Den Schatten als "Uhr" und als "Kalender" benutzen

1 Den Sonnenmittag durch erneute Messungen von Schattenlängen entdecken 2 Den Schatten als "Uhr" und als "Kalender" benutzen 3 Simulation des Laufs der Sonne mit Höchststand am Sonnenmittag 4 Simulation des Sonnenmittags mit Hilfe eines Balls 5 Aus Schattenfächern einen Sonnenkalender machen (fakultativ) 6 Die jahreszeitlichen Variationen des Schattens eines Gnomons simulieren (fakultativ)

Publikation:	4.4.2008
Lernstufe:	3
Dauer:	Einen Tag (oder höchstens 8 Tage) später (möglichst) stündliche Beobachtungen machen. Der Tag muss allerdings sonnig sein und auch der Ort sollte den ganzen Tag über in der Sonne liegen. Solche Messungen mehrere Male im Laufe des Jahres wiederholen.
Material:	Für jede Gruppe von 3-5 Schüler/inne/n: ein Gnomon aus der Serie der gleichartigen Gnomone (siehe Projektphase 2, Teil 3), und die zur Justierung notwendigen Utensilien (Projektphase 2, Teil 4) das Pauspapier mit den vorherigen Schattenumrissen ein zusätzliches Blatt Pauspapier
Herkunft:	La main à la pâte, Paris. Originalversion: http://www.lamap.fr/eratos/

In den folgenden Tagen und Wochen, in denen das Projekt weiter voranschreitet, werden die Schüler/innen die unklaren Stellen des kurzen Textes klären, den sie am Anfang dieser Projektphase gelesen haben. Dadurch werden die später beschriebenen Simulationen vertieft und ergänzt.

Wie der Schatten als "Uhr" dienen kann

Wenn am Tag nach der denkwürdigen Entdeckung des Sonnenmittags wieder die Sonne scheint (oder während der acht Tage danach), stellen die Schüler/innen erneut ihre Gnomone in die Sonne, und zwar mit dem Blatt, auf dem die letzten Messungen festgehalten sind. Die meisten Kinder sind der Meinung, dass der Schatten zu einer bestimmten Zeit sich wieder mit dem entsprechenden Schattenumriss des Vortags decken wird, und die neuen Beobachtungen geben ihnen auch Recht: "Der sich drehende Schatten ist wie der Zeiger einer Uhr: Er gibt uns auch am folgenden Tag die Uhrzeit an". (Werfen Sie ein, dass der Schatten sich im gleichen Sinn dreht wie der Zeiger unserer Uhren. Hat der Schatten vielleicht beim Bau unserer ersten Turmuhren als Vorbild gedient?)
Fragen Sie die Kinder anschließend, ob der Schatten auch in den kommenden Tagen und Wochen seine Funktion als Uhr erfüllen wird. Die Kinder notieren ihre Vermutungen und Argumente in ihre Versuchshefte. Ob dem so ist, werden sie nach einer gewissen Zeit sehen und gleichzeitig auch das Geheimnis des Schattens als "Kalender" lüften können.

Wie der Schatten als "Kalender" dienen kann

Ideal wäre es über das Jahr verteilt weitere Messreihen zu machen, um die Entwicklung der Schattenfächer zu beobachten. Sehen Sie sich hierzu die fakultative Unterrichtseinheit "Aus Schattenfächern einen Sonnenkalender machen" an. Ist die Durchführung dieser Unterrichtseinheit nicht möglich, empfiehlt sich Folgendes: Nach mehreren Messungen von Schattenumrissen am Sonnenmittag werden Ihre Schüler/innen durch Vergleich der Messwerte erkennen, dass sich die Länge des Schattens mit der Zeit verändert (vom 21. Dezember bis zum 21. Juni wird er kürzer und dann bis zum 21. Dezember wieder länger). Sie werden dann begreifen, warum der Schatten auch als Kalender dienen kann.

Durch sehr präzise Messungen des Schattenumrisses zum Zeitpunkt des Sonnenmittags kann man aber auch von einer Woche zur anderen bereits leichte Abweichungen der Position des Schattenumrisses feststellen. Dadurch wird deutlich, dass sich der Zeitpunkt des Sonnenmittags nach unseren Uhren verschiebt. Weitere Messungen werden zeigen, dass diese Verschiebungen über das ganze Jahr fluktuieren und dadurch der Zeitpunkt des Sonnenmittags gegenüber unseren Uhren schwankt. Das liegt daran, dass unsere Uhren manche Besonderheiten der Bewegungen der Erde nicht berücksichtigen: dass die Erdachse nicht senkrecht zur Erdbahnebene ist und die Erdumlaufbahn nicht kreisförmig, sondern leicht elliptisch ist.

Nach diesen Untersuchungen werden die Schüler/innen die unklaren Punkte des kurzen Textes verstehen. Sie wissen jetzt, dass der Schattenumriss eines Stabes die Uhrzeit verhältnismäßig genau anzeigen kann – zumindest einige Tage lang. Über einen längeren Zeitraum betrachtet geben die Schattenumrisse dagegen Auskunft über die Jahreszeit. Sie werden also auch verstanden haben, warum der Schatten am Sonnenmittag beide Funktionen erfüllen kann, da einerseits seine Länge variiert und andererseits seine Position. Und natürlich werden sie mit der Entdeckung des Sonnenmittags erkannt haben, welche zusätzliche Bedeutung dessen Schatten für die "Karawanenführer und die Erbauer der Pyramiden" hatte. Die Nordrichtung ermöglichte es Ersteren, sich auf ihrer Reise zu orientieren, und Letzteren, ihre Bauwerke auszurichten.

Mit Hilfe von Sachbüchern und DVDs über die ägyptischen Pyramiden werden die Kinder entdecken, dass deren quadratischer Grundriss genau nach den vier Himmelsrichtungen ausgerichtet ist. Die besonders neugierigen unter ihnen werden bemerken, dass einige Pyramiden von einer rechteckigen, in Ost-West-Richtung ausgerichteten Mauer umgeben sind, und dass die berühmte Sphinx von Gizeh genau nach Osten schaut, wo der Sonnengott Re an den Tagundnachtgleichen aufgeht, und dem Westen, wo Grabmäler und Totentempel errichtet wurden, den Rücken kehrt.