• تعداد بازديد :
  • سه شنبه 1395/04/22
  • تاريخ :

دلیل ایجاد فصل ها

دلیل ایجاد فصل ها

مقدمه:

آیا در منطقه ای زندگی می کنید که در آن چهار فصل را تجربه می کنید؟ اگر چنین است با شکوفه های بهاری و آسمان زیبای فصل بهار، روزهای آفتابی طولانی تابستان، برگ های قرمز و زرد فصل پاییز و برف زمستان آشنا هستید. اما آیا می دانید چرا این فصل ها به صورت یک چرخه بارها و بارها پشت هم تکرار می شوند و مانند طلوع و غروب خورشید قابل پیش بینی هستند؟ دلیل آن در واقع انحراف کره زمین از محور خود است. در این فعالیت علمی شما با نحوه تأثیر این انحراف بر چگونگی برخورد پرتوهای خورشید به کره زمین و ایجاد فصل ها آشنا خواهید شد.

دلیل ایجاد فصل ها

پیش زمینه:

در نیم کره شمالی زمین، تابستان ها بسیار گرم و روزهای آفتابی آن بسیار طولانی هستند؛ درحالی که زمستان ها به دلیل ساعات روز کوتاه و نور آفتاب ضعیف بسیار سرد است. دلیل این اتفاق چیست؟ بخش بزرگی از آن به خاطر انحراف کره زمین از محور خود است. برای تجسم این محور فرض کنید یک میله از قسمت شمال وارد کره زمین و از جنوب آن خارج شده است. زمین هر 24 ساعت یک بار به دور این محور می چرخد. در همین حین زمین حرکتی چرخشی به دور خورشید در یک مدار بسیار بزرگ نیز انجام می دهد که هر بار چرخش 365 روز به طول می انجامد.

دلیل ایجاد فصل ها

با این حال محور زمین در حین حرکت زمین به دور خورشید صاف نیست. این محور با شیبی 23.5 درجه قرار گرفته است. جالب اینکه این شیب همواره ثابت است و کره زمین همیشه به همین شکل در فضا قرار می گیرد. این شیب سبب می شود هر نقطه خاص بر روی کره زمین در زمان های مختلف از سال به طوری متفاوت تحت تابش نور خورشید قرار بگیرد. هنگامی که در نیم-کره شمالی فصل تابستان است، قسمت بالای محور (قطب شمال) بیشتر در معرض تابش نور خورشید قرار دارد و پرتوهای خورشید به طور مستقیم تری به نیم کره شمالی می تابند (که در آن قاره های امریکای شمالی، اروپا و آسیا به علاوه قسمت های شمالی افریقا و امریکای جنوبی قرار دارند.). در همین حین در نیم کره جنوبی (قاره قطب جنوب؛ استرالیا، قسمت بزرگی از امریکای جنوبی و جنوب افریقا) زمستان است و قطب جنوب (قسمت جنوبی محور زمین) دور از تابش خورشید قرار گرفته است و پرتوهای خورشید با شیب به این نیم کره می تابند.

مواد و وسایل مورد نیاز:

 یک جعبه کوچک مقوایی، آجر، استپ یا یک تکه چوب بزرگ
 چراغ قوه

دلیل ایجاد فصل ها

 نوار چسب
 یک کتاب بزرگ و محکم یا یک تخته
 یک برگ کاغذ
 مداد یا خودکار
 یک همراه برای کمک (اختیاری)

آماده سازی:

 اگر از جعبه مقوایی استفاده می کنید، آن را خوب با چسب بپوشانید تا کاملاً بسته شود و منفذی نداشته باشد.

دلیل ایجاد فصل ها

 جعبه مقوایی، استپ، آجر یا تکه چوب را روی یک میز یا زمین بگذارید.
 چراغ قوه را روی جعبه مقوایی (یا هر جسم دیگر که انتخاب کردید) بخوابانید. سر چراغ قوه (قسمتی که نور از آن ساتع می-شود) را دقیقاً روی لبه جعبه قرار دهید. با چسب چراغ قوه را در همین وضعیت به جعبه بچسبانید تا تکان نخورد. چراغ قوه نقش خورشید را در آزمایش شما دارد.
 یک ورق کاغذ را روی کتاب یا تخته چوب بچسبانید به طوری که محکم روی آن قرار بگیرد و بتوانید روی آن بنویسید. این برگه نقش قسمتی از سطح زمین را دارد.

روش کار:

 کتاب (که روی آن کاغذ چسبانده اید) را به صورت عمودی روبه روی چراغ قوه قرار دهید و فاصله کتاب تا چراغ قوه را طوری تنظیم کنید که نور روی صفحه کاغذ تشکیل یک دایره متوسط با قطری در حدود دو یا سه اینچ بدهد. دقت داشته باشید که باید حداقل دو یا سه اینچ از کاغذ بالای دایره نوری که روی صفحه کاغذ تابیده است وجود داشته باشد. برای این منظور ممکن است لازم شود جای برگه روی کتاب را تغییر دهید یا ارتفاع چراغ قوه را با تغییر ابعاد جعبه عوض کنید.
 در حالی که کتاب را به صورت عمودی روبه روی چراغ قوه نگه داشته اید (یا از همراهتان خواسته اید این کار را برایتان انجام دهد) به نوری که روی صفحه کاغذ تابیده است نگاه کنید. میزان درخشندگی آن چقدر است؟ با استفاده از یک مداد یا خودکار این دایره نور را روی کاغذ رسم کنید.
 بدون تغییر دادن فاصله میان کتاب و چراغ قوه، کتاب را با زاویه 45 درجه به سمت عقب (دور از چراغ قوه) کج کنید. به عبارت دیگر در این حالت کتاب باید زاویه ای 45 درجه با سطح میز یا زمین داشته باشد. نور تابیده شده بر روی کاغذ چه تغییری می کند؟ میزان درخشندگی آن چقدر است؟ این بار نیز طرح نور تابیده شده را بر روی کاغذ رسم کنید. اگر در این حالت قسمت بالای طرح از کاغذ خارج شده است، کتاب را کمی به سمت جلو برگردانید تا طرح نور به طور کامل داخل کاغذ قرار بگیرد.
 اگر دوست دارید شیب کتاب بین حالت عمودی و حالت 45 درجه را چند بار تغییر دهید. دقت کنید که در این حین فاصله کتاب با چراغ قوه تغییر نکند. با تغییر زاویه نور روی صفحه چه تغییری می کند؟
 چراغ قوه را خاموش کنید و به برگه  ی خود نگاه کنید. با تغییر زاویه از حالت عمود به 45 درجه طرح نور روی کاغذ چه تغییری کرده است؟ این اتفاق چگونه با تغییر در شدت نور مرتبط است؟ به نظر شما کدام زاویه شبیه ترین حالت تابش نور به نیم کره شمالی در فصل تابستان است؟ در مورد زمستان چطور؟
 

دلیل ایجاد فصل ها

 آزمایش های تکمیلی:

این فعالیت را در زوایای بیشتر مثلاً بیست، سی، چهل و ... انجام دهید. برای این منظور نیاز به یک نقاله در قسمت پایینی کتاب (قسمتی که روی سطح میز یا زمین قرار گرفته است) دارید. با افزایش زاویه کتاب نحوه تابش نور بر روی کاغذ چه تغییری می کند؟
 بار دیگر این آزمایش را انجام دهید اما به جای کاغذ معمولی از کاغذ شطرنجی استفاده کنید. (می توانید کاغذ شطرنجی را خریداری کنید و یا خودتان با خط کش و مداد یا خودکار آن را درست کنید.) در این حالت پس از رسم طرح نورها بر روی کاغذ شطرنجی می توانید مساحت نور تابیده شده را در حالت های عمود و با زاویه 45 درجه محاسبه کنید. ابعاد طرح نورها در این دو حالت چه مقدار با هم متفاوتند؟
 شما می توانید این فعالیت را با استفاده از یک نورسنج به صورت کمّی انجام دهید. در زوایای مختلف شدت نور تابیده شده چه میزان است؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آیا نور روی صفحه در حالتی که کتاب به صورت عمودی در مقابل چراغ قوه قرار داشت در مقایسه با حالتی که با زاویه 45 درجه به عقب خم شده بود درخشان تر بود؟ آیا با افزایش شیب، طرح نور روی صفحه بزرگتر و کشیده تر شد؟

دلیل ایجاد فصل ها

در این فعالیت علمی شما باید مشاهده کرده باشید که در حالتی که چراغ قوه به طور مستقیم بر کاغذ روبه روی خود می تابد، طرح نور یک دایره واضح و بسیار درخشان است. با عقب بردن کتاب و دادن زاویه 45 درجه به آن، طرح نور باید به صورت یک بیضی که بسیار بزرگتر اما با نور کم تر نسبت به دایره اول است دربیاید. (ابعاد آن باید تقریباً دو برابر طرح نور اول باشد.) با افزایش شیب کتاب و دور شدن آن از چراغ قوه، پرتوهای نور با شیبی بیشتر به سطح کاغذ برخورد می کنند.
این پرتوها ضعیف ترند چرا که مساحت بزرگتری را پوشش می دهند و گرمایی که ایجاد می کنند کمتر از گرمای پرتوهای مستقیم است. همین اتفاق در مورد خورشید و زمین نیز رخ می دهد. زمانی که قطب شمال زمین به سمت خورشید کج می شود، پرتوهای مستقیم خورشید باعث گرمای بیشتر می شوند و در نتیجه تابستان در نیم کره شمالی شکل می گیرد؛ درست خلاف حالتی که قطب شمال به سمت دور از خورشید کج می شود. در این حالت نیمکره شمالی پرتوهای مستقیم کمتری دریافت می کند و در نتیجه زمستان به وجود خواهد آمد. منطقه میانی کره زمین یعنی استوا هرگز بیش از حد نسبت به خورشید دور یا نزدیک نمی شود و به همین دلیل مناطق نزدیک به استوا مانند فلوریدا معتدل تر هستند.

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان تنظیم:نیلوفر یاقوتی

وبگردی

UserName