Тайна измерения времени

Автор работы: 

Назаров Алексей Анатольевич,

                                                                         ученик 3-А класса МОУ СОШ №4                                                                          

ВВЕДЕНИЕ



Тайна измерения времени.

 На  уроке математики во втором классе мы изучали солнечные часы.  Когда летом я с родителями отдыхал на море, у меня появилась возможность сделать солнечные часы из песка на пляже. Приехав домой, я установил солнечные часы у нас во дворе и стал вести наблюдения  но, к моему сожалению, их показания не совпадали с показаниями современных часов. Меня это очень сильно заинтересовало и мне захотелось выяснить: в чём же дело?  Какие же часы наиболее точны?                                                                                              

Гипотеза:  я предполагаю, что современные часы показывают более точное время, чем солнечные. 

Цель исследования: мне захотелось узнать, действительно ли устройство солнечных часов такое простое?  Почему показания солнечных часов и современных не совпадают? С помощью каких  часов, кроме солнечных, определяли время в древности? А что же означает само понятие «время»?

Задачи исследования:                                                                                                                           1. Прочитать и проанализировать литературу по теме исследования.                                                    2. Подтвердить или опровергнуть гипотезу.                                                                                                                                        3. Познакомить своих одноклассников с изученным материалом на  уроке окружающего мира.

Методы исследования: 

- беседа с учителями физики, классным руководителем, родителями;                                            

- сбор информации из разных источников;                                                                                                                                                            - анкетирование; 

- эксперимент;                                                                                                                                                      - наблюдение;                                                                                                                                                                   - анализ полученной информации с  учителем.

Практическая значимость: обобщённый материал данного исследования можно применять как на уроках математики и окружающего мира, так и во внеурочное время для привития интереса к математике.





ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ



Изучив специальную литературу, я узнал, что солнечные часы – старинный прибор для измерения времени по Солнцу. Этот древнейший научный  инструмент  дошёл до нас без каких – либо изменений. Он представляет собой первое применение человеком его знаний о движении небесных тел. У себя во дворе я сделал горизонтальные солнечные часы. Они состоят из трех де талей самого Солнца, гномона и кадрана.

Гномон – это предмет, который отбрасывает тень, а кадран – это циферблат солнечных часов. Перед тем, как сделать солнечные часы, я попросил папу помочь мне сделать гномон.  Он состоит из 2-х реек. Длинная – это гномон, отбрасывающий тень, а короткая –  показывает направление на север, которое нужно определить с помощью компаса. А ещё нужно знать или уметь определять широту местности. Наш город Алексеевка расположен на 50о с.ш.         

Следовательно, гномон должен быть наклонен на север под углом 50о. Затем я начертил круг, в его центр поставил гномон, наклонённый строго на север. От нижнего гномона нарисовал черту, это 12 часов дня по астрономическому времени. Весь круг разделить на 24 равных  сектора.   Можно сделать переносной циферблат на бумаге или фанере.                                                         

Тень от гномона – это «стрелка» часов. В наших широтах солнечные часы в разгаре лета работают с 8 часов утра до 8 часов вечера в ясную или малооблачную погоду. В полнолуние можно определять время даже ночью. По солнечным часам нельзя определять время с точностью до минут и секунд. Можно только узнать, который час. 

Сделав солнечные часы, я стал вести наблюдение и ежедневно в течение  двух недель записывать показания современных часов, когда на солнечных часах был полдень, то есть 12 часов дня.  







Результаты двухнедельных наблюдений.



Дата

Показания солнечных часов

Показания современных часов

Длина суток

25. 06. 2013 г.

26. 06. 2013 г.

27. 06. 2013 г.

28. 06. 2013 г.

29. 06. 2013 г.

30. 06.2013 г.

01. 07. 2013 г. 

02. 07. 2013 г.

03. 07. 2013 г.

04. 07. 2013 г.

05. 07. 2013 г.

06. 07. 2013 г.

07. 07. 2013 г.

08. 07. 2013 г.



12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00

12. 00.00



12. 00. 22

12. 00. 20

12. 00. 33

12. 00. 45

12. 00. 09

12. 00. 13

12. 00. 05

11. 59. 43

11. 59. 55

11. 59. 48

11. 59. 45

11. 59. 52

11. 59. 54

11. 59. 50

24. 00. 22

24. 00. 20

24. 00. 33

24. 00. 45

24. 00. 09

24. 00. 13

24. 00. 05

23. 59. 43

23. 59. 55

23. 59. 48

23. 59. 45

23. 59. 52

23. 59. 54

23. 59. 50



К моему большому удивлению, ни разу за время наблюдения в своём эксперименте показания часов не совпали  а, следовательно, и длина суток по солнечным часам не равнялась 

24. 00. 00.

Я стал выяснять, а что же за время показывают современные часы и солнечные. Проанализировав изученную литературу, я узнал, что солнечные часы показывают истинное солнечное время. Сутки по солнечным часам равны промежутку времени между двумя последовательными полуднями, т.е. с 12 часов одного дня до 12 часов следующего дня. Солнечным полуднем называют тот момент, когда солнце достигает высшей точки своего суточного пути и пересекает местный меридиан, в нашем случае это 37о в. д.                                                                                                                                                                                                                                                                          

Оказывается, солнечные сутки – величина непостоянная. Иногда они длиннее, иногда короче, что и подтвердили мои наблюдения, когда я вычислил длину суток. Стало быть, и их части, то есть часы, минуты и секунды, не всегда равны между собой. Почему?                                   Это происходит из-за того, что ось нашей планеты наклонена к плоскости её обращения вокруг Солнца на 23о. Ось нашей планеты вращается как ручка детского волчка при остановке, то есть описывает некую окружность. Так же Земля движется вокруг Солнца по орбите, имеющей форму эллипса. По этим причинам скорость движения нашей планеты не постоянна. 

Затруднительно сконструировать часовой механизм так, чтобы он шёл точно по Солнцу, то есть в один день быстрее, в другой – медленнее. Поэтому современные часы показывают не солнечное, а другое время, называемое средним. Оно получается путём расчётов.



                         Средние сутки =



Продолжительность всех солнечных суток  года



Количество суток в году



Средние сутки а,  следовательно,  часы, минуты и секунды – это величина постоянная и она = 24 ч 00 мин 00 сек, в то время  как солнечные сутки равны  24ч 00мин + 17 секунд. 

Используя данные  двухнедельных  наблюдений  из моего эксперимента  и вышеуказанную формулу, я вычислил продолжительность средних суток. Средние сутки  =  24ч  00 мин  04 сек.                                                                                                        

После своего исследования я задумался, а что же такое время? 

Этот вопрос я задал старшеклассникам 10 и 11 классов нашей школы.    В опросе приняли участие 39 учащихся.

« Часы», - ответили 9 человек, что составляет 23%.                                                                                                       

« Смена дня и ночи», ответили 7 учащихся, что составляет 18%.                                                                                                            

«Скорость жизни», - ответили 12 учащихся, что составляет 31%.                                                                              

« Затрудняюсь ответить», - ответили 11 человек, что составляет 28%. Даже  многие учителя не смогли ответить на предложенный вопрос.   

Ещё в древности один философ сказал: «Я прекрасно знаю, что такое время, пока не задумываюсь об этом. Но стоит мне задуматься, и я не могу ответить».   С тех пор, как были сказаны эти слова,  прошло много лет, но до сих пор не все тайны времени разгаданы. Нет точного определения понятия «время»; Люди разных профессий и вероисповеданий понимают это по – своему,  и тем не менее,  потребность знать время существовала всегда. 

Тогда я следующий вопрос задал своим одноклассникам:  «Какие приборы для измерения времени вы знаете?». На мой вопрос отвечали 25 учащихся 3-А класса.                                                                          

«Часы» – ответили 15 человек, что составляет 60%.                                                                                                        

«Секундомер» – ответили 7 человек, что составляет  28%.                                                                                                                                   

«Не знаю» – ответили 3 человека, что составляет 12%.

Других ответов не последовало.                                                                                                       

                                                                                                                          



ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

С глубокой древности до наших дней человечество изобрело много приборов для определения  времени:                                                                                                                                   - солнечные часы;                                                                                                                                                      - огненные часы;                                                                                                                                                     -  водяные часы;                                                                                                                                                                                         - песочные часы;                                                                                                                                                       - цветочные часы;                                                                                                                                                       - механические часы;                                                                                                                                                                                   - кварцевые часы;                                                                                                                                                          - электронные часы;                                                                                                                                                            - атомные часы;

Огненные часы -  впервые  появились в Китае. С начало это была промасленная верёвка с равномерно завязанными узлами. Веревку поджигали и по количеству сгоревших звеньев определяли время. Позднее китайцы их усовершенствовали. Они стали состоять из спирали или палочек из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон. Позднее такие часы появились в Европе.                                         

Водяные часы – устроены очень просто, в виде сосуда, из которого медленно вытекает вода. По тому, сколько воды вытекло, определяли, сколько прошло времени. Первый будильник и одновременно школьный звонок тоже был водяным. Их изобрёл древнегреческий философ Платон, живший около 2500 лет назад. Прибор состоял из двух сосудов. В верхний наливалась вода, оттуда она по не многу вытекала в нижний, вытесняя оттуда воздух, который по трубке устремлялся к флейте, и она начинала звучать. Причём будильник можно было регулировать.            

Песочные часы - состоят из двух стеклянных луковиц, соединённых между собой узким горлышком. Из верхней стеклянной луковицы в нижнюю  медленно пересыпается песок. Они были рассчитаны на полчаса или час, реже 3 часа, и очень редко строили огромные песочные часы на 12 часов хода. При длительном пользовании ими их точность изменялась, поскольку зёрна песка постоянно дробились на более мелкие, а отверстие, наоборот постепенно истиралось и увеличивалось, так что скорость прохождения через них становилась большей.   

Цветочные часы -  были известны ещё в Древней Греции и Древнем Риме. Цветы высаживались на клумбах и использовались в качестве своеобразных часов. Дело в том, что у многих цветов ночью цветки закрыты, а с восходом Солнца они в разное время раскрывают свой венчик. Их можно расположить на круглой клумбе. Для этих целей в разных местах используют свои растения. У нас можно высаживать цикорий, шиповник, одуванчик, календулу, маттиолу, ночную красавицу и картофель. Даже при пасмурной погоде можно определить время по цветочным часам.   

Механические часы -  появились в Европе в Средние века. Их стрелки приводились в движение при помощи гири на цепочке.  Гиря была привязана к колёсику и тянула его вниз. А чтобы колесо поворачивалось через равные промежутки времени, его делали зубчатым. Такие часы висели на стене. Первые карманные механические часы в 16 веке изобрёл немецкий мастер Петер Генлейн. Он заменил гирю пружиной.                                                                                            

Кварцевые часы - представляют собой электронное и электромеханическое устройство. Регулятором хода стрелок в них служат периодические колебания пластинки кварца под воздействиями электрического тока. Ошибка хода у таких часов составляет 0,01 сек. в сутки. 

 Электронные часы -  представляют собой кварцевый генератор, вырабатывающий электрические импульсы с высокой точностью. Как маятник у механических часов, только работает гораздо быстрее. Все  эти  часы,  никогда  не  достигали  точности солнечных часов. При длительном использовании их точность снижалась.                                                                                                      

Уже 4000 лет назад у Египтян были звёздные часовые карты. Наблюдая за двумя последовательными восходами какой – либо отдаленной звезды, древние учёные вычислили длину звёздных суток, она =  23ч  56мин  4,09 сек. До изобретения атомных часов это была самая стабильная единица времени.  

Атомные часы - это наиболее точный тип часов. Устройство представляет собой электронные часы, ход которых,  регулируется  естественным  процессом  изучения  атомов  метала цезия. В нашей стране атомные часы есть в п. Менделеево Московской   области. Их погрешность – 1 сек за 1 миллион 700 тысяч лет. Несмотря на такую точность, атомные часы уступают солнечным часам, которые не имеют погрешности и всегда показывают точное время. Для того, чтобы использовать солнечные часы как календарь, отмечать на них линии праздников и памятных дат, нужно знать астрологию, географию, физику, тригонометрию и другие науки.                                                                                                                                             

Обычные часы – это очень полезная вещь, они помогают решить практические вопросы – не опаздывать в школу, вовремя проснутся. Тем не  менее  результаты эволюции нельзя отменить и наши тела продолжают жить по солнечному времени, а не по тому, которое мы сейчас имеем.                                                                                                           

Выходит, что мои предположения не подтвердились. Оказалось, что наши предки умели более точно определять время, чем мы, несмотря на накопленные за века знания и современные технические возможности. В древности люди имели глубокие познания в географии, астрономии, математике, физике.                                                                                             

 













































ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав  ответы  учащихся  нашей  школы,  я сделал вывод, что они очень мало знают о приборах для измерения времени  и о самом понятии  «время», но  мои вопросы их заинтересовали и учащихся и педагогов.      

В последние полвека очень сильно возрос интерес к солнечным часам. Загадка этого возрождения, разумеется, ни как не связана с необходимостью измерять время с помощью солнечных часов. Вероятно, это связано с общей тенденций возвращения к истокам и вечным ценностям. И потом это просто красиво. Солнечные часы – сочетание мудрости и красоты. За последние годы построены выдающиеся солнечные часы, примером могут служить грандиозные солнечные часы в Шанхае, а так же знаменитый калифорнийский мост – солнечные часы  Сантьяго Калатрава. 

      Заключение: таким образом, моя гипотеза не подтвердилась. Исходя из изученного материала и своего исследования, я пришёл к выводу, что солнечные часы показывают более точное время, чем современные часы и любые другие, которые когда-либо использовал человек.                                                                                                          

Солнечные часы были свидетелем появления водяных часов, механических и даже атомных и пережили их всех  потому,  что их свойства уникальны. Они не только соединяют два мира земной и космический, но и напоминают о самой главной тайне  Вселенной – о том, что кто-то более опытный, сильный и мудрый, чем мы, «заводит их стрелки», о том, что время  необратимо и что каждое прожитое мгновение бесценно. Ресурс их вечен.                                                                                                               

Солнечные часы – символ того, на чём построена наша цивилизация и вся наша вселенная.  Символ знания!   

     







СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

А. Азимов. Часы, по которым мы живем. От солнечных часов до лунного календаря. - М., 2004.

Артемова О. В. Детская энциклопедия. Открытия и изобретения. – М., 2008.

Ильяшенко М.П. Большой современный справочник школьника 5 - 11классы. - Донецк, 2004.

Ким А. И. Большая детская энциклопедия. – М., 2005.

Ожегов С.И. Словарь русского языка. - М., 1988.

Савин А. П. и др. Детская энциклопедия  Я познаю мир. – М., 1997.

А.Самойлов. Часы и время. – М., 2005.

Черненко Г.Т. Часы и время. Школьный путеводитель. – М., 2004.

Интернет сайты:                                                                                                                            http://clock-history.com/interesting-facts-about-the-hours.html

                                                                                               

   







































ПРИЛОЖЕНИЕ



Задачи про время

Изучая различную литературу, я решил составить подборку математических задач, где используется понятие время.

1. Мальчик  лёг  спать  в  7  часов  вечера,  поставив  будильник  так, чтобы он прозвенел   в 9 часов утра. Сколько времени проспит мальчик? (Ответ 2 часа)

2.  Если Аня идет в школу пешком, а обратно едет на автобусе, то всего на дорогу она потратит 1ч 30 мин. Если же она едет на автобусе в оба конца, то весь путь у нее занимает 30 минут. Сколько времени потратит Аня на дорогу, если в школу и из школы она будет идти пешком? (Ответ: 2часа 30 минут) 

3. Сколько ударов в сутки делают часы с  боем? (Ответ 156 ударов)

4. Улитка ползёт вверх по столбу высотой 10 м. За один день она поднимается на 5 м, а за ночь - опускается на 4 м. За какое время улитка доберётся от подножья до вершины столба? (Ответ: за 5 суток)

5.  Когда отцу было 27 лет, сыну было только три года, а сейчас сыну в три раза меньше лет, чем отцу. Сколько лет сейчас каждому из них? (Ответ: сыну 12 лет, отцу 36 лет)

6. Часы бьют три, т. е. делают три удара, и пока они бьют, проходит три секунды. За сколько времени часы пробьют семь? (Ответ: 9 с)

7. Имеются двое песочных часов – на 7 минут и на 11 минут. Яйцо варится 15 минут. Как отмерить это время при помощи имеющихся часов?

8. Если для вчера завтра был четверг, то какой день будет завтра для послезавтра? (Ответ: пятница)

9. Средний возраст одиннадцати игроков футбольной команды – 22 года. Во время матча один из игроков получил травму и ушел с поля. Средний возраст оставшихся на поле игроков стал равен 21 году. Сколько лет футболисту, получившему травму? (Ответ: 32 года)

10. Какое наибольшее число воскресений может быть в году? (Ответ: 53)

11. Сколько раз в сутки часовая и минутная стрелки образуют прямой угол? 

(Ответ: в сутки часовая стрелка делает 2 оборот,  а  минутная - 24 . Отсюда минутная стрелка обгоняет часовую 22 раза и каждый раз с часовой стрелкой образуется по два прямых угла, т.е. ответ – 44)

12. Сколько месяцев в году имеют 28 дней? 

(Ответ: все 12, т.к. если в  месяце 30 дней, то и 28 среди них есть.)

13. Позавчера Феде было 17 лет. В следующем году ему будет 20 лет. Как такое может быть? 

(Ответ: утверждение сделано 1 января. День рождения Феди - 31 декабря. Позавчера ему было 17. Вчера ему исполнилось 18. В этом году будет 19, а в следующем - ровно 20.)

14. На часах с тремя стрелками - часовой, минутной и секундной - в 12 часов все три стрелки совпадают. Существуют ли еще другие моменты времени, когда все три стрелки совпадают?

(Ответ: не существует.)

15. Парадокс Льюиса Кэрролла.

Какие часы точнее показывают время: те, которые отстают на минуту в сутки, или те, которые вовсе не идут?

(Ответ: Кэрролл считал, что точными являются стоящие часы. Вот как он это обосновывал. Часы, отстающие на минуту в сутки, показывают точное время один раз в два года, в то время как стоящие часы показывают точное  время  два  раза в сутки.)









































Интересные факты про время

Традиционное движение часовых стрелок «по часовой стрелке» используется для указания направления кругового движения. Однако существуют часы, у которых стрелки двигаются «против часовой стрелки».

Биг Бен - это название не башни, а 13-тонного колокола, который звонит внутри.

Атомные часы имеют погрешность в 1 секунду за шесть миллионов лет.

Одна секунда — это 9 192 631 770 колебаний излучения атома цезия-133.

Часы идут по часовой стрелке - слева направо - потому что именно в этом направлении движется тень солнечных часов.

Древнейшие солнечные часы, относящиеся к XV в. до н. э., обнаружены в Египте.

Существует 24 часовых пояса.

Номер високосного года (с добавленным днем 29 февраля) должен быть кратен четырем. Существует исключение: года, кратные 100, не високосны. Существует исключение из исключения: года, кратные 400, високосны. 1900 не был високосным, а 2000 - был.

Существуют високосные секунды.

Почти все прогрессивное человечество (кроме США) не использует обозначения AM (ante meridiem - до полудня) и PM (post meridiem - после полудня), так как возникает большая путаница.

Существуют: тысячелетие, век, пятилетка, год, квартал, месяц, декада, неделя, сутки, час, минута, секунда, миллисекунда, микросекунда, наносекунда, пикосекунда, фемтосекунда  и так  далее.

Никто точно не знает, почему год делится на 12 месяцев (такое деление не соответствует ни лунному, ни солнечному календарю). Считается, что деление часа на 60 минут связано с вавилонской системой счисления, в основе которой было не 10, а 60.

Хотя в одной минуте 60 секунд, в одной секунде 1000 миллисекунд.

Неправильно говорить «сколько время?». Стоит говорить только «который час?».

24 часа звездного времени равняются 23 часам 56 минутам 4,091 секундам среднего солнечного времени.

На циферблатах с римскими цифрами четвертый час почти всегда обозначают как IIII, и практически никогда не используют IV.

На сегодняшний день в мире производится более 1 млрд. часовых механизмов в год. Из них около 60% приходится на долю Японии. Самые дорогие часы - швейцарские, поэтому швейцарские фирмы, уступая японским по количеству произведенных часов, по выручке существенно опережают их. 

Большинство выпущенных часов - кварцевые со стрелками. Доля чисто электронных часов с жидкокристаллическим индикатором времени невелика - около 10%. Крупнейшим в мире покупателем часов являются США. На их долю приходится 15% швейцарского экспорта, 25% - японского и 26% - гонконгского.

В начале 1920-х годов Новосибирск состоял из двух частей по разным берегам Оби, между которыми не было автомобильного моста. А так как часовой меридиан проходил прямо по реке, то в городе было два времени. На левом берегу, разница с Москвой составляла 3 часа, а на правом - 4. Хотя большого неудобства это положение новосибирцам не доставляло, ведь каждая половина жила обособленно, и даже браки между жителями разных берегов города были редки.

За один меркурианский год Меркурий успевает повернуться вокруг своей оси ровно на полтора оборота. Другими словами, за 2 года на этой планете проходит всего 3 суток. А на Венере сутки вообще длятся больше года, то есть вокруг своей оси Венера вертится медленнее, чем вокруг Солнца.

Словом «неделя» раньше обозначалось воскресенье — нерабочий день, когда «не делают», а потом стала называться семидневка. Во многих славянских языках такое название сохранилось до сих пор.

Пересекая  Афгано - китайскую границу, часы нужно переводиться сразу на 3,5 часа вперёд. В мире нет больше места, где один шаг занимал бы столько времени.

Индия выбрала себе 5 с половиной часов разницы с Гринвичем. Британцы знают: "Если ты в Англии, поверни часы вверх ногами - увидишь, который сейчас час в Индии".

Считается, что первыми на Земле рассвет нового дня встречают японцы - именно поэтому Японию называют Страной восходящего солнца. И совершенно зря. В городе Владивостоке (российское Приморье) утро по Гринвичу наступает на час раньше, чем в Токио.

На всей территории Татарстана действует московское время, а в соседней Башкирии время уже на два часа больше. Поэтому несколько постоянно действующих мостов через приграничную между этими республиками реку Ик  шутя называют «самыми длинными».

Moment - так называлась средневековая английская мера времени, равная полутора минутам.

Високосный год ввёл Гай Юлий Цезарь. 24-ое февраля называлось «шестой день перед мартовскими календами», а дополнительный день пришёлся на следующие сутки и стал «вторым шестым днём», по-латински «bis sextus», откуда и произошло слово «високосный».

                                                                                                                                                                                                                                                             





Руководитель:

                                                                       Ходыкина Мария Фроловна,

учитель начальных классов МОУ СОШ  №4