폰으로 재는 태양 고도 (막대 그림자 · 기울기 센서 · GPS 위도)

Phone: measuring the Sun's altitude (stick shadow, tilt sensor and GPS latitude)

막대 하나와 폰 하나로 오늘 한낮에 해가 얼마나 높이 떴는지 잴 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

막대 그림자의 길이로 해의 높이(태양 고도)를 구할 수 있습니다 — 그림자가 짧을수록 해가 높이 떠 있습니다(남중 고도).

고도는 «막대 높이 ÷ 그림자 길이» 의 아크탄젠트이고, 한낮 고도는 «90° − 위도 + 해의 적위» 로 맞춰 볼 수 있습니다.

지구 자전축이 23.44° 기울어 있어(NASA) 북위 37.57° 의 한낮 고도는 하지 75.9°, 동지 29.0° 사이를 오갑니다.

NASA 에 따르면 에라토스테네스도 두 곳의 해 그림자 각이 7.2° 다른 것을 재어 지구 둘레를 약 40,000 km 로 어림했습니다.

💡 생활 속 예시

  • 학교 운동장 국기 게양대의 그림자도 한낮에 가장 짧아집니다. 그 길이를 계절마다 재 보면 여름에 짧고 겨울에 깁니다.
  • 아파트 거실에 겨울 햇빛이 방 안 깊숙이 들어오는 것은 겨울 한낮 해 높이가 약 29° 로 낮기 때문입니다.

🧪 해 보기

  1. 맑은 날 한낮(정오 무렵) 평평한 마당이나 운동장에 길이를 아는 곧은 막대(예: 1 m 자)를 똑바로 세웁니다.
  2. 그림자 끝에 돌이나 분필로 표시하고, 몇 분마다 다시 표시해 그림자가 가장 짧아지는 때를 찾습니다.
  3. 가장 짧은 그림자의 길이(L)를 줄자로 잽니다.
  4. 이 쪽의 «시작» 을 누르고, 폰의 긴 모서리를 그림자 끝에서 막대 꼭대기로 이어지는 선에 나란히 대어 기울기 센서로 각도를 읽습니다 — 이 각도가 해의 고도입니다.
  5. 폰 지도 앱에서 내 위도를 찾아 시뮬레이터 «위도» 끌개에 넣고, 막대 계산(arctan(h ÷ L)) · 폰 각도 · 시뮬레이터 값을 견줍니다.
  • ⚠️ 해를 눈으로 직접 보지 말고, 폰 카메라 · 안경 · 쌍안경으로도 해를 겨누지 않습니다 — 땅의 그림자만 봅니다.
  • ⚠️ 차도 · 주차장이 아니라 차가 다니지 않는 마당 · 운동장에서 합니다.
  • ⚠️ 기울기 센서 값과 위도는 이 쪽 안에서만 쓰고, 저장하거나 폰 밖으로 보내지 않습니다.
  • ⚠️ 어린이는 어른과 함께 하고, 한여름 한낮에는 모자를 쓰고 물을 챙깁니다.

누가 왜 찾았나

해 그림자로 지구 크기를 잰 사람으로 에라토스테네스가 전해집니다. NASA 에 따르면 그는 두 곳 사이 해의 각도 차이가 7.2° 라는 것을 알아내고, 이로부터 지구 둘레를 약 40,000 km 로 어림했습니다. 막대와 그림자만으로 지구를 잰 셈입니다.

확인된 값

에라토스테네스(Eratosthenes)가 잰 해의 기울기 차 (시에네 – 알렉산드리아)
7.2 ° 출처
에라토스테네스가 어림한 지구 둘레
40000 km 출처
지구 자전축 기울기
23.4 ° 출처
지구 자전축 기울기 (궤도면에 대해 — 시뮬레이터 적위 끌개 끝값)
23.44 ° 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 과학(초등) · 계절의 변화 [6과13-02]
  • 호주 v9 · AC9S7U03
  • 일본 · 中学校 第2分野 (6) 地球と宇宙

출처

이어서 보기

같은 단원 · 기후와 기후 변화

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2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

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