Durata zilei și înălțimea soarelui deasupra orizontului depind de doi factori: latitudinea geografică a locului și anotimpul. Cauza principală a ambelor este înclinarea axei terestre. Pe această pagină vei găsi scheme vizuale, cele patru date principale ale anului, formula de calcul a înălțimii soarelui, rezolvări de probleme și un quiz interactiv pentru a te verifica.
De ce depinde durata zilei
Durata zilei reprezintă timpul scurs de la răsărit până la apusul soarelui. Pământul efectuează două mișcări: se rotește în jurul axei sale (alternanța zi-noapte) și se deplasează în jurul Soarelui pe parcursul unui an (schimbarea anotimpurilor). Cheia întregului subiect este înclinarea axei terestre: aceasta este înclinată față de perpendiculara pe planul orbitei cu 23,5° și „privește” tot anul spre același punct de pe cer, Steaua Polară.
Datorită acestei înclinări, emisferele sunt expuse pe rând razelor solare. Când emisfera ta este înclinată spre Soare, este vară: soarele urcă sus, ziua este lungă. Când emisfera este înclinată opus, este iarnă: soarele este jos, ziua este scurtă. Dacă axa nu ar fi înclinată, ziua ar fi egală cu noaptea peste tot și mereu, iar anotimpurile ar dispărea.
Solstiții și echinocții: patru date principale
Pe parcursul anului, Pământul trece prin patru puncte cheie ale orbitei. În zilele de echinocțiu, soarele la amiază este la zenit deasupra ecuatorului, iar ziua pe întreaga planetă este egală cu noaptea. În zilele de solstițiu, soarele este la zenit deasupra unuia dintre tropice (latitudinea 23,5°), iar diferența dintre zi și noapte este maximă. Aceste patru date sunt puncte de referință pentru orice problemă pe această temă, fiind util să le știi pe de rost.
Înălțimea soarelui deasupra orizontului iarna și vara
Înălțimea soarelui \(h\) este unghiul dintre planul orizontului și direcția către soare. Aceasta este maximă la amiaza adevărată, când soarele traversează meridianul ceresc (în emisfera nordică, în acel moment, acesta se află exact spre sud).
Vara, arcul soarelui trece sus deasupra orizontului: răsăritul se deplasează spre nord-est, apusul spre nord-vest, iar drumul soarelui pe cer este lung. Iarna, arcul este jos și scurt: răsăritul este la sud-est, apusul la sud-vest. De aici rezultă o legătură directă pe aceeași latitudine: cu cât soarele de amiază este mai sus, cu atât ziua este mai lungă.
Înălțimea soarelui deasupra orizontului: formula
Înălțimea soarelui la amiază se calculează prin latitudinea geografică a locului \(\varphi\):
- în zilele de echinocțiu (21 martie și 23 septembrie): \(h = 90° - \varphi\);
- în ziua solstițiului de vară (22 iunie): \(h = 90° - \varphi + 23,5°\);
- în ziua solstițiului de iarnă (22 decembrie): \(h = 90° - \varphi - 23,5°\).
Forma generală a formulei: \(h = 90° - \varphi + \delta\), unde \(\delta\) este declinația soarelui, distanța sa unghiulară față de ecuatorul ceresc. Pe parcursul anului, declinația se schimbă lin de la \(-23,5°\) (22 decembrie) la \(+23,5°\) (22 iunie), iar la echinocții este egală cu \(0°\).
Două consecințe utile. Dacă calculul dă \(h \le 0°\) — soarele la amiază nu se ridică deasupra orizontului: pe acea latitudine este noapte polară. De asemenea, formula rezolvă problema inversă: măsurând înălțimea soarelui la amiază, se poate determina latitudinea locului — \(\varphi = 90° - h + \delta\). Exact așa s-au orientat navigatorii timp de secole.
Cum se schimbă ziua și înălțimea soarelui la deplasarea de la nord la sud
Întrebare clasică în probleme: ce se întâmplă cu durata zilei și înălțimea soarelui dacă ne deplasăm spre ecuator?
Cu înălțimea soarelui totul este simplu: la deplasarea spre sud (în emisfera nordică) latitudinea scade, iar conform formulei \(h = 90° - \varphi + \delta\), înălțimea la amiază crește în orice anotimp — soarele este întotdeauna mai sus acolo unde este mai aproape de ecuator.
Dar durata zilei se comportă diferit. Iarna, la sud, ziua este mai lungă. Vara — dimpotrivă, este mai scurtă: la latitudini mari, soarele de vară descrie un arc foarte lung și aproape (sau deloc) nu apune — până la ziua polară. Prin urmare, răspunsul la întrebarea „unde este durata zilei mai mare” depinde de anotimp: iarna — mai aproape de ecuator, vara — mai aproape de pol.
| Ne deplasăm spre sud, la ecuator | Iarna | Vara |
|---|---|---|
| Înălțimea soarelui la amiază | crește ↑ | crește ↑ |
| Durata zilei | crește ↑ | scade ↓ |
Exemple de rezolvare a problemelor
Exemplul 1. Calculul înălțimii soarelui după formulă (Moscova)
Problemă: determină înălțimea soarelui la amiază la Moscova (latitudinea 56° lat. N) în zilele de echinocțiu și solstițiu.
Pasul 1. Echinocții (21 martie, 23 septembrie): \(h = 90° - \varphi = 90° - 56° = 34°\).
Pasul 2. Solstițiul de vară (22 iunie): \(h = 90° - 56° + 23,5° = 57,5°\).
Pasul 3. Solstițiul de iarnă (22 decembrie): \(h = 90° - 56° - 23,5° = 10,5°\).
Răspuns: 34°, 57,5° și 10,5°. Observă amplitudinea: în jumătate de an, soarele de amiază la Moscova „coboară” cu aproape 47° — exact dublul înclinării axei terestre.
Exemplul 2. Murmansk și Soci în mai: unde este ziua mai lungă?
Problemă: pe 12 mai la Murmansk (69° lat. N) înălțimea soarelui este 39°, durata zilei 20 h 40 min; la Soci (43° lat. N) — 64° și 14 h 37 min. Explică diferențele.
Pasul 1. Comparăm latitudinile: Murmansk este mult mai la nord decât Soci.
Pasul 2. Înălțimea soarelui: la Soci latitudinea este mai mică, deci soarele este mai sus (64° față de 39°) — acest lucru este valabil în orice anotimp.
Pasul 3. Durata zilei: mai este aproape vară, iar vara ziua este mai lungă la latitudini mari. Murmansk este lângă cercul polar, acolo se apropie ziua polară — 20 h 40 min față de 14 h 37 min la Soci.
Concluzie: vara „soare mai sus” și „zi mai lungă” — nu sunt același lucru: soarele este mai sus la sud, dar ziua este mai lungă la nord.
Exemplul 3. Ordonarea orașelor după durata zilei pe 22 decembrie
Problemă: așază Arhanghelsk (64° lat. N), Moscova (56° lat. N) și Soci (43° lat. N) în ordinea creșterii duratei zilei pe 22 decembrie.
Pasul 1. 22 decembrie — solstițiul de iarnă: iarna ziua este cu atât mai lungă cu cât ești mai aproape de ecuator.
Pasul 2. Ordonăm latitudinile descrescător: Arhanghelsk (64°) → Moscova (56°) → Soci (43°).
Pasul 3. Înseamnă că ziua crește în aceeași ordine: cea mai scurtă la Arhanghelsk, cea mai lungă la Soci.
Răspuns: Arhanghelsk, Moscova, Soci. Verificare prin bun simț: cu cât ești mai la nord iarna, cu atât ești mai aproape de noaptea polară.
Greșeli frecvente
-
Se crede că vara ziua este întotdeauna mai lungă la sud — „că doar e mai cald acolo”.
În cadrul aceleiași emisfere, vara ziua este mai lungă la latitudini MARI, până la ziua polară. La Murmansk, pe 22 iunie, soarele nu apune deloc, iar la Soci ziua are aproximativ 15 ore. Căldura de la sud nu vine de la durata zilei, ci de la înălțimea soarelui: razele sale cad mai aproape de un unghi perpendicular.
-
Explică schimbarea anotimpurilor prin modificarea distanței de la Pământ la Soare.
Orbita Pământului este aproape circulară, iar Pământul este cel mai aproape de Soare la începutul lunii ianuarie — în plină iarnă a emisferei nordice. Cauza anotimpurilor este înclinarea axei terestre cu 23,5°, nu distanța.
-
Confundă direcția: „mai la nord” și „latitudine mare” sunt tratate separat.
În emisfera nordică „mai la nord” = „latitudine mai mare”, „mai aproape de ecuator” = „latitudine mai mică”. Înainte de a compara orașele, scrie-le latitudinile — jumătate din greșeli vor dispărea de la sine.
-
Pierd semnul declinației în formulă: iarna adună 23,5° în loc să scadă.
Reține punctele extreme: 22 iunie declinația +23,5° (soarele mai sus), 22 decembrie −23,5° (mai jos), la echinocții 0°. Verifică răspunsul prin bun simț: înălțimea de iarnă trebuie să fie mai mică decât cea de primăvară.
-
Cred că ziua polară înseamnă soarele la zenit deasupra polului.
În timpul zilei polare, soarele pur și simplu nu coboară sub orizont, dar circulă JOS deasupra acestuia. Peste 23,5° latitudine, zenitul este imposibil în principiu: soarele este la zenit doar între tropice.
Întrebări și răspunsuri
De ce depinde durata zilei?
De latitudinea geografică a locului și de anotimp. Cauza principală este înclinarea axei terestre cu 23,5°: din cauza ei, emisferele se înclină pe rând spre Soare, schimbând durata zilei și înălțimea soarelui pe parcursul anului. La ecuator ziua este mereu de aproximativ 12 ore, iar cu cât mergi mai spre poli, cu atât fluctuațiile anuale sunt mai mari.
Unde este durata zilei mai mare?
Depinde de anotimp. Iarna ziua este mai lungă aproape de ecuator, vara — aproape de pol (până la ziua polară dincolo de cercul polar). În zilele de echinocțiu, 21 martie și 23 septembrie, ziua este peste tot aproximativ egală cu 12 ore.
Cum se schimbă înălțimea soarelui iarna?
Înălțimea la amiază a soarelui scade de la echinocțiul de toamnă până la 22 decembrie și crește din nou spre primăvară. Iarna soarele este mai jos decât vara cu dublul înclinării axei — cu 47°. La deplasarea spre sud, soarele de iarnă urcă mai sus: în februarie, la Murmansk, înălțimea la amiază este de aproximativ 8°, iar la Soci — aproximativ 34°.
Cum sunt legate latitudinea și înălțimea soarelui?
Cu cât latitudinea este mai mare (cu cât ești mai departe de ecuator), cu atât soarele la amiază este mai jos. Legătura exactă este dată de formula h = 90° − φ + δ, unde φ este latitudinea, iar δ este declinația soarelui. De aceea, prin înălțimea măsurată a soarelui se poate calcula latitudinea — metodă folosită de mult timp de navigatori.
După ce formulă se află înălțimea soarelui deasupra orizontului?
În zilele de echinocțiu h = 90° − φ. La solstiții, la rezultat se adaugă (vară) sau se scade (iarnă) înclinarea axei de 23,5°. Scrierea universală: h = 90° − φ + δ, unde declinația δ se schimbă pe parcursul anului de la −23,5° la +23,5°.
Ce sunt ziua polară și noaptea polară?
Sunt perioade în care soarele nu apune sub orizont mai mult de 24 de ore (zi polară) sau nu răsare (noapte polară). Se observă dincolo de cercurile polare — pe latitudini de peste 66,5°. Chiar la pol, atât ziua, cât și noaptea durează aproape câte jumătate de an.
