Tutulma deneyi nasıl yapılır? El feneri ve toplarla Güneş ve Ay tutulması

Tutulma deneyi için karanlık bir odada bir el feneri (Güneş), büyük bir top (Dünya) ve küçük bir top (Ay) yeterlidir. Ay topunu fenerle Dünya arasına sokarsanız Güneş tutulmasını, Dünya topunun gölgesine sokarsanız Ay tutulmasını masanızda görürsünüz. Etkinlik 20-30 dakika sürer, 2. sınıftan liseye kadar uyarlanabilir ve sınıfta, evde ya da proje ödevi olarak yapılabilir.

Yaş düzeyi ve süre

İlkokul 2-4. sınıflar gölgeyi gözlemleyip "Ay nerede durunca ne oluyor?" sorusuna cevap arar. 5-8. sınıflar tam ve yarı gölgeyi ayırt eder, ölçekli modeli kurar. Lise düzeyinde Ay'ın yörünge eğikliği ve tutulma mevsimleri tartışılabilir. Çocuk 8 yaşın altındaysa fenerleri ve topları yetişkin tutsun.

Malzeme listesi

• Güçlü bir el feneri ya da telefon el feneri (ışık tek noktadan gelirse gölge keskin olur)
• Tenis topu ya da benzeri bir top (Ay)
• Daha büyük bir top, örneğin plastik top ya da portakal (Dünya)
• Beyaz bir karton ya da duvar (gölgeyi görmek için perde)
• Topları sabitlemek için kalem ya da kürdan, oyun hamuru veya bant
• İsteğe bağlı: iki küçük kürenin ölçekli modeli için 4 cm'lik strafor top, 1 cm'lik boncuk, 1,2 metrelik şerit metre

Güvenlik notu

• El fenerini kimsenin gözüne tutmayın. Güçlü LED'ler gözü rahatsız edebilir.
• Kürdan ve kalemler sivri uçludur; küçük çocuklar yetişkin gözetiminde çalışsın.
• Bu deney Güneş'e bakmayı gerektirmez ve gerek de yoktur. Gerçek bir Güneş tutulmasını izleyecekseniz çıplak gözle, dürbünle ya da teleskopla Güneş'e bakmayın; NASA'nın uyarısına göre tam tutulmanın kısa tam evresi dışında Güneş'e doğrudan bakmak için güvenli güneş gözlüğü (tutulma gözlüğü) gerekir. Sıradan güneş gözlükleri bu iş için güvenli değildir.
• Gerçek bir Ay tutulması ise çıplak gözle güvenle izlenebilir.

Deney 1: Güneş tutulması nasıl olur?

1. Odayı karartın. Feneri masanın bir ucuna, perdeyi (karton ya da duvar) diğer ucuna koyun; ikisi arasında yaklaşık 60-80 cm olsun. Perde burada Dünya yüzeyini temsil eder.
2. Feneri açıp ışığın perdeyi aydınlattığını görün.
3. Ay topunu fenerle perde arasına, ışık yoluna sokun. Perdede bir gölge belirir.
4. Gölgeye dikkatle bakın: ortada koyu bir merkez, çevresinde daha açık bir halka vardır. Koyu merkeze tam gölge (umbra), açık halkaya yarı gölge (penumbra) denir.
5. Topu perdeye yaklaştırıp uzaklaştırın. Perdeye yaklaştıkça gölgenin kenarı keskinleşir; perdeden uzaklaştıkça kenar bulanıklaşır ve yarı gölge genişler.
6. Çocuktan perdede küçük bir noktayı "gözlemci" seçmesini isteyin. Ay topunu önce tam gölge o noktayı örtecek, sonra yalnızca yarı gölge örtecek şekilde yerleştirin.

Gerçekte de böyledir: Ay'ın tam gölgesi Dünya'da yalnızca dar bir şeritten geçer. Gölgenin tam üstünde olanlar Güneş'in tamamen örtüldüğü tam tutulmayı görür; yarı gölge altındaki geniş bölgede ise Güneş'in yalnızca bir kısmı örtülür.

Deney 2: Ay tutulması nasıl olur?

1. Feneri, Dünya topunu ve Ay topunu masada aynı yükseklikte, bir doğru üzerinde dizin: fener – Dünya – Ay.
2. Dünya topunu fenere yakın (örneğin 30 cm), Ay topunu Dünya'nın hemen arkasına (10-15 cm) koyun.
3. Ay topunun üzerinde Dünya'nın gölgesinin geldiğini izleyin. Ay topunu Dünya'nın çevresinde yavaşça gezdirip gölgeye giriş ve çıkışı gözleyin.
4. Dünya topunu fenere yaklaştırıp uzaklaştırarak gölgenin büyüklüğünü değiştirin.

Ay'ın kendi ışığı yoktur; Güneş ışığını yansıtır. Ay tutulması Dünya, Güneş ile Ay'ın arasına girip gölgesini Ay'a düşürdüğünde, yani dolunay evresinde olur.

Neden her ay tutulma olmuyor?

Bu, çocukların en sık sorduğu sorudur ve modelle cevaplanabilir. Ay topunu Dünya topundan yaklaşık 1,2 metre uzağa koyun (4 cm'lik Dünya ve 1 cm'lik Ay için ölçeğe yakın mesafe budur) ve her "ayda" Ay'ı fener-Dünya doğrusunun biraz üstünden ya da altından geçirin.

NASA'ya göre Ay'ın yörüngesi, Dünya'nın Güneş çevresindeki yörünge düzlemine göre yaklaşık 5 derece eğiktir. Bu yüzden Ay çoğu ay Güneş'in üstünden ya da altından geçer ve tutulma olmaz. Bu ölçekli modelde 5 derecelik eğiklik, Ay'ın doğrudan hizadan en çok yaklaşık 10 santimetre sapması demektir; Dünya topu yalnızca 4 cm olduğu için Ay'ın gölgesi çoğu zaman Dünya'nın yanından geçip gider. NASA'nın verdiği sayıya göre bir yılda dört ila yedi tutulma yaşanır.

Çocuklara sorulacak sorular

• Ay topunu fenerden uzaklaştırınca gölgeye ne oldu?
• Güneş tutulması hangi Ay evresinde, Ay tutulması hangi Ay evresinde olur?
• Tam gölgede duran biri ne görür, yarı gölgede duran biri ne görür?
• Fener Güneş gibi çok uzakta olsaydı gölgenin kenarı nasıl değişirdi?
• Modelimiz gerçeğe nerede benziyor, nerede benzemiyor? (Boyutlar ve mesafeler ölçekli değil.)

Bilimsel açıklama

NASA'nın anlattığına göre Güneş'in çapı Ay'ınkinin yaklaşık 400 katıdır, ama Güneş de Ay'dan yaklaşık 400 kat daha uzaktır. Bu tesadüf yüzünden gökyüzünde ikisi neredeyse aynı büyüklükte görünür ve Ay, hizalanma uygun olduğunda Güneş'i tamamen örtebilir. Ay Dünya'dan biraz uzaktaysa Güneş'i tam örtemez ve çevresinde ışıklı bir halka kalır; buna halkalı tutulma denir.

Güneş tutulması yeni ay evresinde, Ay Dünya ile Güneş'in arasındayken olur. Ay tutulması dolunayda, Dünya Güneş ile Ay'ın arasındayken yaşanır. Tam Güneş tutulmasının tam evresi bir yerde en fazla yaklaşık 7,5 dakika sürebilir. Ay tutulmasında Ay tamamen kaybolmaz, genellikle kızıl bir renk alır; çünkü Dünya'nın atmosferinden süzülen kırmızımsı ışık gölgenin içine ulaşır.

Modeliniz bu iki olayın düzenini gösterir. Ancak boyutların ve mesafelerin hepsini birden ölçekli yapmak masaya sığmaz: gerçek Güneş, Dünya'nın yaklaşık 109 katı genişliğindedir ve çok uzaktadır. Bu yüzden modelde gölgenin biçimini gözlemleyin, sayıları ise gerçek değerlerle yan yana yazın.

Ödev olarak sunmak için

Fotoğraf ya da kısa video çekip "malzeme – yapılış – gözlem – sonuç" başlıklarıyla bir poster hazırlayın. Perdedeki tam ve yarı gölgeyi çizip etiketleyin. Fenerle yapılan modelin sınırlarını (ölçek, ışığın boyutu) mutlaka belirtin; öğretmenler bunu genellikle ekstra puanla ödüllendirir. Tutulma gözlemlerinizi tutacağınız bir gökyüzü gözlem defteri de ödevi güçlendirir.

Ay'ın evrelerini de aynı malzemelerle merak edenler için kurabiye ile Ay evreleri etkinliği iyi bir ikinci adımdır. Tutulmaların insanlık tarihindeki yorumlarını merak edenler Güneş tutulmalarının kültürlerde nasıl yorumlandığını okuyabilir.