Η μέτρηση της ακτίνας της Γης, με τη μέθοδο του Ερατοσθένη, στην αυλή του σχολείου μας
Πραγματοποιήθηκε σήμερα στην αυλή του σχολείου το πείραμα για την μέτρηση της ακτίνας της Γης με την μέθοδο του Ερατοσθένη.
Την Κυριακή 20 Μαρτίου όπως περιγράψαμε σε προηγούμενη ανάρτηση, είναι η εαρινή ισημερία. Την συγκεριμένη ημερομηνία η μέρα και η νύχτα έχουν ίση διάρκεια.
Αυτή τη μέρα είναι ευκαιρία να επαναλάβουμε το πείραμα του Ερατοσθένη, ακριβώς γιατί γνωρίζουμε ότι ο ήλιος ρίχνει κατακόρυφα τις ακτίνες του στον ισημερινό και όταν ο ήλιος μεσουρανεί, τα σώματα εκεί δεν έ
χουν σκιά.
Η διάταξη που στήσαμε στην αυλή του σχολείου για την μέτρηση της ακτίνας της Γης
Το σχολείο μας πραγματοποιεί φέτος ένα πρόγραμμα με το θέμα αυτό, και συμμετέχει στη δράση του οργανώνουν τα ΕΚΦΕ Σερρών, Τούμπας, με την υποστήριξη της ΠΑΝΕΚΦΕ. Στη δράση αυτή συμμετέχουν εκατοντάδες σχολεία από όλη την Ελλάδα.
Το πείραμα αυτό βρίσκεται στον κατάλογο των 10 ομορφότερων πειραμάτων στην ιστορία της Φυσικής.
Εκτελέσαμε το πείραμα με την σκιά του Λευκού Πύργου την 20η Μαρτίου το μεσημέρι, ακριβώς 12.35 τότε που ο Ήλιος είναι ακριβώς πάνω από τον Ισημερινό, (Γεωγραφικό Πλάτος 0ο), και το επαναλάβαμε και την Δευτέρα 21/3 το μεσημέρι 12.36, στην αυλή του σχολείου και για να το δουν όλα τα παιδιά, αλλά και γιατί συμμετέχουμε στην πανελλαδική δράση. Βέβαια την Δευτέρα 21/3, ο Ήλιος κινούμενος βόρεια με ταχύτητα 1 μοίρα ανα τρεις μέρες, έχει μια μικρή απόκλιση, (βρίσκεται μισή μοίρα προς το βορρά), αλλά αυτό δίνει πολύ μικρό συστημικό σφάλμα.
Λίγα λόγια για την ιστορία του πειράματος
Ο Ερατοσθένης (3ος π.Χ. αιώνας) ήταν Διευθυντής της μεγάλης Βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας, όπου σε έναν πάπυρο διάβασε ότι το μεσημέρι της 21ης Ιουνίου (θερινό ηλιοστάσιο), στα νότια όρια της πόλης Συήνη (Ασσουάν), οι κατακόρυφοι στύλοι δεν ρίχνουν καθόλου σκιά και ο Ήλιος καθρεφτίζεται ακριβώς στον πυθμένα ενός πηγαδιού (δηλαδή, βρίσκεται στο Ζενίθ του τόπου). Ως επιστήμονας, λοιπόν, ο Ερατοσθένης διερωτήθηκε, εάν συμβαίνει το ίδιο ταυτόχρονα και σε μια άλλη πόλη πχ. στην Αλεξάνδρεια. Όμως στην Αλεξάνδρεια, κατά την ίδια μέρα και ώρα, οι κατακόρυφοι στύλοι έριχναν σκιά.
Αν η Γη ήταν επίπεδη, οι κατακόρυφοι στύλοι στις δυο πόλεις θα ήταν παράλληλοι και θα έπρεπε και οι δυο να ρίχνουν σκιά. Αφού, λοιπόν, αυτό δεν είναι αλήθεια, τι μπορεί να συμβαίνει; Την απάντηση έδωσε ο Ερατοσθένης υποστηρίζοντας ότι η επιφάνεια της Γης δεν είναι επίπεδη αλλά σφαιρική. Αυτό το συμπέρασμα είναι, προφανώς, θεμελιώδους σημασίας και επιπλέον επέτρεψε στον Ερατοσθένη να προσδιορίσει την ακτίνα και το μήκος της περιφέρειάς της Γης. Πραγματικά, από το μήκος της σκιάς υπολογίζεται αμέσως η διαφορά των γεωγραφικών πλατών των δύο πόλεων, ίση περίπου με 7 μοίρες. Επειδή η απόσταση των δύο πόλεων ήταν γνωστή από αφηγήσεις βηματιστών και ίση περίπου με 800 Km (φημολογείται ότι ο Ερατοσθένης μίσθωσε βηματιστές για τη μέτρησή της), η περιφέρεια της Γης υπολογίστηκε ίση με 40000 Km.
Αυτή είναι η σωστή απάντηση και ο Ερατοσθένης την έδωσε χρησιμοποιώντας ως μόνα εργαλεία ράβδους, μάτια, πόδια, μυαλό με απλότητα σκέψης και επινοητικότητα. Το λάθος στον υπολογισμό ήταν μόνο 2%, ένα πραγματικά αξιοσημείωτο επίτευγμα για περίπου πριν από 2,5 χιλιετίες. Άρα, ο Ερατοσθένης ήταν ο πρώτος άνθρωπος που μέτρησε τις διαστάσεις του πλανήτη Γη, γι' αυτό και θεωρείται δημιουργός της μαθηματικής γεωγραφίας.
Αν θεωρήσουμε ότι ο κύκλος στο διπλανό σχήμα είναι η Γη τότε η έλλειψη στο κέντρο είναι ο ισημερινός. Στον ισημερινό αυτές τις μέρες ο Ήλιος το μεσημέρι βρίσκεται στο ζενίθ. Επομένως οι ακτίνες πέφτουν κατακόρυφα και ο Ήλιος καθρεφτίζεται στον πυθμένα ενός πηγαδιού. Η προέκταση μιας ακτίνας του είναι η ΙΚ και περνάει από το κέντρο της Γης Κ.
Έστω ότι εμείς είμαστε στη θέση Τ. Αν τοποθετήσουμε μια κατακόρυφη ράβδο ΤΑ=Υcm τότε αυτή το μεσημέρι (στις 12:36 μ.μ. για την Θεσσαλονίκη στις 21/3/16) έχει σκιά ΤΣ=Χcm.
Υπολογίζουμε την εφαπτομένη της γωνίας ΣΑΤ από το λόγο Χ/Y και έτσι βρίσκουμε την γωνία που είναι φ μοίρες. Η γωνία φ είναι ίση με την επίκεντρη γωνία ΤΚΙ. Το γεωγραφικό πλάτος της θέσης μας είναι φ μοίρες.
Παρατήρηση: Η γωνία φ είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος μόνο αν η μέτρηση γίνει τις μέρες της εαρινής ή φθινοπωρινής ισημερίας.
Από το google-earth υπολογίζουμε την απόσταση του σχολείου μας, όπου εκτελούμε την μέτρηση, απο τον ισημερινό, και με μια απλή αναλογία βρίσκουμε την ακτίνα της Γης, άρα και την περιφέρειά της. Θα επανέλθουμε με πλήρη παρουσίαση της εργασίας μας.
Η ομάδα μαθητών που εκτελεί το πείραμα του Ερατοσθένη
πηγή:http://ekfe.ser.sch.gr/site/