Почему зимой холодно, а летом тепло?
«Почему летом жарко?» — этот детский вопрос очень актуален, учитывая время года. Зимой его заменит другой – «Почему зимой холодно?», сопровождаемый попыткой согреть через варежки замерзшие ладошки. В нашей новой рубрике «Почемучки» мы будем регулярно отвечать понятным и простым языком на самые интересные вопросы дошколят и школьников.
«Почему летом жарко, а зимой холодно?» — этот вопрос задают как дошколята, так и школьники. Казалось бы, ну в чем сложность: наклон оси, вращение земли, Солнце. Но когда пытаешься объяснить ребенку, начинаешь путаться сам.
Кстати, свои вопросы для наших «Почемучек» вы можете предложить в личные сообщения наших групп в социальных сетях: там вас ждет уникальный и интересны контент: ВКонтакте, Одноклассники
Ответ на вопрос: причина в угле наклона оси Земли
Наша планета Земля движется вокруг Солнца, а сама земная ось расположена под углом к плоскости этого движения.
Вокруг Солнца Земля вращается по эллиптической орбите, близкой к круговой, со скоростью около 107 000 км/час в направлении с запада на восток. Среднее расстояние к Солнцу 149 598 тыс. км
Из-за эллиптической формы орбиты расстояние между Землей и Солнцем разнится. Ближайшая на орбите точка к Солнцу называется перигелий – в этот момент до звезды примерно 147 млн километров. Самая дальняя носит название «афелий» – 152 млн км. 3% разницы в расстоянии приводят к примерно 7% разницы в количестве солнечной энергии, которую Земля получает в момент нахождения в этих местах орбиты.
Но главное, что изменяется не расстояние, а угол падения солнечных лучей на поверхность, — потому и существуют времена года.
Ось планеты образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°. Соответственно, плоскость экватора образует угол 23,44° с плоскостью эклиптики.
Если бы не этот наклон, то день и ночь в любом месте Земли были бы одинаковыми по продолжительности, а днем Солнце в течение всего года поднималось бы на одну высоту.
3 географических причины смены времен года
- Сезонные изменения продолжительности светлого времени суток: летом дни длинные, а ночи короткие; зимой их соотношение меняется на обратное.
- Сезонные изменения высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. Летом в умеренных широтах в полдень Солнце находится ближе к зениту, чем зимой, и, следовательно, одинаковое количество солнечной радиации летом распределяется на меньшей площади земной поверхности.
- Сезонные изменения длины пути прохождения солнечных лучей в атмосфере влияют на степень их поглощения. Находящееся низко над горизонтом Солнце дает меньше тепла и света, чем Солнце, расположенное высоко, ближе к зениту, поскольку солнечные лучи в первом случае преодолевают более мощный слой атмосферы.
Учебник для 2 класса продолжает новый интегрированный курс «Окружающий мир». Главная цель учебника — дать начальные сведения о Земле и Космосе: от мифологических представлений древних людей до современных научных представлений. В УМК входит электронное приложение, размещённое на сайте издательства «Дрофа», а также рабочая тетрадь для самостоятельной работы учащихся и методическое пособие, содержащее тематическое планирование и комментарии ко всем темам курса.
Экватор не отдаляется от Солнца, там нет зимы и лета?
Да. На экваторе нет времен года, потому что он всегда находится на одном — и близком — расстоянии от Солнца. В течение календарного года солнечные лучи на экваторе падают на землю отвесно (под прямым углом), хорошо прогревая поверхность и воздух над ней. По-сути, там всегда лето. А чем ближе к экватору, тем длиннее лето и короче зима.
Конкурс
В этот раз мы не попросим вас что-нибудь посчитать, как это было в материале «Почему море соленое?». Присылайте нам в социальные сети свои «почемучки»: это может быть вопрос, который волновал вас в детстве, а может быть и вопрос, который недавно задал ребенок или ученик. Среди всех участников мы выберем 3 самых интересных вопроса и наградим их авторов книжными призами!
Источник
УГЛЫ ПАДЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ И ЗАТЕНЕНИЕ
Положение Солнца на небосводе постоянно меняется. Летом Солнце выше на небе, чем зимой; зимой оно поднимается к югу от направления строго на восток, а летом — к северу от этого направления Графически это можно представить наброском пути Солнца по небосводу в течение года; цифры в кружках указывают время дня. Чтобы предусмотреть наиболее эффективное условие затенения, необходимо определить положение Солнца. Например, чтобы определить размеры затеняющего устройства, препятствующего попаданию прямых солнечных лучей в окно между 10 и 14 ч, требуется знать угол поступления солнечного света (угол падения). Другая ситуация, нуждающаяся в такой информации, описывается в разделе «Солнечная радиация».
Положение Солнца на небе определяется двумя угловыми измерениями: высотой и азимутом Солнца. Высота Солнца а измеряется от горизонтали; солнечный азимут |3 измеряется от направления прямо на юг (рис. 6.23). Эти углы можно вычислить или взять из заранее составленных таблиц или номограмм.
Расчет зависит от трех переменных: широты L, склонения 6 и часового угла Я. Широту можно узнать из любой хорошей карты. Склонение или мера того, насколько на север или на юг от экватора переместилось Солнце, меняется месяц от месяца (рис. 6.24). Часовой угол зависит от местного солнечного времени: Я = 0,25 (количество минут от местного солнечного полдня). Солнечное время (время, показываемое непосредственно солнечными часами) отсчитывается от солнечного полдня, когда Солнце находится в наивысшей точке небосвода. Из-за изменения скорости движения Земли по орбите в разное время года долгота суток (измеряемая от солнечного полдня до следующего солнечного полдня) несколько отличается от долготы суток по среднему солнечному времени (измеряемому обычными часами). При вычислении местного солнечного времени эта разница принимается во внимание наряду с поправкой на долготу, если наблюдатель не стоит на меридиане поясного времени своего часового пояса.
Для корректировки местного поясного времени (воспользуйтесь точными часами) по местному солнечному времени необходимо выполнить несколько операций:
1) если действует декретное время, то вычтите 1 ч;
2) определите меридиан данного пункта. Определите меридиан поясного времени для этого пункта (75° для восточного поясного времени, 90° для центрального поясного времени, 150° для поясного времени Аляска — Гавайи). Умножьте разности между меридианами на 4 мин/град. Если данный пункт находится к востоку от поясного меридиана, то добавьте поправочные минуты к поясному времени; если он находится к западу, то вычтите их;
3) добавьте уравнение времени (рис 6.25) для интересующей
Рис 6 23 Положение Солнца на небосводе [8(
вас даты к скорректированному поясному времени. Это будет местное солнечное время.
В качестве примера эту процедуру можно выполнить для определения местного солнечного времени в г. Абилин, шт. Техас, 1 декабря в 13 ч 30 мин (центральное поясное время). Поскольку это не декретное время, поправки не требуется. На карте найдем, что Абилин находится на 100° з. д. Так как меридиан для центрального поясного времени проходит через 90° з. д. то Абилин отстоит на 10° от него: 10°Х4 мин/град = 40 мин, а поскольку Абилин находится к западу от поясного меридиана, мы вычтем 40 мин из местного времени: 13 ч 30 мин—40 мин = 12 ч 50 м. Из уравнения времени для 1 декабря находим, что требуется добавить около 11 мин: 12 ч 50 м + 11 = 13 ч 01 м местного солнечного времени, или 61 мин от местного солнечного полдня.
Отсюда часовой угол Я определяется как описано выше. Зная широту, склонение и часовой угол, определяем высоту Солнца и его азимут:
высота Солнца a = cosLcos6cos# + sinLsin6;
азимут Солнца |J = cos6sii^//cosa.
Высоту и азимут Солнца можно определить на 21-й день каждого месяца и на каждый час дня при помощи диаграмм пути движения Солнца. Для каждой широты требуется разная диаграмма, хотя интерполяция между графиками достаточно точна. Здесь приводится восемь диаграмм, которые годятся для средних широт (рис. 6.26, II).
При помощи этих диаграмм можно, например, определить высоту и азимут Солнца на 16 ч 00 м 21 апреля в Нью-Йорке (40° с. ш.). Найдите диаграмму для 40° с. ш. (рис. 6.30) и заметьте линию апреля, жирную линию, проходящую слева направо под номером IV (апрель — четвертый месяц). Затем найдите линию 16 ч, жирную линию, проходящую сверху вниз под номером 4. Пересечение этих линий указывает на положение Солнца. Высота Солнца указывается концентрическими окружностями; в этом случае она равна 30°. Солнечный азимут указан радиальными линиями, в этом случае 5 = 80°ИК Когда необходимы более точные указания на положение Солнца, можно воспользоваться
таблицами. Однако они не столь понятны, как диаграммы п>ти движения Солнца.
Информация по солнечным углам прежде всего нужна для определения углов затенения для окон и поверхностей коллекторов как для защиты поверхности от избыточных солнечных лучей, так и для обеспечения того, чтобы поверхность не затенялась от полезного поступления солнечной энергии.
Существует два основных способа затенения: горизонтальными и вертикальными препятствиями на поверхности. Горизонтальные препятствия преграждают путь свету сверху (см. таблицу). Степень затенения определяется относительной геомет-
Рис. 6.35. Радиальная теневая маска і[8]
З — вертикальная рической формой препятствия и поверхности: чем шире козырек (или навес), тем больше зона тени; чем выше козырек, тем меньше зона тени. Вертикальные препятствия преграждают путь свету сбоку (см. рис. 6.12). Как с горизонтальными препятствиями, геометрия угла затенения обусловливает пропорциональные размеры и близость препятствия к поверхности. На рисунках эти препятствия представлены в виде искусственных затеняющих устройств, но это также могут быть деревья, горы или здания.
Для любого условия затенения можно построить теневую маску, чтобы отобразить количество и эффективность затенения данной поверхности. Горизонтально вытянутое препятствие даст сегментную теневую маску, где величина а, указанная маской, соответствует углу а затеняющего устройства. Вертикальное препятствие даст радиальную теневую маску с углом р, соответствующим такому же углу затеняющего устройства. Для сочетаний вертикальных и затеняющих элементов можно построить комбинированную маску (см. рис. 6.13).
Теневые маски строят и считывают при помощи транспортира теневой маски (см. рис. 6.14). Нижняя половина транспортира используется для изучения сегментных эффектов затенения гори-
Рис. 6.37. Транспортир теневой маски [8]
зонтальных препятствий. Верхняя половина, повернутая стрелкой 0° на юг, относится к радиальному эффекту затенения вертикальных препятствий.
Теневые маски можно также читать при помощи диаграмм пути движения Солнца. Если маску наложить на соответствующую диаграмму, то будут указаны те периоды года, когда поверхность затенена. Например (см. рис. 6.15), если теневая маска для горизонтального препятствия (а = 60°) наложена на диаграмму движения Солнца для 40° с. ш., то поверхность затеняется препятствием примерно с 21 марта по 21 сентября. Этот процесс соотнесения геометрии затенения с годичным движением Солнца может также работать и по обратной схеме. Если мы определим время в году, когда требуется затенение, и нанесем это время на диаграмму движения Солнца, то найдем теневую маску препятствия, необходимого для создания тени. Наложив транспортир затенения поверх этой маски, мы сможем прочесть необходимые углы (а и (3). С этими углами можно рассчитать размеры препятствий.
Рис. 6 38 Теневая маска в сочетании с диаграммой движения Солнца для 40° с. ш.
Диаграммы движения Солнца, теневые маски и транспортир теневой маски являются весьма удобными средствами исследования и создания довольно сложной геометрии солнечных углов. С их помощью проектировщик может максимально использовать свет и тепло (и их отсутствие), предоставляемые природой.
Дальнейшую информацию смотрите в библиографии по «Про — актироваиию для прямой солнечной радиации», в частности книгу Аладара и Виктора Олгиэея «Контроль солнечного излучения и затенение».
Источник