Rachuba czasu na Ziemi

Cele:
Uczeń:
- wie, dlaczego doba słoneczna trwa 24 godziny;
- zna rodzaje czasów;
- jest przekonany o zasadności wprowadzania czasu urzędowego w niektórych krajach;
- potrafi obliczyć różnicę czasu między miejscami leżącymi na różnych południkach;
- potrafi ustalić właściwą godzinę i dokonywać stosownych przeliczeń w zależności od rodzaju podanego czasu: miejscowego, strefowego czy urzędowego.
- potrafi prawidłowo określić datę w zadaniach związanych z linią zmiany daty.

Treści przedstawiane na lekcji:
Zgodnie z rytmem ruchu Słońca wyznaczono dobę słoneczną, czyli czas, jaki upływa pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami Słońca nad danym południkiem. Początek doby przyjęty został jednak o północy, a nie w południe, by nie zmieniać daty w ciągu dnia. Doba trwa 24 godziny, czyli w ciągu 24 godzin Słońce góruje kolejno nad wszystkimi południkami na Ziemi. Można więc tę zależność rozpisać w postaci: 360⁰ – 24h. Czyli co 4 minuty Słońce góruje nad kolejnymi wartościami południków, których wartość zwiększa się o 1⁰.
Czas miejscowy
Jest związany z lokalnym południkiem miejsca obserwacji. Wszystkie miejsca na południku mają ten sam czas miejscowy, a na każdym południku czas różni się w zależności od wartości południka. Stosowanie tego czasu nie jest praktyczne, gdyż przemieszczając się wzdłuż równoleżników konieczne byłoby ciągłe modyfikowanie wartości czasu. W sytuacji, gdy jechalibyśmy na wschód, konieczne byłoby ciągłe modyfikowanie czasu poprzez dodawanie 4 minut co każdy następny stopień długości geograficznej. Analogicznie trzeba by było odejmować 4 minuty z chwilą przekroczenia kolejnych południków, przemieszczając się na zachód.
Czas strefowy
Dla ułatwienia obliczeń wprowadzono czas strefowy, który jest równy miejscowemu czasowi słonecznemu południka przechodzącego przez środek strefy obejmującej 15⁰ długości geograficznej. Czas pomiędzy sąsiednimi strefami różni się o jedną godzinę.
Wynika z tego, że zarówno na południku 10⁰, jak i na południku 22⁰jest ten sam czas strefowy.
Wyróżnia się następujące przykłady czasów strefowych:
- zachodnioeuropejski (uniwersalny) – równy średniemu miejscowemu czasowi słonecznemu południka 0⁰;
- środkowoeuropejski (15⁰);
- wschodnioeuropejski (30⁰).
Nie wszystkie miejsca w Polsce miałyby ten sam czas strefowy, gdyż Polska leży pomiędzy 14⁰07’E (zakole Odry koło Cedyni), a 24⁰08’E (zakole Bugu koło Hrubieszowa). Z tego wynika, że część wschodniej Polski należałaby do innej strefy. Czas strefowy stosuje się więc tylko na obszarach morskich i na terenach bezludnych. Dlatego wprowadzono czas urzędowy.
Czas urzędowy
Czas urzędowy to czas umowny stosowany na określonym obszarze na podstawie zarządzenia władz państwowych, bez względu na przynależność do danej strefy czasowej. (np. na obszarze całej Polski czas zimowy jest dostosowany do strefy czasu środkowoeuropejskiego, a czas letni – dostosowany do strefy czasu wschodnioeuropejskiego).
Należy pamiętać, że górowanie Słońca jest zawsze wcześniej na wschodzie Polski i tam też szybciej następuje zmierzch w stosunku do czasu urzędowego. Różnica czasu miejscowego między granicami Polski wynosi: 40 minut i 4 sekundy.
W Polsce istotne są też zależności pomiędzy rozpiętością jej obszaru wzdłuż południków: 49⁰00’N (Przełęcz Użocka) - 54⁰50’N (Jastrzębia Góra). Wynosi ona prawie 6 stopni, co sprawia, że w lecie dzień jest dłuższy na północy Polski, a w zimie na południu. Wynika to z położenia Ziemi względem Słońca w różnych porach roku.
W Rosji ze względu na rozmiary terytorium ustalenie poprawnego czasu od wieków stanowiło spory problem. Obecna Rosja, która na Zachodzie sięga Środkowej Europy, a na Wschodzie opiera się o granice Azji i Ameryki musiała zostać podzielona na wiele stref czasowych. Nic w tym dziwnego, skoro koniec dnia na Czukotce jest początkiem tego samego dnia w części europejskiej Rosji, a szczególnie w Kaliningradzie. O ile ustalanie stref czasowych w europejskich państwach nie stanowi większego problemu, gdyż każde z państw "mieści" się w jednej, konkretnej strefie czasowej, to w Rosji problem ten wymaga wielu szczególnych regulacji. Łatwiej jest przekraczając na przykład granicę z Wielką Brytanią (w dodatku morską) zaakceptować fakt zmiany czasu. Inaczej sprawa wygląda gdy trzeba przestawiać zegarek przekraczając niewidoczne granice pomiędzy regionami tego samego państwa.
Linia zmiany daty.
Przy wprowadzaniu czasu strefowego ustalono linię zmiany daty przeprowadzoną mniej więcej wzdłuż południka 1800. Rozgranicza ona obszary o stałej różnicy daty. Linia zmiany daty przebiega nad morzem, by nie wprowadzać dwóch dat na terenach zamieszkanych.
Przekraczając tę linię ze wschodu na zachód, opuszcza się jeden dzień (po poniedziałku następuje środa), natomiast z zachodu na wschód zyskuje się jeden dzień (po poniedziałku następuje znowu poniedziałek). Wynika to z obrotu Ziemi z zachodu na wschód.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wyjaśnij różnicę między czasem miejscowym, a czasem strefowym.
2. Wskaż na mapie obszary w Polsce, które mają różny czas strefowy.
3. Czasowi miejscowemu którego południka odpowiada czas letni w Polsce?
4. Której strefie czasowej odpowiada czas urzędowy zimowy w Polsce?
5. Jaki jest związek między czasem, a ruchem obrotowym Ziemi?
5. Co to jest doba słoneczna?
Na lepszą ocenę:
1. Jeśli na południku 0⁰ jest godzina 14.40, to która godzina jest na południku 5⁰E?
2. Jeśli różnica czasu między południkiem 35⁰W, a innymi południkami wynosi 40 minut, to jakie są wartości tych południków?.
3. Jaka jest długość geograficzna miejsca na Ziemi, nad którym góruje Słońce, jeśli w tym czasie na południku 80⁰E jest godzina 16.00? .
4. Jeśli w radiu w lecie podają sygnał oznaczający godzinę 12.00, to która godzina czasu miejscowego jest w Jaworznie (19⁰10’E)?
Przykładowe rozwiązanie:
W radiu podaje się czas urzędowy. W lecie jest to czas odpowiadający strefie czasu wschodnioeuropejskiego, a więc 30⁰E.
30⁰E – 12.00
19⁰10’E – x
30⁰ – 19⁰10’ = 10⁰50’
Różnica długości geograficznej wynosi: 10⁰50’ – 43 minuty i 20 sekund.
x = 11:16:40
Odpowiedź: O 12.00 czasu urzędowego letniego w Jaworznie jest godzina 11:16 i 40 sekund.
5. Wyznacz długość geograficzną miejsc, w których Słońce góruje:
a) o godzinie 14.00 czasu uniwersalnego;
b) o godzinie 11 czasu uniwersalnego?
6. W Warszawie (21⁰E), w dniu 20 IX jest godzina 9.00 czasu urzędowego. Która godzina miejscowego czasu słonecznego i jaka data jest w tym samym momencie w:
a) Warszawie;
a) Sydney (151⁰12’E);
b) Pekinie (116⁰25’E);
c) Chicago (87⁰38’W);
d) Honolulu (157⁰52’W);
e) Tokio (139⁰46’E);
f) Kairze (31⁰15’E);
g) Los Angeles (118⁰15’W).
7. Jeśli będąc na półkuli zachodniej, przekraczamy południk 180⁰w kierunku wschodnim w dniu 16.10, to który dzień będzie już na półkuli wschodniej?.
8. Oblicz, ile wynosi różnica czasu pomiędzy górowaniem Słońca w Białymstoku (23⁰08’E) i w Szczecinie (14⁰30’E). .
9. Samolot z Warszawy (21⁰E) do Nowego Yorku (74⁰W) wystartował o godzinie 10.00 wg obowiązującego w Polsce letniego czasu urzędowego. Lot z Warszawy do Nowego Yorku trwał 10 godzin. O której godzinie wylądował samolot w Nowym Yorku według obowiązującego tam czasu urzędowego? Czas urzędowy w Nowym Yorku pokrywa się ze strefą czasu, w której leży to miasto.
10. Wyznacz długość geograficzną miejsc, w których Słońce góruje o godzinie 10.00, 14.00, 22.30 czasu uniwersalnego.
Przykładowe rozwiązanie: Czas uniwersalny to czas odpowiadający południkowi 00. Ponieważ Ziemia obraca się z zachodu na wschód, to o godzinie 10.00 czasu uniwersalnego Słońce góruje na 300E (24h – 360⁰, 2h – 30⁰). Odpowiednio o godz. 14.00 czasu uniwersalnego Słońce góruje na 30⁰W, o godzinie 22.30 – na 157⁰30’W.
12. Oblicz, ile wynosi różnica czasu miejscowego między górowaniem Słońca w Jaworznie (19⁰10’E) i na południku 15⁰.

Zapis lekcji:
1. Doba słoneczna.
2. Rodzaje czasów.
3. Linia zmiany daty.