Warum ist der Winter kalt?

Warum ist der Winter kalt? didaktisches Material für Lehrkräfte zum Planetariumsprogramm Autoren Gerd Thiele und Peter Rahmfeld, Planetarium Cottbus Grafik Carolyn Mielke, carographic.de Seite 1 von 9

Vorbereitungsempfehlungen Vor dem Besuch des Planetariumsprogramms wird empfohlen, bereits empirische Beobachtungen durch die Schülerinnen und Schüler durchführen zu lassen. Einige Beispiele: 1. Erkennen des scheinbaren Sonnenlaufs im Laufe eines Tages ACHTUNG: Bei der Beobachtung im Freien bitte beachten, dass die Schülerinnen und Schüler und die Lehrenden nie direkt in die Sonne sehen. Dies kann zu schweren Schäden an der Netzhaut und zum Erblinden führen. Zur Sonnenbeobachtung gibt es besondere Schutzbrillen zu kaufen. Auch eine Sonnenbrille reicht nicht aus. Vielleicht kann sich die Schule einen Klassensatz dieser speziellen Brillen zulegen. Die Brillen sind nicht teuer. Beratung und Hilfe ist auch durch die Mitarbeiter des Planetariums möglich. Die Beobachtung wird an einem Tag durchgeführt. Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein Foto/eine Skizze der Ansicht vom Schulhof in Richtung Süden. Außerdem wird ein fester Beobachtungspunkt auf dem Schulhof markiert. Von diesem Beobachtungspunkt zeichnen sie zu verschiedenen Tageszeiten die Position der Sonne ein und ermitteln die zugehörige Uhrzeit. Schülermaterial: Ausdruck des Fotos/der Skizze; Stift, Uhr Die Sonne wandert im Tagesverlauf scheinbar von Ost nach West über den Himmel. Zur Mittagszeit erreicht sie den Süden. Seite 2 von 9

2. Erkennen des Zusammenhanges zwischen Sonnenhöhe und Schattenlänge Das Experiment und die Beobachtungen im Freien können an einem Tag durchgeführt werden. Der Klassenraum wird etwas abgedunkelt. Zum Beispiel mit Hilfe von etwas Knete stellen die Schülerinnen und Schüler ein Papierfähnchen, einen Buntstift oder einen anderen dünnen Gegenstand senkrecht auf den Tisch. Mit einer Taschenlampe leuchten sie einmal senkrecht von oben auf den Gegenstand, einmal im Winkel von ca. 45 Grad und einmal ganz flach über den Tisch. Jedes Mal ermitteln sie mit einem Lineal die Länge des Schattens des Gegenstandes. Die Schülerinnen und Schüler stellen eine Vermutung zum Zusammenhang zwischen Sonnenhöhe (im Experiment die Taschenlampe) und Schattenlänge auf und überprüfen diese bei Messungen im Freien an geeigneten Gegenständen zu verschiedenen Tageszeiten. Schülermaterial: Knete, Fähnchen bzw. Buntstift oder ähnliches, Taschenlampe, Lineal, Protokollblatt Je steiler die Lichtquelle, umso kürzer ist der Schatten. Daraus folgt: Je höher die Sonne am Himmel steht, umso kürzer sind die Schatten, welche die Dinge werfen. Seite 3 von 9

3. Beobachtung der Sonnenaufgangs- und Untergangspunkte an verschiedenen aufeinanderfolgenden Tagen Die Beobachtung wird über einen Zeitraum von ein bis zwei Monaten durchgeführt. Für diese Beobachtung sollte eine möglichst freie Sicht auf den Horizont zwischen den Himmelsrichtungen Ost und Süd oder Süd und West bestehen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten ein Foto/eine Skizze des Horizontes in südliche Richtung. Über einen Zeitraum von ein bis zwei Monaten markieren sie den Aufgangs- oder Untergangspunkt der Sonne am Horizont auf ihrem Foto oder der Skizze und notieren die jeweilige Uhrzeit. Dabei ist immer wieder der gleiche Beobachtungsstandort einzunehmen. Schülermaterial: Ausdruck des Fotos/der Skizze; Stift, Uhr Über einen längeren Zeitraum verschieben sich die Auf- oder Untergangspunkte der Sonne. Seite 4 von 9

Empfehlungen zur Vor- oder Nachbereitung von Erkenntnissen im Planetariumsprogramm 1. Veranschaulichung der Größenverhältnisse im Weltraum Durch den Lehrenden wird ein Tischtennisball gezeigt und einer Schülerin oder einem Schüler die Hand gegeben mit der Aufgabe: Angenommen, wir würden unser Sonnensystem schrumpfen lassen, so dass die Sonne nur noch so groß wäre. In welchem Abstand müsste sich dann wohl die Erde befinden? Die Schülerinnen und Schüler raten. Der Lehrende zeigt den Abstand von etwa 1,5 m. Dort wird eine zweite Schülerin oder ein zweiter Schüler mit einer Stecknadel in der Hand mit dem Glaskopf nach oben positioniert. Nun folgt die Aufgabe an die Schülerinnen und Schüler: Wie groß muss dann die Erde sein? Die Schülerinnen und Schüler raten wieder. Der Lehrende stellt fest: Hätten wir die Sonne derart geschrumpft, dann wäre die Erde nur noch so groß wie die Stecknadelspitze. Nun umkreist die Erde die Sonne einmal. Dazu braucht sie in Wirklichkeit ein Jahr. Der Lehrende erklärt, dass die Erde fast eine Kreisbahn um die Erde beschreibt, aber nicht ganz genau. In unserem Modell ist sie im Winter 5cm näher an der Sonne als im Sommer. Das sieht man aber kaum. Auf das Weltall übertragen hat es deshalb auch keinen Einfluss darauf ob es wärmer oder kälter ist. Zur Ergänzung kann der Jupiter in unser Sonnensystem eingeführt werden. Er kann als Glaskugelkopf einer Stecknadel in 7,5 m Entfernung von der Sonne dargestellt werden. Der nächste Stern (Proxima Centauri) ist in diesem Modell übrigens mehr als 400 km entfernt. Material: Tischtennisball, zwei Glaskugelkopfstecknadeln Die Erde bewegt sich fast genau auf einer Kreisbahn um die Sonne. Der Abstand zwischen Erde und Sonne spielt für die Temperatur auf der Erde keine Rolle. Seite 5 von 9

2. Jahresauftrag zur Beobachtung der Auf- und Untergänge der Sonne Datum Sonnenaufgangszeit Sonnenuntergangszeit Tageslänge 20. September 21. Dezember 20. März 21. Juni Hinweis für Lehrende: Sollte das Wetter zu den genannten Terminen keine Beobachtung zulassen, kann auch einige Tage vor oder nach dem jeweiligen Termin beobachtet werden. Wichtig ist, dass die Schülerinnen und Schüler zu der unten genannten Erkenntnis gelangen. Eine Gruppe von Schülerinnen und Schülern (vielleicht eine Arbeitsgemeinschaft Astronomie) erhält den folgenden Auftrag: Beobachtet den Ort des Sonnenauf- und -untergangs zu folgenden Zeitpunkten: 20. September 21. Dezember 20. März 21. Juni (fakultativ) Markiert die jeweiligen Orte im Foto oder in der Skizze. Tragt die jeweilige Uhrzeit des Aufgangs in eine Tabelle, die ihr anfertigt, ein. Rechnet die Dauer der Sichtbarkeit der Sonne über dem Horizont aus. Tragt auch diese Werte in die Tabelle ein. Was könnt ihr feststellen, wenn ihr die Orte des Auf- und Untergangs und die jeweilige Dauer vergleicht? Wertet eure Beobachtungen im Unterricht aus. Schülermaterial: Ausdruck des Fotos/der Skizze; Stift, Uhr Über das Jahr verschiebt sich der Auf- oder Untergangspunkt der Sonne. Die Sonne scheint unterschiedlich lange. Am 20. September und am 21. März sind die Orte und die Sonnenscheindauer gleich. Seite 6 von 9

Arbeitsblatt zur Nachbereitung des Planetariumsprogamms: 1. Die Tagbögen der Sonne und die Entstehung der Jahreszeiten Vervollständige folgenden Lückentext: 1. Die Sonne und die Sterne bewegen sich scheinbar von nach. Im stehen sie am höchsten. 2. Die Erde dreht sich in einmal um ihre eigene Achse und in einmal um die Sonne. 3. Der Mond benötigt um die Erde einmal zu umkreisen. 4. Die Ursache für die Entstehung von Tag und Nacht ist die und die Ursache für die Entstehung der Jahreszeiten ist. 5. Ist die Nordseite der Erdkugel der Sonne zugewandt, dann ist dort Zur gleichen Zeit ist es auf der Südhalbkugel der Erde. 6. Ist die Südseite der Erdkugel der Sonne zugewandt, dann ist dort und auf der Nordhalbkugel ist. 7. Die Sonne hat bei uns den höchsten Stand und den niedrigsten Stand. 8. Der längste Tag des Jahres ist bei uns am. Der kürzeste Tag des Jahres ist demnach am. 9. Am und am sind die Tage und die Nächte gleich lang. 10. Ein Lichtstrahl benötigt von der Sonne bis zur Erde Minuten. 11. Auf der Oberfläche der Sonne herrschen Temperaturen von Grad. Seite 7 von 9

2. Beschrifte in der Zeichnung, welcher Tagbogen der Sonne zum Beginn welcher Jahreszeit gehört. a) b) c) a) b) c) Seite 8 von 9

Am Ende des Planetariumsprogramms... wird folgende Frage gestellt: Wir haben gelernt, dass am 21. Juni, zum Sommeranfang, die Sonne am längsten scheint und ihre Strahlen die meiste Wärme zur Erde schicken können. Trotzdem ist es im Juli und August, wenn ihr Sommerferien habt, oft viel heißer als im Juni. Und im Winter ist es umgekehrt. Am 21. Dezember scheint die Sonne am kürzesten und ihre Strahlen schicken nur wenig Wärme zur Erde. Trotzdem ist es im Januar und Februar oft kälter als im Dezember. Warum ist das so? Diese Frage wird nicht beantwortet die Schüler sollen selbst Ideen entwickeln. Dabei kann folgender Hinweis helfen: In einem Zimmer mit einer Heizung (oder einem Kamin) ist es zu kalt. Was tut man dagegen? Antwort: Die Heizung aufdrehen (Den Kamin anheizen.) Ist es dann sofort warm? Nein, es dauert eine Weile. Warum? Weil sich erst die Luft im Zimmer erwärmen muss. Seite 9 von 9 Die Antwort auf die, am Ende des Programms gestellte Frage, muss also lauten: Zu Sommeranfang ist die Luft meist noch etwas kühl. Sie muss sich erst durch die Sonne erwärmen. Deshalb wird es oft erst im Juli oder August heiß. Zum Winteranfang ist die Luft oft noch mild. Da die Sonne sie aber kaum erwärmen kann, kühlt sie sich danach immer weiter ab.