自由研究502｜季節でのズレを記録「影を使った日時計の作成と精度検証をしてみよう」

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今回のテーマ

「影を使った日時計の作成と精度検証をしてみよう」

「影を使った日時計の作成と精度検証」は、身近な現象である太陽の光と影を使って、オリジナルの時計を作る自由研究です。

ただ作るだけでなく、季節によって太陽の通り道が変わることで、日時計にどのくらいズレが生じるかを記録・検証することで、地球の公転や地軸の傾きといった、より深い科学的な原理を体験的に理解することができます。

どうして影を使った日時計の作成と精度検証をしてみるの？

現代では、スマートフォンやデジタル時計など、いつでも正確な時刻を知ることができます。しかし、それらがどのように時間を刻んでいるのか、その原理を考える機会はほとんどありません。

この研究では、太古の昔から人々が時間を知るために使ってきた日時計を自分で作ります。影の動きを観察することで、地球と太陽の関係性を肌で感じられます。

さらに、日時計のズレを記録することで、地球が太陽の周りを回っていること（公転）や地軸が傾いていることが、私たちの生活にどのような影響を与えているのかを、具体的なデータとして捉えられます。この研究は、単に時計を作るだけでなく、宇宙の壮大な動きを身近な現象として捉えるための第一歩となるでしょう。

この研究を通じて、以下のような力を身につけることが目標です

日時計を正確に作り、影の位置で時刻がわかるようにすることが最初のゴールです。

作った日時計で、毎日同じ時刻に影がどこを指しているかを記録します。この時、スマートフォンの時刻と日時計の影が示す時刻にどのくらいズレがあるかを調べてみましょう。

なぜズレが生じるのかを調べ、考察します。地球の公転や地軸の傾きについて調べて、記録したデータと結びつけてみましょう。

ある小学生は、夏休み期間中、毎日正午に日時計の影の長さを記録しました。すると、夏休み前半と後半で影の長さが少しずつ変化していることに気がつきました。

この発見から「なぜ影の長さが変わるのだろう？」と疑問を持ち、夏至や冬至について調べ、太陽の高さが季節によって変わることを理解しました。

別の中学生は、夏と冬の2つの時期で日時計の正確さを比較しました。夏は比較的正確な時刻を示していた日時計が、冬になると大きなズレが生じることを発見しました。

この結果から、太陽の通り道が季節によって大きく変わることを突き止めました。この発見は、地球の公転と地軸の傾きが原因であることを明確に示しました。

研究を進めるうえで、以下のポイントに注目しよう！

この研究の肝は、継続的な観察と記録です。毎日同じ時刻に影の位置を記録することで、季節によるズレがはっきりと見えてきます。

日時計の影を作る棒（グノモン）は、地面に対して正確に垂直に立てる必要があります。少しでも傾いていると、正確なデータが取れません。定規や分度器を使って、しっかりと垂直になっているか確認しましょう。

影の位置を記録する際は、スマートフォンのカメラで撮影したり、記録用紙を作成したりすると便利です。記録用紙には、日付、時刻（スマートフォンの時刻）、日時計の示す時刻をメモしておきましょう。

複数の日時計を設置して比較する
北向き、南向き、東向きなど、複数の場所に日時計を設置して、それぞれのズレを比較してみましょう。
緯度や経度の違いを検証する
もし旅行などで別の場所に行けるなら、そこで日時計の記録を取ってみましょう。場所によって影の動きやズレがどう変わるか検証することで、地球の形や自転について深く理解できます。