§ 8. Смена дня и ночи

Определения и обозначения

Сутки — промежуток времени, за который Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси. Он длится примерно 24 часа. Сутки нужны, чтобы описывать повторяющийся цикл освещения Земли и измерять время.

Вращение Земли вокруг оси — движение Земли вокруг воображаемой линии, проходящей через Северный и Южный полюса. Эта линия называется земной осью, хотя внутри планеты её нет. Понятие помогает объяснить, почему меняется освещённость разных мест Земли.

День — часть суток, когда данная сторона Земли освещена Солнцем. На этой стороне солнечный свет достигает поверхности. Понятие «день» помогает определить, какая часть суточного цикла сейчас проходит в выбранном месте.

Ночь — часть суток, когда данная сторона Земли не освещена Солнцем. В это время выбранная область обращена в сторону от Солнца. Различая день и ночь, можно описать две стороны одного и того же суточного цикла.

Как это устроено

Солнце освещает примерно половину земного шара, потому что Земля имеет форму шара, а свет распространяется прямолинейно. Лучи падают на ту часть поверхности, которая обращена к Солнцу. Другая половина оказывается за пределами прямого освещения, в тени самой Земли. Поэтому в один и тот же момент на одной стороне планеты день, а на другой ночь.

Земля не стоит на месте, а вращается вокруг оси. Из-за этого каждый участок поверхности постепенно меняет положение относительно Солнца. Участок, который был освещён, со временем поворачивается в тень, а находившийся в тени выходит на освещённую сторону. Так одна и та же точка проходит через день и ночь.

Смена освещения происходит непрерывно, потому что вращение Земли не останавливается. Граница между освещённой частью и тенью называется границей дня и ночи. Пока планета поворачивается, эта граница перемещается по её поверхности и пересекает разные места. Поэтому в одном регионе может начинаться утро, а в другом — заканчиваться день.

Кажется, что Солнце движется по небу с востока на запад, потому что Земля вращается с запада на восток. Мы находимся на поверхности и движемся вместе с планетой, но обычно не замечаем этого движения. Поэтому направление видимого перемещения Солнца оказывается противоположным направлению вращения Земли. Это наглядный пример того, как движение наблюдателя меняет видимую картину.

Полный оборот Земли вокруг оси принимают за одни сутки, потому что за это время повторяется цикл освещения для разных мест планеты. В течение этого цикла участок поверхности проходит через утро, день, вечер и ночь. Эти части суток связаны с тем, как положение участка относительно Солнца меняется при вращении. Утро и вечер — переходы между ночью и днём, а не отдельные причины смены освещения.

Сравнение дня и ночи

Чтобы определить, день или ночь в выбранном месте, сопоставьте его положение с направлением на Солнце. Если место находится на освещённой стороне шара, там день, если в тени — ночь. Таблица описывает обычные признаки и помогает сравнить две части суточного цикла.

Разбор задач

Определить, день или ночь будет в точке Земли, обращённой к Солнцу

Условие: точка находится на стороне Земли, которая обращена к Солнцу. Нужно установить, какая часть суток там проходит. Решать задачу можно по освещённости, не привлекая движение Земли вокруг Солнца. Достаточно определить, достигает ли солнечный свет этой точки.

1. Сначала выясняем, освещена ли указанная точка прямыми солнечными лучами.
2. По условию она находится на обращённой к Солнцу стороне, значит, свет достигает её поверхности.
3. Сопоставляем освещённость с определением: освещённая сторона находится в области дня.

Ответ: в точке день. Если бы точка находилась на противоположной, неосвещённой стороне шара, там была бы ночь.

На модели Земли показать ночную часть после поворота глобуса на четверть оборота

Условие: на модель падает свет, изображающий солнечные лучи, а глобус поворачивают на четверть полного оборота. Нужно определить, какая часть поверхности окажется в ночи после поворота. Для наглядности выберите на глобусе одну точку и следите за ней, а не за всем шаром сразу. Четверть оборота соответствует повороту на 90 градусов.

1. Отметьте освещённую и неосвещённую стороны глобуса до поворота.
2. Выберите точку и определите, где она находится: на свету или в тени.
3. Поверните глобус на четверть оборота, не меняя положения источника света.
4. Посмотрите, куда переместилась выбранная точка относительно освещённой половины.

Ответ: ночью окажется та часть поверхности, которая после поворота окажется в тени. Если выбранная точка перейдёт со света в тень, в ней наступит ночь; если выйдет из тени на свет — наступит день. Само движение лампы вместо глобуса не показывало бы вращение Земли вокруг оси.

Объяснить, почему в одном месте наступает утро, когда в другом уже ночь

Условие: в разных местах Земли в один и тот же момент наблюдаются разные части суток. Нужно объяснить это, учитывая форму планеты и её вращение. Не следует считать, что вся Земля освещена одинаково или что ночь наступает повсюду одновременно. Рассмотрим положение двух участков относительно Солнца.

1. Представим шарообразную Землю и направим на неё солнечный свет.
2. Определим, какой из участков находится на освещённой стороне, а какой — в тени.
3. Освещённый участок находится в области дня, а неосвещённый — в области ночи.
4. Учтём вращение: участок, приближающийся к освещённой стороне, переходит от ночи к утру, а другой может в это время оставаться в ночи.

Ответ: разные места одновременно занимают разные положения относительно Солнца, потому что Земля шарообразна. Вращение постепенно меняет это положение, поэтому утро в одном месте может совпадать с ночью в другом.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что день и ночь возникают из-за движения Солнца вокруг Земли. Такое объяснение кажется правдоподобным, потому что Солнце видно перемещающимся по небу, но чередование освещения вызывает вращение Земли вокруг оси. Проверка простая: представьте неподвижный источник света и поворачивайте глобус — выбранные точки будут переходить со света в тень и обратно.

Ошибка: представлять, будто вся Земля одновременно освещена или одновременно находится в темноте. Так можно подумать, если забыть, что Земля имеет форму шара и светит Солнце только с одной стороны. Проверьте себя на модели: источник света освещает лишь половину глобуса, а противоположная часть остаётся в тени.

Ошибка: путать вращение вокруг оси с обращением Земли вокруг Солнца. Оба движения происходят постоянно, поэтому их легко смешать, однако они имеют разные результаты и длительность. Вращение вокруг оси занимает примерно сутки и связано со сменой дня и ночи, а обращение вокруг Солнца длится год и вместе с наклоном оси связано со сменой времён года.

Ошибка: считать, что ночь наступает потому, что Солнце исчезает. В действительности Солнце продолжает светить, а конкретная часть Земли поворачивается от него и оказывается в тени. Чтобы проверить объяснение, отметьте точку на глобусе и поверните её от источника света: ночь наступит без выключения лампы.

Связь с другими темами

Для понимания смены дня и ночи нужно знать, что Земля имеет форму шара, Солнце служит источником света, а свет распространяется прямолинейно. Эти сведения помогают представить освещённую половину Земли и тень. Если представить Землю плоской или считать, что свет огибает её, причина смены освещения останется непонятной.

Сутки связаны с темами о времени: их делят на часы, а местное время зависит от положения места на Земле. Поскольку разные участки поворачиваются к Солнцу в разное время, полдень и начало нового дня наступают не везде одновременно. Для учёта этих различий используют часовые пояса.

Знание о вращении и освещении Земли пригодится при изучении движения Солнца по небу, часовых поясов и различий в освещённости планеты. Для объяснения смены времён года нужно дополнительно учитывать движение Земли вокруг Солнца и наклон её оси. Поэтому не следует объяснять времена года одним лишь вращением вокруг оси.

Что запомнить

• Солнце освещает примерно половину земного шара.
• На освещённой стороне Земли день, на неосвещённой — ночь.
• Земля вращается вокруг воображаемой оси.
• Смена дня и ночи происходит из-за вращения Земли вокруг своей оси.
• Полный оборот Земли вокруг оси длится примерно сутки.
• День и ночь в разных местах Земли могут наступать в разное время.