지평선을 변화시킬 수 있는 천구모형
1. 초간단 천구모형 만들기
간단한 천구모형들은 시중에 많이 나와 있다. 중심에 지구가 있고 주변에 천구가 있는 모형은 많지만 지평선을 변화시키고 천구운동을 관찰할 수 있는 모형은 많지 않다. 예전에는 둥근플라스크에 물을 넣고 둥근 플라스크를 회전시키면서 물표면을 지평선이라고 가정하고 별의 일주운동을 설명한 적이 있었다.
둥근플라스크의 각도를 바꾸면 자연스럽게 지평선이 바뀌면서 다양한 위도에 따른 별의 일주운동을 관찰할 수 있다. 하지만 영구적으로 만들 수 없고, 물을 사용하므로 불편한 점이 많았다. 그래서 쉽게 지평선을 변화시킬 수 있는 초간단 천구모형을 제작해 보았다.
가. 관련단원 : 중학교 2학년 5단원 태양계
나. 준비물
투명공 원 지름 8cm 네오디움 자석(원형사리 12*3T 내경 외경3.5*6.2)
나무젓가락, 도화지, 투명테이프, 싸인펜, 칼, 가위, 종이컵(지름7.3cm), 압정
다. 제작방법
1) 종이컵을 뒤집어 두꺼운 도화지에 대고 원을 그린다. (지름 7.3cm)
2) 원을 잘라 지평선을 만들고 방위표시를 한다.
3) 나무젓가락을 4cm로 자르고 아래쪽에 압핀을 꽂는다.
4) 나무젓가락 위쪽에 지평선을 압핀을 이용하여 붙인다.
5) 투명반구를 천구라 생각하고 북극성과 별자리를 스카치테이프에 그려 붙인다.
- 태양과, 행성, 몇 개의 별을 더 그려서 붙인다.
6) 투명반구 아래쪽에 지평선을 올려 놓고 자석을 이용해서 붙인다.
7) 투명반구를 끼워 천구를 만든다.
라. 실험방법
반구를 열고 지평선의 위치를 원하는 데로 변경할 수 있다. 변경하고 아래쪽에 자석을 붙여 고정시킨다. 그리고 지평선을 돌려 동서남북 방위를 맞추면 준비 끝.
투명한 반구를 사용하기 때문에 손으로 들고 관측자 위치에서
1) 북극성 고도 알아내기
- 지평선의 위치를 바꾸어 가며 북극성의 고도와 위도와의 관계 확인하기
2) 위도에 따른 별의 일주 운동
- 위쪽 투명반구를 반시계방향으로 회전시켜 가며 저위도, 중위도, 고위도에서 보이는 별의 일주운동 관찰
- 투명반구를 통해서 관측자 위치에서 동, 서, 남, 북쪽에서 어떻게 별들이 이동하는지 관찰
3) 계절에 따른 태양 고도 관찰
- 태양의 위치를 적도, 북위23.5도로 바꾸어 가며 태양고도 관찰
- 남위 23.5도는 위쪽 투명반구에 스카치테이프를 길게 붙여서 구현
- 태양 위치에서 후레시를 비춰가며 그림자 길이 변화 관찰
- 낮과 밤의 길이가 변하는 것 관찰
4) 내행성이 초저녁과 새벽에 보이는 이유 설명
- 태양 주위에 내행성 궤도 부착
마. 응용
1) 태양을 스카치테이프에 표시하고 스카치테이프 한쪽 끝을 말아 넣어서 쉽게 뗄 수 있게 하면 붙였다 떼었다 하면서 관찰가능
2) 스카치테이프 대신 작은 스티커로 별자리 표현하게 할 수도 있음
3) 북극성 위치에는 송곳으로 구멍 뚫고, 이쑤시개나 실핀을 넣었다 뺐다 할 수 있게 제작하여 북극성 고도 측정
4) 반구 아래쪽에 각도를 표시해 놓으면 지평선 위도를 쉽게 알 수 있음
5) 관측자 위치에 다양한 인형을 만들어 세워두게 하고, 지평선도 건물이나 숲등을 만들어 붙여 꾸미게 할 수 있음.
2. 그밖에 천구 관련 추가 실험
가. 노래방 기계를 이용한 별의 일주운동
나. 별지시기 이용한 천구운동 관찰
- 북극성 주변 별의 일주운동 관찰
- 동쪽, 서쪽에서 별의 이동방향 관찰
- 거리에 따른 별의 밝기 : 일정한 화면에 표시된 점의 개수를 이용
- 별의 등급 간접 비교: 모든 별의 밝기가 같은 것은 아니다.
- 블랙홀이 지나가는지 확인하는 방법 : 클립이 지나갈 때 별의 밝기 변화 관찰 또는 중력렌즈효과
다. 학생들 뒤통수를 이용한 달의 위상변화 설명
라. 원형 용기 이용한 천구모형
마. 태양계 운동 프로그램 - 내행성,외행성,일주운동등 지구자전으로 생기는 모든현상 설명
구입처
투명공 원 (5set) 지름 8cm 2800원 http://gmkt.kr/g6nhyR
네오디움자석(원형사리12*3T 내경 외경3.5*6.2) 4개 1100원 http://gmkt.kr/gNuFMy
새로 개발해서 2018년 신과수에서 발표한 내용입니다. 지평선을 변화시키기 위해서 물도 써보고, 반구도 써보고 여러가지 방법을 사용하다가 결국은 나무젓가락과 자석을 이용하는 방법을 택하게 되었습니다.
처음에는 완벽하게 내부에 지평선을 넣으려고 시도했으나, 계속해서 개선해 가는 과정에서 굳이 뚜껑을 닫아 밀폐시킬 필요가 없다는 것을 깨닫게 되었습니다. 지금은 뚜겅을 열었다 닫았다 할 수 있고 뚜껑을 돌려가며 별의 일주운동을 시연해 볼 수 있습니다.
<추가> 별지시기를 이용하면 교실안에서 별의 일주 운동을 보여 줄 수 있다. 필터를 달아서 비추면 아래 사진처럼 수많은 별(?)들이 나타난다. 그럼 한쪽방향으로 별지시기를 돌려가면, 별의 일주운동 처럼 보이게 할 수 있다. 단 별지시기는 출력이 세서 눈에 비추면 위험하기 때문에 조심할 것!
