Dygnets längd
Årskurs: F-3, 4-6, 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Astronomi
Det finns flera olika längder på ett dygn. Detta verkar underligt för många och frågan är om vi kan förstå det hela och rent av mäta skillnaden mellan dessa tider? Följande experiment avser att undersöka begreppen sideriskt dygn och medelsoldygn samt försöka bestämma skillnaden mellan dem. De två olika dygnen definieras på följande sätt:
Sideriskt dygn:
Detta kallas också stjärndygn och det är den tiden det tar för en stjärna att skenbart snurra ett varv runt jorden. Den sammanfaller i stort sett med det som kallas diurnal rörelse och definieras av att jorden ska vrida sig exakt 360 grader. Det vill säga en stjärnas skenbara rörelse från en viss position på himlen ena natten till exakt samma position efterföljande natt. Ett sideriskt dygn tar cirka 23 timmar, 56 minuter och 4,0905 sekunder.
Medelsoldygn:
På grund av att jorden rör sig runt solen samtidigt som den snurrar runt sig själv så kommer tiden mellan två tillfällen, då solen står i exakt samma läge i sidled, att vara längre än ett sideriskt dygn. Dessutom varierar denna tid lite under årets lopp på grund av att jordens bana runt solen inte är cirkulär.
Därför har man infört en matematisk ”medelsol” som ska hjälpa oss att hålla tiden under året. Soltid är det vi kan mäta med ett solur och man kan under året faktiskt observera att det är en liten skillnad då och då mot den tid som klockan visar. Denna skillnad kallar vi ibland för solekvationen. Ett medelsoldygn är exakt 24 timmar långt.
Djupare förståelse av tid
Genom att försöka mäta skillnaden mellan sideriskt dygn och medelsoldygn kan vi få en djupare förståelse för hur tid definieras och kanske också förstå vad tid är. Historiskt har det varit av yttersta vikt att veta vad klocka är en viss dag (eller natt), vilket datum vi har och så vidare.
Experimentet
Experimentet kräver inte någon avancerad utrustning och kan anpassas till olika åldrar. Det som behövs är:
- Några stjärnklara kvällar under cirka 4-6 veckor.
- En vägg eller husknut att luta sig mot. Samt ett högt, rakt föremål, till exempel en skorsten eller flaggstång, gärna åt söder.
Observera medelsoltiden, det vill säga klockslaget, när en viss stjärna försvinner in bakom flaggstången ett antal kvällar under mätperiod på 4-6 veckor. Se till att du står på precis samma ställe varje gång! Man behöver minst fem mätningar, gärna fler.
Sätt av medelsoltiden (inklusive osäkerheten) mot datum i ett diagram och anpassa en rät linje genom mätpunkterna. Lutningen på denna linje ger då skillnaden i längd mellan de två olika typerna av dygn. Dessutom kan vi få en uppfattning om osäkerheten i resultatet från diagrammet.
Precist samarbete
Man kan också räkna ut hur stor skillnaden är för varje dag. Genom att ta medelvärde för ett antal olika personers resultat fås ett mycket noggrant värde.
Man bör finna att det skiljer cirka 4 minuter mellan stjärntid och medelsoltid per dygn. Det är lätt att mäta och genom att medelvärdesbilda (nyttig övning i matte) bör man finna ett mycket precist värde på det sideriska dygnet.
Nyttig övning
Detta är en nyttig övning i att arbeta vetenskapligt i olika åldrar. Man kan ta experimentet olika långt beroende på elevernas ålder. Resultatet kommer antagligen att bli mycket exakt redan efter ett fåtal mätningar och man kan diskutera resultatet allt eftersom tiden går och man får fler mätpunkter.
Teman att bygga vidare på:
Vad är tid?
Hur mäter man tid idag?
Hur mätte man tid förr?
Solens årliga rörelse på himlen utanför klassrummet.
Vad är solekvationen?
Vad är Analemma?
(Skapat av Urban Eriksson.)