ARCturus

Auringonvalon osuessa maan pinnalla johonkin kohteeseen kohteen taakse syntyy varjo. Jos pysähtyy seuraamaan varjoa pitemmäksi aikaa, huomaa sen muuttavan suuntaa. Samoin jos tekee havaintoja saman kohteen varjosta eri aikaan päivästä tai vuodesta, huomaa sen pituuden muuttuneen. Tähtitieteilijälle varjojen tutkiminen on osa tieteellistä tutkimusta. Sen avulla voidaan selvittää esimerkiksi kohteen sijainti maapallolla sekä vuodenaika.  Kuvassa on männyntaimi helmikuun hangella kuvattuna keskipäivällä Enontekiöllä Lapissa (kuva IH, Finland).

 

 

 

Tavoite: Tutustua ajan ja paikan määritykseen varjojen avulla.

 

Tutkimuksia: Varjo on oppilaille tuttu asia käytännön elämästä. He tietävät sen yhteyden auringonvaloon ja osaavat jopa hyödyntää sitä. Jokainen heistä on varmasti mielellään hakeutunut puun tai jonkin suuren läpinäkymättömän kohteen varjoon helteisinä päivinä. Lapsuuden leikeissä oma varjo voi toimia hauskana, salaperäisenä leikkikaverina. Keskustellaan oppilaiden kanssa näistä arkielämän varjotilanteista. Pimennetyssä luokassa voidaan tutkia varjojen syntymistä kirkasta lamppua, pientä esinettä ja varjostinta apuna käyttäen.

Tutkitaan luonnossa yhdessä keskustellen erilaisia tilanteita, joissa varjosta on hyötyä tähtitieteen mittauksissa.

1)  Tutkitaan aurinkoisena päivänä koulun pihalla eri esineiden luomia varjoja. Keskustellaan niiden suunnasta, pituudesta ja leveydestä. Pysähdytään hetkeksi yhden varjon kohdalle ja seurataan sen muutoksia. Oppilaat voivat kukin kirjata muistiin havaintojaan, piirtää havainnostaan luonnoskuvan ja luokassa myöhemmin taiteellisen piirroksen.

2)  Oppilaille annetaan tehtäväksi parityönä tai ryhmätyönä tutkia maahan pistetyn kepin varjon liikettä ajan mukana. He voivat itse pystyttää kepin pihalle tai valita minkä tahansa siellä jo olevan pystysuoran, ohuen tangon varjokepiksi. Tasaisin aikavälein oppilas merkitsee varjon paikan maahan kivillä tai palloilla. Oikean tuloksen löytämiseksi mittauksia kannattaa tehdä useita, pari kolme ei riitä. Keskustellaan varjon etenemisnopeudesta ja yhteydestä Auringon liikkeeseen. Samalla pohjustetaan ilmiön hyödyntämistä aurinkokellossa.

3)  Suunnitellaan yhdessä ideoiden koulun pihalle yksinkertainen aurinkokello. Koska oikeaoppisesta aurinkokellosta on oma tuntisuunnitelma, tehdään tämä nopeasti pystytettävä harjoittelumalli tasoaurinkokellona. Rauhalliseen, häiriöttömään paikkaan pihalla pystytetään tukeva keppi siten, että vapaata tilaa jää kepin pohjoispuolelle. Piirretään sinne kepin paikka keskipisteenä puoliympyrä maahan tai maassa olevalle pingotetulle pahville tai kankaalle. Merkitään varjon paikat tasatunnein ympyräviivalle. Tärkeää on kirjata huolella puolenpäivän merkki. Jos on mahdollista, voi vetää viivat kepistä merkkeihin ja saada näin kellotaulua muistuttava tulos. Keskustellaan tuloksista, mittausmenetelmästä sekä mahdollisista virhetekijöistä.

4)  Tutkitaan varjon pituutta eri puolilla maapalloa. Oppilaat valmistelevat parityönä ison styrox-pallon maapalloksi piirtämällä tussilla ekvaattorin, napapiirit, kääntöpiirit ja navat. Samanpituisia grillitikun paloja pistellään palloon pohjoiselle ja eteläiselle pallonpuoliskolle, ekvaattorille ja piiriympyröille. Tutkitaan pimennetyssä luokassa varjojen muuttumista kirkkaan aurinkolampun valossa vaihdellen Auringon korkeutta eli vuodenaikoja molemmilla pallonpuoliskoilla. Etsitään yhteyttä varjon pituuden ja leveysasteen välillä. Keskustellaan koko ajan havainnoista. Kertauksena näytetään lopuksi havaintotulokset kaikille yhteisesti. Kuvassa nähdään kahden ihmisen varjo kuvattuna samaan aikaan samalla paikalla kuin yllä oleva männyntaimi (kuva IH, Finland).

 

 

5) * Varjon avulla voidaan tutkia Auringon radan muotoa. Mittaus on mahdollista tehdä luokassa tai ulkona pihalla. Varjokeppinä voi luokassa käyttää kynää tai grillitikkua. Ulkona mittauksia tehtäessä voi käyttää tehtävän 2 varjokeppiä. Kepin kärjen paikka merkitään alustaan tarkasti ja melko tihein aikavälein. Merkintöjen ei tarvitse tapahtua tasaisin välein, koska pisteistä piirretään lopuksi yhtenäinen radan kaari. Mahdollisia jatkokäsittelyjä varten kannattaa kunkin pisteen viereen merkitä kellonaika. Keskustellaan oppilaiden kanssa radan muotoutumisesta paperilla. Luonnossa Aurinko on korkeimmillaan puolenpäivän aikoihin, kun taas käyrässä tämä näkyy alimpina kohtina varjon lyhenemisen vuoksi.

6) * Pimennysten varjojen muodostumista voidaan innostuneimpien oppilaiden kanssa yrittää tutkia maan pinnalla herkillä mittareilla. Varjoa luovaksi esineeksi tarvitaan korkea ja suhteellisen kapea kohde, esimerkiksi vesitorni tai siltapalkki. Mitataan erittäin herkällä valaistusmittarilla valon määrää varjon reunalta keskuksen kautta toiselle reunalle. Tämä mittaussarja tehdään eri etäisyyksillä varjoesineestä. Piirretään havainnoista kaaviokuvat paperille. Yritetään hahmottaa täysvarjon ja puolivarjojen alueet niin kuin ne esiintyvät pimennyksissä.

7) * Mahdollisuuksien ja kiinnostuksen mukaan tutkitaan Kuun luomia varjoja. Vertaillaan tuloksia Auringon varjojen tutkimuksiin. Keskustellaan hyödyistä ja esteistä.

 

Menetelmät: Tutkitaan ilmiöitä luonnossa yksinkertaisten välineiden avulla. Varjokepin käyttö tavallisinta. Varjon liikkeen tutkiminen ajan funktiona. Graafisten kuvien piirtäminen mittaustuloksista.

 

Materiaalit: Keppejä, tikkuja, styrox-palloja, askasteluvälineitä, pahvia, kangasta, valaistusmittari, kello.

 

Pohdittavaa: Oppilaiden kanssa voi pohtia nollavarjon merkitystä paikanmäärityksessä, pituuspiirin merkitystä Auringon radan määrityksessä, Kuun varjon eroavuutta Auringon varjoon nähden.

 

Tulosten tarkastelua: Keskustellaan varjokeppimittausten luotettavuudesta, Auringon radan muodon oikeellisuudesta, puolenpäivän kohdan etsimisestä ja tulkinnasta, verrataan tilannetta nollameridiaanin tilanteeseen. Vertaillaan oppilaiden piirroksia ja yritetään löytää selityksiä eroavuuksille. Kerrataan mittauksiin liittyvät käsitteet.

 

Vinkkejä: Ulkona tehtävissä Auringon radan muodon mittauksissa kannattaa käyttää suuren mallin ohella myös pieniä parityönä tehtäviä piirustuspaperin kokoisia luokkamalleja. Niitä on helppo työstää jälkeenpäin luokassa ja niistä voi jopa ottaa kopion muille ryhmille jaettavaksi jatkotehtäviä varten.

 

Asiasanoja: Varjo, Auringon rata, tasoaurinkokello, deklinaatio, valaistusmittari.

 

 

---