцето вече не разделя хоризонта наполовина: по-голямата част от него е над хоризонта, по-малката част е под хоризонта. Лятната половина на годината идва. Точките на изгрев и залез се изместват все повече и повече на север, все повече и повече от паралела е над хоризонта, обедната височина на Слънцето се увеличава и в деня на лятното слънцестоене (21.07 -22.07) в Уляновск достига 59 ° 08 ". В същото време точките на изгрев и залез се изместват спрямо точките от изток и запад на север с 43,5 °. След деня на лятното слънцестоене дневните паралели на Слънцето се спускат към екватора . В деня на есенното равноденствие (23.09) Слънцето изгрява отново и залязва в точките на изток и запад, минава по екватора.Освен това Слънцето постепенно ден след ден се спуска под екватора, докато точките на изгряване и зимно времее под хоризонта. Обядната височина на Слънцето намалява до 12°14. „По-нататъшното движение на Слънцето по еклиптиката става по паралелите, отново приближавайки се до екватора, точките на изгрев и залез се връщат към точките на изток и запад, дните увеличение,пролетта идва отново!Интересното е,че в Уляновск точките на издигане се изместват на източния хоризонт на 87°.Зададените точки съответно "вървят" на западния хоризонт.Слънцето изгрява точно на изток и залязва точно на запад само два пъти в годината - в дните на равноденствието.Последното е вярно на цялата повърхност на Земята, с изключение на полюсите.

φ = 0 ° - екватор на Земята
Движението на Слънцето над хоризонта в различни временагодини за наблюдател в средните ширини (вляво) и на екватора на Земята (вдясно).

На екватора Слънцето преминава през зенита два пъти годишно, в дните на пролетта и есенно равноденствие, т.е. има две "лета" на екватора, когато имаме пролет и есен. Ден на екватора е винаги равно на нощта(по 12 часа). Точките на изгрев и залез са леко изместени от точките на изток и запад, не повече от 23°27" на юг и със същото количество на север. Практически няма здрач, горещ светъл ден рязко се сменя от черна нощ.

φ = 23 ° 27 "- Северен тропик
Слънцето се издига стръмно над хоризонта, през деня е много горещо, след което се спуска стръмно под хоризонта. Здрачът е кратък, а нощите са много тъмни. Повечето характерна чертасе състои в това, че Слънцето веднъж годишно, в деня на лятното слънцестоене, достига своя зенит по обяд.

φ = -54 ° 19 "- географска ширина, съответстваща на Уляновск в Южното полукълбо
Както в цялото южно полукълбо, Слънцето изгрява от източния хоризонт и залязва на западния хоризонт. След изгрев слънцето изгрява северната частхоризонт на обяд, в полунощ отива под южния хоризонт. Иначе движението на Слънцето е подобно на движението му на географската ширина на Уляновск. Движението на Слънцето в южното полукълбо е подобно на движението на Слънцето на съответните географски ширини в северното полукълбо. Единствената разлика е, че от изток Слънцето се движи към северния хоризонт, а не към южния, кулминира над северната точка по обяд и след това също залязва на западния хоризонт. Сезоните на север и южните полукълбаса противоположни.

φ = 10 ° - една от географските ширини на горещата зона
Движението на Слънцето на дадена географска ширина е характерно за всички места, разположени между северните и южните тропици на Земята. Тук Слънцето преминава през зенита два пъти годишно: 16 април и 27 август, с интервал от 4,5 месеца. Дните са много горещи, нощите са тъмни и звездни. Дните и нощите се различават малко по продължителност, практически няма здрач, слънцето залязва под хоризонта и веднага става тъмно.