TRƯỞNG ĐẠI HỌC SU PHAM TPHCM - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN:vẬT LÝ Dé tai : Xác định vĩ độ và phương hướng thành phố hé chi minh bằng phương pháp đo bóng coc mat trời GVHD :Thạc sĩ TRAN QUỐC HA SV thực hiện : NGUYEN THÀNH DUNG Niên khóa :1997-2001 NHẬP ĐỀ I>PHAN MỞ DAU: NGUYEN THANH DUNG TRANG 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SUPHAM TPHCM - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Từ buổi sơ khai con người nguyên thủy biết trồng trọt, chan nuôi. chuyển từ hái lượm sang canh tác họ can phải tính toán thời vu, dự báo thời tiết (mưa, nắng, gió, lạnh ), dự báo thời kì nước sông lên xuống .Để tiến hành được như vậy con người cổ đại chỉ có một phương pháp duy nhất là quan sắt vị trí và chuyển động của các thiên thể, Mặt trời, mặt trăng trên bau trời. trên cơ sở đó người ta làm ra lịch, xác định năm, tháng, ngày, giờ. Như vay thiên văn học là mon khoa học đầu tiền của nhân loại xuất hiện do nhu cầu sản xuất.
Con người cổ đại đã sớm biết sử dụng những qui luật của thiên văn học để xác định phương hướng trong các chuyến đi trên biển hoặc trên đất liền, phi nhận các su kiện theo thời gian. Từ xa xưa trong việc tìm kiếm thức ăn, trong quan hệ giữa các bộ tộc với nhau, trong quan hệ kinh tế, văn hoá hay chính trị giữa các dân tộc, sự hiểu biết phương hướng và cách tính thời gian là một nhu cầu cần thiết của con người. Con người cũng đã sớm biết chế tạo ra các dụng cụ như la bàn để xác định phương hướng: các loại đồng hồ đơn giản như: Đồng hồ cát, đồng hồ nước, đồng hồ nến, đồng hé mat trời.để đo thời gian trong ngày, tháng hoặc năm. Ngày nay khoa học kỹ thuật phát triển con người chế tạo ra những dụng cụ xác định phương hướng và tính thời gian một cách chính xác.
ứng dụng nhiều vào thực tiễn. Ngoài ra chúng ta có thể dùng một phương pháp khác để xác định phương hướng hoặc tính thời gian trong từng ngày bằng cách đo bóng cọc mặt trời tại một nơi quan sát bất kỳ. Từ phương pháp này chúng ta xác định được vĩ độ nơi quan sát bằng việc đo độ cao h khi mặt trời qua kinh tuyến trên ( lúc giữa trưa). Tất cả những vấn để này được lin lược xét trong nội dung để tài.
II>Mục đích của để tai; Mục đích chích của luận văn là xác định phương hướng bằng phương pháp thiền văn mà chủ yếu dựa vào những qui luật chuyển động biểu kiến của mặt trời. Vào những ngày bất kỳ chúng ta có thể xác định phương hướng vào hai giờ đối xứng của mặt trời. Xác định vĩ độ nơi quan sát ( Tp.HCM) vào những ngày mắt trời có xích vĩ bằng 0 (xuân phân, thu phân) và xích vĩ bằng + 23” 27 (hạ chí, đông chí). Dựa vào công thức: h= 90” + ø - ởi h : độ cao mặt ười khi đi qua kinh tuyến trên, tạ h = ‘; ở : xích vĩ mặt trời ngày phân hoặc ngày chí.
y : vĩ độ nơi quan sát NGUYEN THÀNH DONG TRANG 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM TPHCM - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Ngoài ra chúng ta còn sử dụng phương pháp trên để làm ra đồng hỗ mat trời đo thời gian. III>Nội dung dé tài: Nội dung của khoa học thiên văn thì rất rộng nhưng với phạm vi hạn hẹp của dé tài, chúng tôi chỉ tìm hiểu và tóm tắt những nội dung lý thuyết có liên quan mật thiết đến dé tài. Đó là việc xác định vĩ độ địa lý nơi quan sát, thời điểm quan sát và xác định phương hướng bằng khảo sát thực nghiệm đo bóng cọc mặt trời. IV>Ýnghĩa dé tài: Phương pháp đo vĩ đô và xác định phương hướng nơi quan sát bằng bóng cọc mặt trời có nhiều tiện lợi, đơn giản, dễ làm chỉ sử dụng các dụng cu thô sus cây cọc , dây doi.
Phương pháp này có thể sử dụng được bất kỳ ở đâu miền là có ánh nắng. Đó là phương pháp phổ biến nhất cũng là phương pháp khoa học nhất, Phương pháp trên đạt kết quả tương đối chính xác nhưng cũng có nhược điểm sau: Chỉ thực hiện được khi có trời nắng. Xác định phương hướng phải chờ một khoảng thời gian giữa hai giờ đối xứng. Xác định toa độ địa lý thường mắc sai sốdo điều kiện thời tiết, cọc không được thẳng.
Ngày nay phương pháp này không còn hiện đại nhưng nó có một ý nghĩa hết sức quan trọng trong đời sống của con người. Đó là việc xác định phương hướng một cách dé dang mà bất kỳ ai cũng có thể hiểu được, làm được. Từ buổi sơ khai con người đã biết sử dụng phương pháp này để làm ra đồng hồ mặt trời ứng dụng vào thực tiễn. Tuy nhiên ngày nay nó chỉ còn là những vật trang trí cho nhà thờ, đình chùa, hoặc là những bài thực hành đơn giản.
Phương pháp đo bằng bóng coc mặt trời có vai trò quan trong trong việc giảng dạy thiên văn học ở bậc PTTH của điều kiện Việt Nam hiện nay. Vì phương pháp dễ hiểu, để làm và dụng cụ đơn giản nên học sinh dễ tiếp thu, tự lo được dụng cụ thực hành. Đồng thời phương pháp này giúp học sinh dễ tiếp cận với môn Vật Lý, Địa Lý ở trường phổ thông. V>Thời gian cho dé tài: Mục đích chính của để tài là tìm vĩ độ địa lý nơi quan sắt vào những ngày mặt trời có xích vĩ bằng Ø và xích vĩ bằng 23°27".
Do đó thời gian thực hành cho để tài rất lâu dài. Còn đối với việc xác định phương hướng bằng bóng cọc mặt trời thì chờ khoảng thời gian giữa hai giờ đối xứng vào một ngày có nắng bất kỳ. NGOYEN THÀNH DGNG TRANG 5 TRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM TPHCM - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP PHẦN MỘT CƠ SỞ LÝ THUYẾT | > Thiên cầu: 1> Định nghĩa thiên cầu: Khi đứng trên trái đất nhìn lên bau wi ta thấy nó như một mat cầu lớn .Ban ngày ta chỉ thấy mặt trời chuyển động bên trong mat cầu đó , và ban đêm ta chiêm ngưỡng ánh sáng rực rở của mặt trăng , các hành tinh và hành tỉ các ngôi sao lấp lánh trong mặt cầu đó .Do đó để xác định vị trí của mắt trời cũng như vị trí các thiên thể trên bầu trời nên ta lợi dụng mat cấu đó, nó gọi là thiên cầu Vậy thiên cầu là mặt cầu tưởng tượng có tâm là nơi quan sát , có bán kính vô cùng lớn các thiên thể cũng như mặt trời , mặt trăng , các hành tinh và các tiểu hành tính được xem như phân bố trong mat cầu đó 2>Đặc điểm của thiên cầu: Khoảng cách từ tâm trái đất đến các thiên hà , các ngôi sao ,mặt trời. là rất lớn, từ hàng triệu đến hàng tỷ tỷ tỷ km, mà bán kính của trái đất khoảng 6400 km nên xem như bán kính trái đất rất nhỏ so với khoảng cách đó.Ta có thể lấy bán kính thiên cẩu vô cùng lớn và bán kính trái đất là rất nhỏ so với bán kính thiên cẩu.
Vì vậy ta có thể coi bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng là tâm thiên cẫu. Một điểm bất kỳ nào trên thiên cầu cũng có thể nhìn thấy từ những điểm khác G nhau trên trái đất theo những đường song song với nhau. 3> Tính chất của thiên cầu: 6 Mat phẳng chứa tâm thiên cầu cất thiên cau theo một vòng tròn lớn (vòng qua F,_- G) p Qua hai điểm không đối tâm trênthên 4, 3 © M cầu chỉ có thể vẽ một vòng tròn lớn ( vòng qua A,B ) F + Qua hai điểm đối tâm C.D có thể vẽ vô số vòng tròn lớn +Khoảng cách giữa hai điểm A,B trân thiên cầu được thể hiện bằng cung AB đo bằng góc ở tâm AOB Những mặt phẳng không qua tâm cắt mặt thiên cầu theo những vòng tròn nhỏ có tọa độ r<R hay là vòng qua LM NGUYEN THÀNH DONG TRANG 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM TPHCM - LUAN VĂN TỐT NGHIỆP Những cung của vòng tròn lớn là khoảng cách ngắn nhất giữa các điểm trên thiên cầu. DU vậy, ta có thể nói đường thẳng trên thiên cầu đi qua tâm là một vòng tròn lớn và trên thiên cầu không thể vẽ được những đường thẳng song song 4> Những đường, điểm cơ bản trên thiên cầu : Một điểm bất kỳ nào trên thiên cầu cũng có thể nhìn thấy từ những điểm khác nhau trên trái đất theo những đường thẳng song song , do đó ta gid xử mỘt người quan sát tại một nơi trên trái đất và tại đó được xem như tâm O của thiên cầu có bán kính R .Các nơi khác trên trái đất được xem như một phép tịnh tiến của O theo những đường song song nhau : Ta có những đường, điểm cơ bản như sau.a> Thiên đỉnh, thiên để, đường chân trời: 3 Tại một nơi quan sát ta nhìn thẳng trên đỉnh đầu hay là đường thẳng đứng đi qua đỉnh đầu người quan sát cất thiên cau tại điểm Z gọi là thiên dinh, điểm dưới chân gọi là đối thiên đỉnh Z hay là thiên để s Nếu ta coi phương tiếp tuyến của mat đất tại nơi quan sát là một mật phẳng vuông góc với đường thẳng ZZ tại O, gọi là mặt phẳng chân trời BN nó cất thiên cầu theo đường tròn lớn gọi là đường chân trời Bắc_Nam.
Chú ý: +Đường chân trời trên mặt giấy khác với đường chân trời trên thực tế.Vì trên mặt đất khôngphải là bằng phẳng mà nó bị lồi, lõm do núi non , sông, biển và nhà cửa nên mặt phẳng chân trời trên thực tế là rất phức tạp. + Người quan sát đứng trên bể mặt trái đất chỉ nhìn được phần trên của thiên cầu có chứa thiên đỉnh Z , phần dưới của thiên cầu bị mặt đất che khuất .Tại thời điểm lặn , mọc thiên thể được xem như đang ở trên đường chân trời. b>Thiên cự ích đạo trời; _ Do trái đất tự quay quanh trục của nó từ tây sang đông trong một ngày đêm gọi là sự nhật động nên chúng ta thấy bầu trời hay là tất cả các thiên thể , mặt trời , mặt trăng hay các hành tỉnh chuyển động biểu kiến từ đông sang tây theo chiều nhật động. Như vậy ta cảm thấy thiên cầu quay quanh trục của nó , nói đúng hơn trục quay của thiên cầu song song với trục quay của trái dat.
Truc quay tưỡng tượng đó gọi là thiên cực PP hay là trục vũ trụ +Thiên cực PP cắt thiên cau tại hai điểm .Thiên cực bắc P .