Угол наклона солнечных лучей как найти

7 класс.                                                                                          
Тема: Расчет угла падения солнечных лучей в зависимости
от географической широты, абсолютной высоты местности по разности атмосферного
давления, расчет температуры воздуха тропосферы на заданной высоте, расчет
средних значений (температуры воздуха, амплитуды и др. показателей).

ВЫЧИСЛЕНИЕ УГЛОВ ПАДЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ И
РАЗНИЦЫ ВРЕМЕНИ НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Угол падения солнечных лучей на земную поверхность зависит от географической широты и изменения положения Земли по
отношению к Солнцу. Эту зависимость можно выразить формулой

ω = 90° − (φ±A)

 Здесь

 ω —
угол падения солнечных лучей, 

A — широта, на которой
Солнце стоит в зените (между 23,5° с.ш. и 23,5° ю.ш.), 

φ — географическая
широта заданного объекта (значение от 0° до ± 90°).

Определение географической широты на основании данных
углов падения солнечных лучей. 

Для этого используется формула 

φ = A
± (90° − ω).

Вначале нужно найти разницу между максимальным (90°) и
данным углами. Если найденный пункт
расположен в одном и том же полушарии с зенитной широтой, то полученный ответ и
величина зенитной параллели складываются, если наоборот — вычитаются.

Определение географической широты, на которой Солнце
стоит в зените. Для этого используется формула 

A = φ − (90° − ω).

Сначала необходимо вычислить разницу между максимальным
(90°) и данным углами. Полученную цифру отнимают от величины географической
широты пункта.

ЗАДАНИЕ 1

На основании контурной карты определите: Угол падения солнечных лучей в пунктах А и B,
если Солнце стоит в зените над пунктом М.

ЗАДАНИЕ 2

На основании данных в таблице определите северные и южные
широты пунктов и заполните таблицу.  φ = A ± (90° − ω).

Пункты	1	2	3
Угол падения солнечных лучей  ω	28°	50°	70°
Параллели, на которых Солнце в зените   A	23° с.ш.	15° ю.ш.	22° ю.ш.
Географические широты  φ	_____ с.ш.	_____ю.ш.	______с.ш.

Решение задач на расчет температуры воздуха в зависимости от высоты
местности.

Задание 3.

Решите задачу: Какова температура воздуха за бортом самолета, летящего на высоте 10 500 м, если температура воздуха у земной поверхности +20°?

Решение задач на определение высоты местности по разности атмосферного давления 

Как определить угол падения солнечных лучей

В одной и той же географической точке в разное время суток солнечные лучи падают на землю под разными углами. Вычислив этот угол и зная географические координаты, можно точно вычислить астрономическое время. Возможно и обратное действие. С помощью хронометра, показывающего точное астрономическое время, можно выполнить географическую привязку точки.

Вам понадобится

• — гномон;
• — линейка;
• — горизонтальная поверхность;
• — жидкостный уровень для установления горизонтальной поверхности;
• — калькулятор;
• — таблицы тангенсов и котангенсов.

Инструкция

Найдите строго горизонтальную поверхность. Проконтролируйте ее с помощью уровня. Можно использовать как пузырьковый, так и электронный прибор. Если вы пользуетесь жидкостным уровнем, пузырек должен находиться строго в центре. Для удобства дальнейшей работы закрепите на поверхности лист бумаги. Лучше всего в данном случае использовать миллиметровку. В качестве горизонтальной поверхности можно взять лист толстой прочной фанеры. На ней не должно быть впадин и бугров.

Нарисуйте на миллиметровке точку или крест. Установите гномон вертикально так, чтобы его ось совпадала с вашей меткой..Гномоном называется установленный строго вертикально стержень или шест. Его вершина имеет форму острого конуса.

В точке окончания тени гномона поставьте вторую точку. Обозначьте ее как точку А, а первую — как точку С. Высота гномона вам должна быть известна с достаточной точностью. Чем крупнее гномон, тем точнее получится результат.

Измерьте расстояние от точки А до точки С любым доступным вам способом. Обратите внимание на то, чтобы единицы измерения были теми же, что и высота гномона. Если есть необходимость, переведите в наиболее удобные единицы.

На отдельном листе бумаги сделайте чертеж, используя полученные данные. На чертеже должен получиться прямоугольный треугольник, у которого прямой угол С — место установки гномона, катет СА — длина тени, а катет СВ — высота гномона.

Вычислите угол А с помощью тангенса или котангенса, используя формулу tgА=ВС/АС. Зная тангенс, определите собственно угол.

Полученный угол является углом между горизонтальной поверхностью и солнечным лучом. Углом падения называется угол между перпендикуляром, опущенным на поверхность, и лучом. То есть он равен 90º- А.

Обратите внимание

Полученный угол является углом между горизонтальной поверхностью и солнечным лучом. Углом падения называется угол между перпендикуляром, опущенным на поверхность, и лучом. То есть он равен 90º- А.

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Введение

Солнце
– источник всего на Земле: света, тепла,
жизни. Только солнечный свет дарил людям
тепло до того, как они научились добывать
огонь, – солнечная энергетика была
первой, освоенной человеческим
сообществом. Недаром само это сообщество
возникло, как утверждают палеонтологи,
под жарким солнцем экватора, в Центральной
Африке. По-видимому, энергетика Солнца
станет самой приемлемой и в будущие
эпохи благодаря своей естественности
(дается-то даром), неисчерпаемости и
экологической чистоте. Почему же до сих
пор она оставалась в тени? Почему в
течение тысячелетий человек предпочитал
согревать себя и готовить пищу, сжигая
дрова, уголь, нефть, создавая хитроумные
сооружения на быстрых реках и продувных
ветрах, добывая (в последнее время)
опасный радиоактивный уран? Потому что
для технически неразвитого общества,
прикованного к земной поверхности,
солнечные энергостанции были бы
маломощными, громоздкими, зависящими
от погоды – практически неконкурентными.
Только фантасты чутьем угадывали их
будущий неизбежный взлет.

С
выходом в космос, созданием орбитальных
станций и бурным развитием электроники
(в первую очередь полупроводников)
ситуация резко изменилась. Сейчас
солнечная энергетика – не далекая
мечта, а каждодневная реальность,
занимающая все больше места в деятельности
научных институтов и промышленных
организаций.

Солнечная
энергия неисчерпаема – при бесконечном
росте наших технических возможностей.

Наибольшая
плотность потока солнечного излучения,
приходящегося на Землю, составляет
примерно 1 кВт/м²
в диапазоне длин волн 0.3-2.5 мкм. Это
излучение называется коротковолновым
и включает видимый спектр. Для населенных
районов в зависимости от места, времени
суток и погоды потоки солнечной энергии,
достигающие Земли, меняются от 3 до 30
МДж/ м²
в день. Солнечное излучение характеризуется
энергией фотонов в максимуме распределения
порядка 2 эВ, определенной по температуре
поверхности Солнца около 6000 К. Это
энергетический поток от доступного
источника гораздо более высокой
температуры, чем у традиционных
технических источников. Излучение
распространяется со скоростью 3х10⁸
м/с и достигает земной атмосферы примерно
за 8 минут. Тепловая энергия его может
быть использована с помощью стандартных
технических устройств (например: паровых
турбин) и методами, разработанными на
основе фотохимических и фотофизических
взаимодействий. Потоки энергии излучения,
связывающие атмосферу с поверхностью
Земли, также порядка 1 кВт/м²,
но они перекрывают другой спектральный
диапазон – от 5 до 25 мкм, называемый
длинноволновым с максимумом около 10
мкм. По спектру коротко- и длинноволновое
излучения расположены друг от друга
достаточно далеко и могут быть легко
различимы.

1 Угол падения Солнца и зенитный угол

Солнце
– звезда Солнечной системы, которая
является для планеты Земля источником
громадного количества тепла и
ослепительного света. Несмотря на то,
что Солнце находится от нас на значительном
расстоянии и до нас доходит лишь небольшая
часть его излучения, этого вполне
достаточно для развития жизни на Земле.
Наша планета вращается вокруг Солнца
по орбите. Если с космического корабля
наблюдать Землю в течение года, то можно
заметить, что Солнце всегда освещает
только какую-либо одну половину Земли,
следовательно, там будет день, а на
противоположной половине в это время
будет ночь. Земная поверхность получает
тепло только днем.

Наша
Земля нагревается неравномерно.
Неравномерный нагрев Земли объясняется
ее шарообразной формой, поэтому угол
падения солнечного луча в разных районах
различен, а значит, различные участки
Земли получают различное количество
тепла. На экваторе солнечные лучи падают
отвесно, и они сильно нагревают Землю.
Чем дальше от экватора, тем угол падения
луча становится меньше, а следовательно,
и меньшее количества тепла получают
эти территории. Один и тот же по мощности
пучок солнечного излучения обогревает
у экватора гораздо меньшую площадь, так
как он падает отвесно. Кроме того, лучи,
падающие под меньшим углом, чем на
экваторе,пронизывая атмосферу, проходят
в ней больший путь, вследствие чего
часть солнечных лучей рассеивается в
тропосфере и не доходит до земной
поверхности. Все это свидетельствует
о том, что при удалении от экватора к
северу или к югу уменьшается температура
воздуха, так как уменьшается угол падения
солнечного луча.

На
степень нагрева земной поверхности
влияет также и то, что земная ось наклонена
к плоскости орбиты, по которой Земля
совершает полный оборот вокруг Солнца,
под углом 66,5° и все время направлена
северным концом в сторону Полярной
звезды.

Представим
себе, что Земля, двигаясь вокруг Солнца,
имеет земную ось, перпендикулярную
плоскости орбиты вращения. Тогда бы
поверхность на разных широтах получала
бы неизменное в течение года количество
тепла, угол падения солнечного луча был
все время постоянным, всегда день был
бы равен ночи, не происходило бы смены
времен года. На экваторе эти условия
мало отличались бы от нынешних.
Существенное влияние на нагрев земной
поверхности, а значит, и на весь климат
наклон земной оси имеет именно в умеренных
широтах.

В
течение года, то есть за время полного
оборота Земли вокруг Солнца, особо
примечательны четыре дня: 21 марта, 23
сентября, 22 июня, 22 декабря.

Тропики
и полярные круги разделяют поверхность
Земли на пояса, которые различаются
между собой солнечной освещенностью и
количеством тепла, получаемого от
Солнца. Выделяют 5 поясов освещенности:
северный и южный полярные, которые
получают мало света и тепла, тропический
пояс с жарким климатом и северный и
южный умеренные пояса, которые получают
света и тепла больше, чем полярные, но
меньше, чем тропические.

Рисунок
1.1 – Положение Земли относительно Солнца

Итак,
в заключение можно сделать общий вывод:
неравномерный нагрев и освещение земной
поверхности связаны с шарообразностью
нашей Земли и с наклоном земной оси до
66,5° к орбите вращения вокруг Солнца.

Углом
падения луча назовем угол между падающим
лучом и перпендикуляром к отражающей
поверхности в точке излома луча. В одной
и той же географической точке в разное
время суток солнечные лучи падают на
землю под разными углами.

Рисунок
1.2 – Падение луча солнца и ее отражение

Количество
солнечного света и тепла, которое
поступает на земную поверхность, прямо
пропорционально углу падения лучей.
Солнечные
лучи
могут падать на Землю под углом от 0 до
90 градусов. Угол попадания лучей на
землю разный, потому что наша планета
имеет форму шара. Чем он больше, тем
светлее и теплее.

Таким образом,
если луч идёт под углом 0 градусов, он
только скользит вдоль поверхности
земли, не нагревая её. Такой угол падения
бывает на Северном и Южном полюсах, за
полярным кругом. Под прямым углом
солнечные лучи падают на экватор и на
поверхность между Южным и Северным
Тропиком.
Этот показатель считается максимальным
углом падения
солнечных лучей. Как Вам известно, из
курса VII класса, 21 марта и 23 сентября
Солнце находится в зените над экватором,
лучи падают здесь под максимальным
углом. Отсюда по направлению на север
и на юг угол падения солнечных лучей
уменьшается. Вследствие этого, для
вычисления угла падения лучей на тот
или иной пункт, расположенных в обоих
полушариях, можем написать нижеследующее
выражение:

ω =90°-φ
(1)

где, ω – угол
падения солнечных лучей;

φ – географическая
широта, где расположен пункт.

Если угол попадания
солнечных лучей на землю прямой, это
говорит о том, что солнце
в зените.

Зенит
– угол
падения солнечных лучей, равный 90°.

Таким образом,
угол падения лучей на поверхность земли
и высота солнца над горизонтом равны
между собой. Зависят они от географической
широты. Чем ближе к нулевой широте, тем
угол падения лучей ближе к 90 градусам,
тем выше находится солнце над горизонтом,
тем теплее и светлее.

Зенитный угол
Солнца меняется в зависимости от вращения
Земли вокруг Солнца и вращения Земли
вокруг своей оси.

В течение года
Земля описывает вокруг Солнца эллиптическую
орбиту. Наблюдателю, находящемуся на
Земле, наоборот, кажется, что Солнце
движется по небесному своду и описывает
в течение года путь, называемый эклиптикой.
Плоскость эклиптики составляет угол
23^О27’
(около 23 с половиной гардуса) с плоскостью
земного экватора.

Рисунок
1.3 – Движение Земли по эклиптике и
пересечение Солнца плоскость экватора

Двигаясь по
эклиптике, Солнце пересекает плоскость
экватора 21 марта (день весеннего
равноденствия) и 24 сентября (день осеннего
равноденствия) и достигает максимальной
высоты 23 с половиной градуса выше
плоскости экватора — 22 июня летнее
солнцестояние (для наблюдателя в северном
полушарии) и минимальной высоты 22 декабря
(день зимнего солнестояния).

В процессе этого
меняется склонение Солнца относительного
земного экватора.

Кроме того, Земля
еще вращается вокруг своей оси, в
результате чего зенитный угол зависит
еще от часового угла.

Таким образом, с
учетом изменения склонения Солнца,
широты наблюдателя и времени относительно
истинного полдня, зенитный угол с учетом
сферической геометрии определяется по
формуле:

(2)

где,
— широта;

— склонение орбиты
Земли;

t
— текущее время;

t_p
— время истинного полдня (в секундах), в
знаменателе продолжительность суток
(также в секундах).

Соседние файлы в папке 77724

• #
• #
• #
• #

  12.12.201768.82 Кб7афу.автокад.dwg

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Как определить полуденную
высоту Солнца над горизонтом в дни летнего и зимнего солнцест., вес. и осеннего
равноденствия ?

Bо время весеннего и осеннего равноденствий полуденная высота
Солнца равна дополнению географической широты места до 90°, а во время зимнего
и летнего солнцестояний она меньше или больше равноденственной на угол, равный
наклонности эклиптики к экватору.

В дни равноденствий высота полуденного
Солнца (φ0) над горизонтом для разных широт (φ1) определяется по формуле:

φ0 = 90° — φ1

Координаты Донецка: 48°00′32″ с. ш. 37°48′15″ в.
д.

В г. Донецке 21 марта и 23 сентября в
полдень Солнце находится на высоте:

φ0 = 90° — 48°= 42 °

Летом,
когда Солнце находится над тропиком каждого полушария, высота его в полдень
увеличивается на 23° 27′, т. е.

φ0 = 90° — φ1 + 23° 27′

φ0 = 90°- 48° +23° 27’= 65° 27′

В Донецке 21 июня высота Солнца равна
65°27′

Зимой,
когда Солнце перемещается в противоположное полушарие, высота его
соответственно уменьшается и достигает минимума в дни солнцестояния, когда ее
следует уменьшить на 23°27′, т. е.

φ0 = 90° — φ1- 23° 27′

φ0 = 90°- 48° — 23° 27’= 18° 33′

В Донецке 22 декабря Солнце находится на
высоте 18° 33′

определить можно так: 90 минус широта данного места. например
в Москве широта 56 градусов, значит высота солнца в полдень в дни равноденствий
будет 90 — 56 = 34 градуса над горизонтом.

Определение высоты полуденного солнца

(угла падения солнечных лучей)

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта           осеннего
— 23 сентября

90° — широта места =

Летнее солнцестояния – 22 июня

90° -широта + 23,5°=

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

90° — широта — 23,5°=

Определение высоты полуденного солнца

(угла падения солнечных лучей)

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта          
осеннего — 23 сентября

90° — широта места =

Летнее солнцестояния – 22 июня

90° -широта + 23,5°=

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

90° — широта — 23,5°=

Определение высоты полуденного солнца

(угла падения солнечных лучей)

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта          
осеннего — 23 сентября

90° — широта места =

Летнее солнцестояния – 22 июня

90° -широта + 23,5°=

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

90° — широта — 23,5°=

Как определить
географические широты по высоте Солнца в полдень?

1.Для более точного определения необходимо знать только одну
величину — склонение Солнца. Склонение — расстояние от экватора, т. е.
насколько Солнце севернее или южнее экватора.
Максимальная высота экватора над горизонтом
равна 90 — fi.

Поэтому широта равна fi = 90 — h + d.

(fi — широта, h — высота Солнца, d — склонение
Солнца).

2. Широта места в градусах, определяемая
по высоте светила в полдень рассчитывается так:
fi = (90-betta)+23*cos(Tet);

Эта формула, полученная мной, является
приближенной, в ней обозначены:

fi — широта места, betta — угол между плоскостью
горизонта и направлением на солнце (высота Солнца) , 23.5 — угол наклона земной
оси, Tet — угловое положение Земли на эллиптической орбите относительно
положения, соответствующего 22 июня.
Следует отметить, что в полдень солнце точно на
юге для представителей северного полушария, для южного полушария оно на севере,
это надо учитывать при расчете широты

Определение географической
широты по высоте Солнца в полдень

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта          
осеннего — 23 сентября

                      90° — высота Солнца = широта места 

Летнее солнцестояния – 22 июня

                        90° — высота Солнца  +
23,5° = широта

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

                        90° — высота Солнца — 23,5° = широта

Определение географической
широты по высоте Солнца в полдень

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта          
осеннего — 23 сентября

                      90° — высота Солнца = широта места 

Летнее солнцестояния – 22 июня

                        90° — высота Солнца  +
23,5° = широта

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

                        90° — высота Солнца — 23,5° = широта

Определение географической
широты по высоте Солнца в полдень

Дни равноденствия:     весеннего — 21 марта          
осеннего — 23 сентября

                      90° — высота Солнца = широта места 

Летнее солнцестояния – 22 июня

                        90° — высота Солнца  +
23,5° = широта

Зимнее солнцестояние – 22 декабря

                        90° — высота Солнца — 23,5° = широта