XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Знай минутам цену, секундам счет
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ.
Проблема.
Во все времена человечество задавалось вопросом - что такое время? И каждая эпоха имеет свое представление о значении времени, способах его измерения и возможностях использования. У каждого человека есть личное восприятие времени и различное отношение к нему: у кого-то время течет, бежит и летит, у других тянется, ползёт, ускользает... Современные средства измерения времени работают безотказно и удивительно точно, но они никогда не смогут вернуть назад ни один миг.
Актуальность.
Проектная работа направлена на систематизацию информации о времени в различные периоды – теории, открытия и развитие измерителей времени. Проведение простейших экспериментов позволит освоить навыки восприятия времени. Практические способы по определению времени помогут получить ответ «который час» без использования часов (по солнцу).
Цель.
Целью данной работы является комплексное изучение понятия времени, развитие практических навыков по определению времени и восприятию временных интервалов.
Задачи.
изучить понятия о времени, измерители времени по видам;
научиться определять время без часов;
развить навыки восприятия времени и рационального его использования.
Методы исследования.
Сбор, систематизация и изучение литературы и электронных источников.
Организация и проведение опытов по восприятию времени среди учащихся гимназии.
Использование практического устройства для измерения времени по солнцу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА.
Данный проект направлен на раскрытие возможностей по определению времени, на освоение навыков точного восприятия времени, на развитие бережного и рационального использования времени на собственное развитие и пользу обществу.
Этапы реализации проекта.
1. подготовительный (организационный)
определена тема проектной работы;
собрана и изучена информация по теме;
выделена наиболее значимая информация.
2. основной
сборка устройства по определению времени по солнцу.
проведение наблюдений по солнечным часам.
проведение исследования «индивидуальная минута».
3. завершающий
заключение по итогам работы.
Ресурсы.
|
№ |
Необходимый материал |
Кол-во |
Цена |
|
1. |
Солнечные часы |
1 |
|
|
2. |
Компас |
1 |
385 |
|
3. |
Секундомер |
1 |
|
|
4. |
Анкетный материал |
1 |
|
|
Итого |
Ожидаемый результат.
Систематизация знаний о времени, устройствах измерения времени.
Развитие чувства времени.
Ценностное отношение ко времени.
Умение определять время без часов.
ЗНАЙ МИНУТАМ ЦЕНУ, МИНУТАМ СЧЁТ.
Концепции времени.
Тема времени актуальна и сейчас, т.к. до сих пор нет единого понятия и определения категории времени. Все взгляды и учения философов и учёных-физиков за последние 3000 лет укладываются в четыре основные концепции: субстанциальную, статическую, динамическую и реляционную.
Субстанциальная концепция рассматривает время как ни от чего не зависящую, но на всё влияющую категорию; первичную в такой же мере, как материя или пространство. Время существует само по себе, отдельно от пространства и любых материальных объектов в мире. Все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени, поэтому его называют абсолютным. Первопроходцами этой концепции являются Демокрит, Ньютон и др.
Сторонники статической концепции утверждают, что во Вселенной (или её части) одновременно существуют время настоящее, время прошлое и время будущее. А представление о длительности конкретных событий – это иллюзия, возникающая в момент осознания того или иного изменения.
Динамическая концепция предполагает, что существуют события только настоящего времени («прошлого уже нет, будущего ещё нет»).
Реляционная концепция считает время отношением между физическими событиями (явлениями) [7], т.е. время связано с материей. Философ Платон развил принцип цикличности времени (годичный и суточный цикл, цикл обращения Луны) – все в мире повторяется через некоторые промежутки времени, то есть идет по кругу. В 1905 году по теории относительности Эйнштейна время стало величиной относительной. В 1908 году немецкий ученый Г. Минковский ввел новое понятие пространство—время, которые отражают сосуществование вещей и явлений, процессы развития и смены их друг другом, длительность их существования.
Еще одна концепция утверждает, что времени вообще нет, что время – это абстракция, придуманная людьми для измерения длительности событий.
С психологической точки зрения«чистое время» это динамичный и активный поток событий – поток самой жизни. Это время переживается непосредственно, и внутри него возможно действовать свободно. [4]. Принято считать, что прошлое – позади, будущее – впереди, и нам кажется это логичным.
Система измерения времени.
В традиционных культурах и религиозных течениях всегда главенствовали представления о цикличности времени, что отразилось в круговом движении стрелок часов. Существующая система измерения времени досталась нам от двух величайших древних цивилизаций – Египта и Междуречья. Именно египтяне в основу своего исчисления положили число 12 - день делился на 12 частей (время от восхода солнца до заката), и на 12 частей делилась ночь.
Жители Вавилона основывали свою систему счета на 60. Ученые античности поделили круг на 6 частей по 60, то есть 360 градусов, каждый из которых разбивался еще на 60 «первых мелких частей». Слово «минута» произошло от латинского «мелкий», а секунда – от слова «второй». Несколько столетий час оставался самой мелкой единицей измерения времени. Только когда человек изобрел часы, которые позволяли отмерять более мелкие временные градации, из сферы геометрии и географии, были позаимствованы секунды и минуты.
Надо сказать, что люди далеко не сразу договорились начинать отсчет времени с полуночи. В XIV веке продолжали сосуществовать разные системы отсчета: итальянские сутки начинались с заходом Солнца, вавилонские — с рассветом, германские — в полночь. Привычная для нас система деления суток на два 12-часовых периода, с началом первого — в полночь и второго — в полдень, была предложена французами и сразу же пришлась по вкусу европейцам.
Египетские жрецы разработали календарь, похожий на современный европейский: год, состоявший из 365 суток, они разделили на 12 месяцев по 30 дней, а в конце года добавляли 5 дополнительных дней. У этого календаря был недостаток: на самом деле в году не ровно 365, а около 365 с четвертью суток, и из таких четвертушек за 4 года накапливались целые сутки. В 46 году до н.э. Гай Юлий Цезарь предписал в каждом четвертом, високосном, году считать 366 дней. Но попытки усовершенствовать систему летосчисления не прекращаются, и по сей день, так в ООН продолжается работа над универсальным Всемирным календарем. [1]
Летнее и зимнее время.
Все знают, что существует летнее и зимнее время. Но сначала разберем понятия - астрономическое и поясное время.
Астрономическое время — это время, которое можно определить по солнцу. Оно считается самым благоприятным для здоровья человека, ведь у нашего организма есть внутренний ритм, который меняется в течение суток в зависимости от освещенности и температуры воздуха.
В XIX веке люди решили разделить поверхность Земли на 24 часовых пояса – поясное время. В каждой из этих 24-х зон с тех пор действует свое время, которое отличается от времени соседней зоны на один час. При этом счет поясов принято вести с запада на восток, начиная с нулевого, срединным меридианом которого является Гринвичский.
Поясное время в народе принято называть зимним. Термин «зимнее время» не является официальным и используется только в тех странах, которые переходят на летнее время. Летним называют время, которое вводится некоторыми странами на летний период и опережает стандартное (зимнее) время на один час. Летнее время начинается в последнее воскресенье марта, а заканчивается в последнее воскресенье октября. Впервые часы были переведены на сезонное время в Первую мировую войну. Немцы, переводя часы, решили экономить энергоресурсы.
В октябре 2014г. Россия отказалась от летнего времени и мы перешли на «постоянное зимнее время». Однако наше «зимнее время» — это вовсе не поясное время. Это так называемое декретное время (то есть поясное время плюс один час), принятое в 1930г. В России 11 часовых поясов, наиболее ранней временной зоной в России является Калининградская область.
Устройства для измерения времени.
Основное применение часов – ориентация в течение суток. При помощи часов можно планировать свою деятельность, измерять длительность различных событий, т.е. вести учет количества прошедших эталонных событий.
Первый простейший прибор для измерения времени — солнечные часы — был изобретен в Вавилоне 3,5 тысячи лет назад. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне — циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. [1]. Устройство солнечных часов основано на постоянном, равномерном вращении Земли вокруг оси. Минусом подобных часов являлся тот факт, что ночью и в пасмурную погоду они бездействовали, и их нельзя было брать с собой. Приложение 1.
Водяные часы – клепсидра – это металлический или глиняный, а позже — стеклянный сосуд, который наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час. [1]. Они появились тоже в Египте около 16 века до н.э. Точность отчета времени была невысокой, т.к. вода вытекала неравномерно: чем выше был уровень воды в сосуде, тем быстрее она вытекала. Также в холодную погоду вода замерзала, кроме того, их нельзя было перевозить.
В древние времена пользовались также огневыми часами (родина Китай). Принцип действия: спираль из горючего материала укрепляли на стержне над тарелкой. На определенном расстоянии один от другого в спираль были встроены металлические шарики, которые по мере сгорания спирали падали, отбивая время. Разновидностью огневых часов в Европе стали свечи, на которые равномерно наносили метки, служившие единицей времени.
Первые песочные часы появились сравнительно недавно — всего тысячу лет назад. Они состояли из двух сообщающихся сосудов, закрепленных в деревянной оправе. Принцип работы - точно откалиброванный речной песок проходит через узкое отверстие, из одного сосуда в другой за определенное количество времени. Можно было отмерять отрезки времени от пятнадцати минут до нескольких часов. Недостаток - часы постоянно приходилось переворачивать.
В качестве источника энергии в первых механических часах использовалась опускающаяся гиря. Более точно такие часы стали определять время, когда стали использовать маятник (1657г.). С течением времени маятниковые часы совершенствовались – появились часы с заводной пружиной, настольные, настенные, с двумя и тремя стрелками (часовая, минутная, секундная). Переносные часы появились с изобретением колебательной системы баланс-спираль, что позволило уменьшить размеры часов и впоследствии создать карманные часы, а в конце 19 века – наручные.
К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше. Морские часы были изготовлены в 1735 году и совершенствовались до 1773 года. Испытывал хронометр капитан Джеймс Кук, в судовом журнале он написал: «Верному другу — часам, нашему проводнику, который никогда не подводит». Так понятия «навигация» и «время» стали неразлучны. [1]
На стадии развития электрических часов электроэнергия служила для завода механического ведущего устройства (груза или пружины). В 1840г. был получен патент на электрические часы, где обычные механические часы приводились в действие пружиной, зато индикатор времени был основан на суммировании электрических импульсов, подаваемых маятником часов. [1]
Кварцевые часы. В 1927 году американские ученые построили кварцевый эталонный генератор частоты с кварцевой пластинкой.
Во второй половине ХХ века пришла пора часов электронных. В них место электрического контакта занял транзистор, а в роли маятника выступил кварцевый резонатор. Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время нашей жизни. [1]
В 1949 году были построены первые атомные часы, в которых ход часов определяется частотой собственных колебаний молекул или атомов какого-либо вещества (аммиак, цезий и пр.). Частота колебаний молекул или атомов постоянна и не зависит от внешних условий, погрешность атомных часов меньше, чем одна секунда с течение тысячи лет.
Умные часы Apple Watch носят на запястье, поэтому с их помощью можно делать то, что недоступно другим устройствам – показывают активность в течение дня, измеряют пульс, уровень кислорода в крови. ЭКГ, отвечать на звонки, слушать музыку - просто взглянув на дисплей.
Восприятие времени. Факты. Исследование. Наблюдения.
Временные промежутки определяются ритмическими процессами, происходящими в организме человека – это ритм в работе сердца, ритмичное дыхание, ритмичный характер ежедневной жизни. При восприятии времени обнаруживается склонность преувеличивать небольшие и преуменьшать большие промежутки времени. Точному восприятию времени поддаются лишь короткие временные интервалы за счет слуховых и двигательных ощущений. Восприятие времени - отражение длительности и последовательности явлений и событий.
Если время в прошлом насыщено переживаниями, деятельностью, то оно вспоминается как более продолжительное, а периоды жизни с малоинтересными и однообразными событиями, вспоминаются как быстро прошедшие. Детям кажется, что время течет медленно, а взрослые поражаются, как быстро оно летит.
При любой угрозе жизни происходит субъективное замедление времени, т.к. мозг быстро анализирует процессы в организме и параметры, необходимые для выживания. Время в очереди тянется бесконечно потому, что мы вынуждены сосредоточить внимание на единственном процессе, который к тому же нас не интересует, - ожидании. [3]
Чувство времени - это умение правильно оценить время - оно есть у любого человека с разной степенью развитости. Для того чтобы повысить точность своих внутренних часов можно выполнять специальные упражнения. Приложение 2.
Любопытные факты о времени.
В Китае солнце восходит в течение дня неоднократно. ВКитае пять временных зон, но эта страна живет по единому времени, принятому в 1949г.
Раньше день был короче, зато год – длиннее. На самом деле день сегодня длится не 24 часа, а на 30 секунд дольше. И это зависит от вращения Земли. 600 миллионов лет назад Земля вращалась быстрее, и поэтому сутки длились всего 22 часа, а год - почти 400 дней.
Длительность недели выбрана произвольно. За год Земля один раз обращается вокруг Солнца. За месяц Луна один раз облетает Землю. Неделя - временной отрезок, который не опирается на астрономические наблюдения.
Одни живут по лунному календарю, а другие по солнечному. Мусульманский (лунный) календарь начали вести в 622 году н.э., в нем 354 дня. Юлианский календарь - солнечный, в нем 365,25 дня, поэтому появился високосный год.
Год в Юлианском календаре был на 11 минут длиннее. Поэтому папа Григорий XIII установил, что только каждый первый год нового столетия может быть високосным годом, если он делится на 400 (1600 и 2000 годы). А в годах 1800 и 1900, день високосного года отменялся. Приложение 3.
Если в мире вдруг сломаются все часы, то люди собьются с общего ритма жизни, и никуда не будут успевать, потому что каждый житель нашей планеты чувствует время по-своему. Оно измеряется «индивидуальной минутой».
Чтобы определить свою «индивидуальную минуту», надо взять секундомер и нажать на кнопку запуска стрелки. Отведя взгляд начать отсчитывать 60 секунд. Закончив – посмотреть, сколько времени прошло на самом деле. Доказана связь «индивидуальной минуты» с уровнем стресса, процессами возбуждения и торможения в нервной системе.
Такое исследование я провел среди своих одноклассников и ребят по кружкам – всего прошли тест 63 ребенка. Я получил следующие результаты:
45% опрошенных показали результат в промежутке 50-65 секунд – ребята совсем немного ошибаются в определении настоящей минуты, у них хорошая адаптация к различным нагрузкам (физическим и психическим).
35% респондентов показали результат 40-50 секунд – это говорит о снижении способности к адаптации к различным обстоятельствам. Ребятам рекомендованы упражнения для повышения точности внутренних часов.
20% показали результат 30-40 секунд – в данный момент это говорит о стрессе, плохой переносимости даже физической нагрузки. Ребятам рекомендовано больше отдыхать, пораньше ложиться спать, гулять на свежем воздухе и выполнять упражнения для повышения точности своих внутренних часов.
0% - 22-30 секунд – время нескончаемо тянется для людей психически неуравновешенных. Приложение 4.
В процессе работы над проектом меня заинтересовала возможность определения времени по солнечным часам, свои наблюдения я начал проводить летом и продолжаю сейчас в солнечные осенние дни.
В качестве инструмента для определения времени я приобрел модель солнечных часов. Принцип работы таких часов состоит в определении времени по направлению движения тени, которым пользуются уже многие тысячи лет.
М
По карте определяем координаты нашей местности: 55° северной широты и 52° восточной долготы – эти параметры устанавливаем на модели. Верхний (маленький) циферблат поворачиваем, пока стрелка (12ч) не совпадет с показателем нашей долготы. Ось должна быть направлена точно на север.
одель солнечных часов состоит из: основания с компасом, дуги широты, диска долготы, оси и двухстороннего циферблата весна/лето и осень/зима.
В период с весеннего равноденствия (20 марта) до осеннего равноденствия (23 сентября) солнце всегда на северной стороне относительно экватора (условная линия, которая проходит через центр Земли и делит земной шар на северное и южное полушарие) и тень от оси падает на лицевую часть циферблата.
11,08,22г.
В период с осеннего равноденствия (23 сентября) до весеннего равноденствия (20 марта) солнце переходит на южную сторону, и тень от оси падает на обратную сторону циферблата.
27,09,22г.
Благодаря своей модели, которую нужно правильно настроить по широте, долготе и направлению оси на север, я научился определять время по солнцу – мои наблюдения показали, что тень двигается вместе с течением времени словно стрелка на современных часах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Его нельзя ни услышать, ни пощупать. Оно то замирает, то бежит, то летит, не давая опомниться… Это всё – время.
Человеческое восприятие времени – вещь субъективная, для времени в человеческом организме специального органа чувств нет.
Насколько длинна одна минута? Тот, кто не смотрит на часы или не считает секунды в уме, с большой долей вероятности ошибётся в оценке протекшего времени. Для одних минута покажется прошедшей через 40 секунд, для других же – через 70 секунд. Что подтвердилось результатами проведенного исследования среди сверстников.
С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть, измерить его с помощью различных устройств. В летний и осенний периоды я наблюдал за временем с помощью солнечных часов. При правильном подходе в установке всех параметров, солнечные часы показывали точное время, благодаря чему я ощущал себя почти что ученым.
Время руководит всей нашей жизнью, и нам вечно его не хватает. Научившись чувствовать время, вы обеспечите себе годы стабильной и успешной жизни. Научиться чувствовать время, значит сделать большой шаг в саморазвитии, личностном росте и самопонимании.
Тема времени и его свойств остается актуальной и в 21 веке. Как, когда и почему появилось время, откуда «втекает» его поток, из чего он состоит – вот проблемы, для которых не найдено решений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Закон четвертого измерения. Публикации. Вокруг света. www.vokrugsveta.ru/vs/article/300/ - свободный доступ.
Как развить чувство времени? www.kak-bog.ru/kak-razvit-chuvstvo-vremeni - свободный доступ.
Кустова М. Всему свое время, журнал ММ. Машины и механизмы, №12 (99), декабрь 2013, стр 21, 24.
Новиков Ю.Ю. Концепция времени в философии Бергсона, журнал Пространство и время, №1 (3), 2011, стр. 63.
Роберт Мэтьюс. Невероятная правда о природе времени. Журнал наука в фокусе, окт. 2013, стр. 30.
Время. www.gtmarket.ru/concepts/6947
Основные концепции времени в XX веке. С.Л. Громова. www.cyberleninka.ru/article/n/osnovnye-kontseptsii-vremeni-v-xx-veke/viewer - свободный доступ.
Время как субстанция. Романенко В.А. www.scienceproblems.ru/vremja-kak-substantsija.html - свободный доступ.
С.Л. Громова.Основные свойства времени. www.cyberleninka.ru/article/n/osnovnye-svoystva-vremeni/viewer - свободный доступ.
www.rzd-resort.ru – свободный доступ.