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Homepage > Aktivitäten > Astronomie > Himmel, Erde, Universum > Eratosthenes > Projektphase 3 > Simulation des Laufs der Sonne mit Höchststand am Sonnenmittag

Simulation des Laufs der Sonne mit Höchststand am Sonnenmittag

Publikation: 3.4.2008
Lernstufe: 3
Dauer: 30 bis 40 Minuten (ohne die Zeichnungen) in einem leicht abgedunkelten Raum
Material: Für jede Gruppe von 3-5 Schüler/inne/n :
  • der Gnomon, der für die Ermittlung des Sonnenmittags benutzt wurde
  • die Pause mit den entsprechenden Markierungen
  • ein großes weißes Blatt
  • eine Taschenlampe
Herkunft: La main à la pâte, Paris. Originalversion: www.fondation-lamap.org/eratos

Wir kommen jetzt zu einem Versuch, der Ihre Schüler/innen begeistern wird (und an den manche vielleicht schon gedacht haben). Mit einer Taschenlampe und den Schattenumrissen vom Tag der Entdeckung des Sonnenmittags wird die Bewegung der Sonne – im Zeitraffer – reproduziert. Jede Gruppe stellt also ihren Gnomon auf einem Tisch auf und legt das Blatt mit den Schattenumrissen auf die Unterlage.

Den Schatten auf die einzelnen Umrisse projizieren

Die Schüler/innen bemühen sich der Reihe nach, mit einer Taschenlampe den Schatten des Gnomons von einem auf dem Blatt eingezeichneten Schattenumriss zum nächsten wandern zu lassen. Sie achten dabei darauf, dass auch die Längen übereinstimmen. Ihre Klassenkamerad/inn/en beobachten währenddessen aufmerksam, wie die Lampe "hinter" dem Gnomon von einer Seite zur anderen und auch in der Höhe bewegt werden muss. Bei der Simulation des Sonnenmittags steht die Taschenlampe am höchsten. Während die Schüler/innen zu Beginn noch etwas unsicher sind und bei jedem Schattenumriss eine kleine Pause einlegen, gelingt es ihnen nach und nach, ihre Lampe kontinuierlich zu führen.

Skizze: Simulation der Veränderung des Schattens durch bogenförmige
 Bewegung einer Taschenlampe

Abb. 3: Mit etwas Übung können die Kinder den Verlauf des Schattens durch bogenförmiges Bewegen einer Taschenlampe reproduzieren.

Den Lauf der Sonne vom Aufgang bis zum Untergang simulieren

Lassen Sie die Schüler/innen, von den Schattenumrissen auf dem Pauspapier ausgehend, die gesamte Bahn der Sonne von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang extrapolieren und anschließend simulieren. Manche Schüler/innen versuchen spontan, die Bewegung ihrer Lampe auf beiden Seiten zu verlängern, während andere wiederum Richtungen und Längen der Schattenumrisse analysieren, um herauszufinden, wie die Schattenumrisse vor dem ersten und nach dem letzten eingezeichneten Schattenumriss aussehen könnten. Sie verbinden die Spitzen der Schattenumrisse miteinander und verlängern die sich so ergebende Kurve an beiden Seiten. Sie brauchen hierfür ein großes weißes Blatt, das sie unter ihr Pauspapier legen, um dann die Kurve auf der rechten und linken Seite des Fächers zu verlängern. Sie nehmen anschließend wieder ihre Lampe und lassen die Spitze des Schattens die Kurve beschreiben. Diejenigen, denen dies mit einer kontinuierlichen Bewegung gelingt, rühmen sich, "die echte Sonne nachahmen zu können".

Skizze: Die Spitzen der Schatten werden zu einer Kurve verbunden

Abb. 4: Wenn man die Spitzen der Schatten miteinander verbindet, erhält man eine Kurve, die sich über den Bereich der Beobachtungen hinaus extrapolieren lässt, um die Richtungen der Schatten bei Sonnenauf- und -untergang abschätzen zu können.

Fragen Sie die Kinder bei dieser Gelegenheit, in welcher Richtung die Sonne nach dieser Kurve ungefähr auf- bzw untergeht. Später, wenn die Simulation nach erneuten Messungen der Schattenlängen wiederholt wird, werden die Schüler/innen feststellen, dass diese Richtungen sich ebenfalls verändern. Nach der Wintersonnenwende, bei der die Sonne im Nordosten aufgeht, geht sie immer weiter östlich auf, zur Tagundnachtgleiche im Frühjahr exakt im Osten. Anschließend verschiebt sich die Richtung ihres Aufgangs weiter nach Südosten bis zur Sommersonnenwende; von da an kehrt sich alles bis zur Wintersonnenwende wieder um.

Zeichnerische Darstellung der Simulation

Nach mehreren Versuchen merken die Kinder, dass es schwierig ist, diese Simulation ohne perspektivische Effekte auf befriedigende Weise zeichnerisch darzustellen. Perspektivisches Zeichnen ist für die meisten von ihnen noch zu schwer. Sie können dann Fotokopien verteilen, auf denen nur der Gnomonstab (Zahnstocher), die beiden gestrichelten Kurven und die vier Ecken der Unterlage dargestellt sind (Abb. 5a). Die Schüler/innen sollen diese Zeichnung ergänzen, entsprechend ihren auf Pauspapier eingezeichneten Schattenumrissen. Um aber den mittleren Teil der Zeichnung nicht zu überladen, sollen sie die Sonne und die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen sowie die sich daraus ergebenden Schattenwürfe nur an drei Stellen einzeichnen (Abb. 5b).

Skizze: Fotokopiertes Arbeitsblatt und wie es vervollständigt werden soll

Abb. 5: Das Arbeitsblatt (links) wird verteilt und von den Kindern vervollständigt (rechts).

Zur Vertiefung schlagen wir vor, die fakultative Unterrichtseinheit "Die jahreszeitlichen Variationen des Schattens eines Gnomons simulieren" durchzuführen.

Letzte Aktualisierung: 28.6.2013

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