Arbeitsblatt: Arbeitsblatt Zeiten & Bewegungen der Erde mit Lösung

1.D2 15.09.2010 LÖSUNG: Zeiten, die Revolution der Erde Arbeitsblatt mit Lösung: Zeiten, Bewegungen der Erde Zur Erinnerung: Die Ortszeit richtet sich nach der Sonne. Kulminiert die Sonne für einen Beobachter, so weist sein Standort die Sonnen-, bzw. Ortszeit von 12:00 Uhr auf. (Kulminationspunkt höchster Sonnenstand des Tages) Die Weltzeit GMT (Greenwich Mean Time), heute auch UTC (Universal Time Coordinated) genannt, ist für die ganze Welt gleichzeitig gültige Ortszeit des Greenwich-Nullmeridians. Die Zonenzeit steht für die Einteilung der Erde in 24 Zeitzonen. Eine Zeitzone hat eine Breite von etwa 15. Dabei gelten die Meridiane 0, 15, 30 45 westlicher und östlicher Breite, als Mittelmeridiane. Die Ortszeit dieser Mittelmeridiane definiert die Zonenzeit. Eine Zeitzone erstreckt sich in der Regel um 7.5 östlich bis 7.5 westlich um diese Mittelmeridiane. Wobei Landesgrenzen diese Grenzen erweitern oder verringern können. Breitenkreise verlaufen Parallel zum Äquator und werden in Richtung Norden und Süden immer kleiner. Wichtige Breitenkreise sind der Äquator, die beiden Wendekreise und die beiden Polarkreise. Längenkreise Meridiane sind alle gleich lang. Der Nullmeridian, welcher durch die Sternwarte von Greenwich läuft, gilt als Basis. Von ihm aus zählt man 180 östliche und 180 westliche Meridiane. Für die 360 einer Erdrotation braucht die Erde 23h 56min (Sternentag). Da die Erde während diesen 23h 56min ein zusätzliches Grad auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne zurücklegt, dauert es zusätzliche 4 Minuten, bis auch die Sonne wieder über dem gleichen Längengrad/Meridian wie am Vortag zu liegen kommt. Ein gefühlter Erdentag dauert dadurch genau 24h. (Sonnentag). Da wir uns vorwiegend nach der Sonne richten, messen wir die Zeit auf der Erde in Sonnentagen. Setzt man die Sonne als Bezugspunkt, so braucht sie genau 4 Minuten um 1 Längengrad auf der Erde zu durchqueren! Aufgabe 1: In Prag stehen die Uhren auf 18:00 Uhr. Welche Zeit erwartet ihr für London, Moskau und Nowosibirsk. London: 17:00 Uhr Moskau: 20:00 Uhr Nowosibirsk 23:00 Uhr Aufgabe 2: Die Uhren Berns stehen auf 11:00 Uhr. Wie spät ist es in Buenos Aires? Buenos Aires: 06:00 Uhr, gemäss der geographischen Länge. 1 1.D2 15.09.2010 LÖSUNG: Zeiten, die Revolution der Erde Aufgabe 3: Spanien hat die gleiche Zonenzeit wie die Schweiz, Deutschland oder Polen, also die mitteleuropäische Ortszeit MEZ. Tatsächlich befindet sich Spanien aber geographisch so weit westlich, dass es im 7.5, -7.5 Rahmen des 0-Meridians liegt. Spanien müsste daher eine andere Zonenzeit aufweisen und gegenüber der Mitteleuropäischen Ortszeit MEZ um eine Stunde zurück liegen. Warum hat Spanien trotzdem die MEZ als Landeszeit gewählt? Aus wirtschaftlichen und verkehrstechnischen Gründen! Madrid liegt auf 4 westlicher Breite. Wie gross ist die Zeitdifferenz zwischen der Ortszeit von Madrid und der MEZ? 1h 16min. Differenz von 15E zu 4W 19 19 4min 76min Sind die Spanischen Sonnenuhren der MEZ voraus oder hinken sie hinten nach? Der Mittelmeridian der MEZ liegt weiter östlich (15 E). Die Sonne ist dort auch früher am Kulminationspunkt. (1h, 16min). Die Sonnenuhren Spaniens hinken also hinten nach! Aufgabe 4: Wie nennt man die Ebene, die durch die Revolution der Erde bestimmt wird in der Fachsprache? Die Ekliptik Aufgabe 5: Wie gross ist der Winkel zwischen der Ekliptik und der Erdachse? 90-23.5 66.5 (Die viel genannten 23.5 entsprechen dem Winkel zwischen der Senkrechten zur Ekliptik und der Erdachse.) Aufgabe 6: Wohin zielt die gedachte nördliche Verlängerung der Erdachse während ihrer Wanderung um die Sonne? Ganzjährig in Richtung Polarstern Aufgabe 7: Ihr beobachtet im Winter und im Sommer den Polarstern. Sind die Beobachtungswinkel unterschiedlich gross? Begründe die Antwort. Nein! Unabhängig von ihrer Position auf der Ekliptik zeigt die Erdachse immer zum Polarstern. 2 1.D2 15.09.2010 LÖSUNG: Zeiten, die Revolution der Erde Aufgabe 8: Über welchem Breitenkreis steht die Sonne Anfang Juli senkrecht? Ca. 23N Über welchem Breitenkreis steht die Sonne Mitte September senkrecht? Ca. 4N Über welchem Breitenkreis steht die Sonne Ende April senkrecht? Ca. 14N Über welchen Breitenkreisen steht die Sonne nie Senkrecht? Über allen Breitenkreisen nördlich und südlich der beiden Wendekreisen auf 23.5N und 23.5S. [Abb. 6] Die Deklination der Sonne (Der Punkt der gerade über dem Beobachter am höchsten Punkt des Himmels liegt, wird Zenit genannt. Die Orange Kurve zeigt also an, auf welchen Breitengrad die Sonne zu gegebener Zeit im Zenit steht.) 3 1.D2 15.09.2010 LÖSUNG: Zeiten, die Revolution der Erde Aufgabe 9: Die Schweiz liegt etwa auf 47 nördlicher Breite. Bestimmt rechnerisch den hiesigen Sonnenstrahl-Einfallswinkel am Mittag für die Daten 21.3, 21.6, 23.9 und 21.12, also zu Beginn der jeweiligen Jahreszeiten. Formel Gesuchter Einfallswinkel 90 (maximal möglicher Einfallswinkel) geographische Breite Winkel des Breitenkreises wo die Sonne im Zenit steht 21.3 21.6 23.9 21.12 90-470) 43 90- 47 23.5 66.5 90-47 0 43 90-47 (-23.5) 19.5 Wie gross ist die Winkeldifferenz zwischen 21.6 und 21.12? Wie erklärt ihr euch diesen Wert? 47 2 23.5, das ist zweimal der Winkel zwischen der Lotrechten zur Ekliptik und der Erdachse. Es entspricht der vermeintlichen Wanderung der Sonne zwischen den beiden Wendekreisen während eines Jahres. Aufgabe 10: Der Neigungswinkel der Erdachse schwankt bekanntlich zwischen 22.1 und 24.5. Zurzeit hat die Erde einen Neigungswinkel hinsichtlich der Senkrechten zur Ekliptik von 23.5. In 20000 Jahren verschiebt sich der Neigungswinkel auf 24.5 Auf welcher geographischen Breite sind dann die Wendekreise anzutreffen? Die Wendekreise liegen in 20000 Jahren auf 24.5 nördlicher und südlicher Breite. Was für Auswirkungen könnte dies auf die Erde haben? Es verschieben sich die Klimazonen! Die Jahreszeiten werden bei zunehmendem Neigungswinkel extremer, bei einem kleiner werdenden Neigungswinkel weniger ausgeprägt. 4