Sci. Bull. Fac. Ednc., Nagasaki Univ., No.27 pp.197-215 (1976) 197
Untersuchung über die Bestrahlung auf irgendeiner schiefen Ebene für die Zeitdauer länger als ein Tag.
Takao Sato
Fakültät von Erziehung, Nagasaki Universität
Ubersicht
Für die Berechnung des Sonnenscheindauers beziehungsweise der Bestrahlung auf einer beliebig geneigten Ebene für die Zeitdauer langer als ein Tag muß man vier fundamentale Formeln(5), (6), (7), (8)zu vier leicht integrierbaren Formeln bezogen auf die Sonnenlange verwandeln.
1 Problem-Stellung
Es sei nunw die mittlere Bestrahlungs-Starke für eine Minute auf irgendeinem Breitenkreis. Dann ist der Wert für einen Tag auf irgendeinem Punkt auf jenem Breitenkreis.
W W T (1)
Deshalb wird der Wert fürm Tage
Wm=-. (2)
,hierbei t1 der Zeitpunkt der unteren Kulmination der Sonne in erstem Tag ist.
Bezeichnet man sogar der Abstand zwischen Erde und Sonne in einer astronomischen Einheit mit p, die Sonnenlange mit x,, die Exzentrizitat mit P und ein Jahr mit T, dann ist
offenbar
(3) Folglich hat man
Wm=
,hier ist{ }irgendeins von vier fundamentalen Formeln, sind. Das heißt :
die in Reference 1 angegeben
198 Takao Sato
2 sinasin8 • Ih +2 cosa cos8 sinro (5)
(to +11.0 —A)sina sin 8+cos a cos8 • (sin (to —A) +siniko) (6) 2 (lr 0 ± t O - 7r) sina sinb+ 2 (sin Ito +sin to cosA)cosa cos 8 (7)
2 to sina sina+ 2 cosa cos8 sin to cos A (8)
Zur Umreohnung von diesen Formeln muß man derartig so verwandeln, daß man diese leicht integrieren kann, bezogen auf X.
'Nun setzen wir cos t
o = —tgg) tg8, cos —tga tg8 (9)
und weiter n = tg k= sin E, p = tga (10)
Dann wird
und daraus in 8=k sin, (11)
cos to = —ntga, cos = —p tg8 (12)
sin'tko =1/1— (1 + p 2)sin 2 8/cos 8 (13)
cos Uhilka =1/1— (1 +p2)sin28 (14)
Die letztere Formel laßt sich entwickeln, wenn (1 +p2)sin28 <1
Da aber (1+p2)sin28=sec2asin28 (15)
,so ist die Bedingung der Entwicklung
— (16)
Der Erfolg wird nun mit
111 cos 8 sin*
0 = 1 —2—(1+p2)k2sin2X--(1+p2)2k4sin4X--(1+p2) 2324 3k6sin6x
—1.3.5.2 m • (2m-2)k2rnsin2mX(1+132)m— M! (17)
Nun folgt1(—ptg8) =-2--+ sin- (p.tg8) (18)
Es laßt sich entwickeln solange-1<ptg8<lfolgendermassen.
..—-1-ptg8+-2--•tg8+-j3 113313„g •t8+
(2m) v.+ 1 tg62m+ 1
22m• (m!) 2 • (2m±1)(19)
Da aber
tg8 = sin 8
V—cos28=ksinX (1 — k2sin2x,)-+(20) ,so folgt
osin8 = 2—7rksinX+ pk 2sin 2 x(1— k 2 sin 2 X) -+
Untersuchung Uber die Bestrahiung auf ivgendeiner schiefen Ebene für die 199 zeitdauer länger als ein tag.
1 •1 -1)3 k4 sin4X (1 —k2sin2X) 3 +
(2m-2)! P2m-1 2m-1
+
22m-2 ((rn_i)/) 2 2m —1k2ln sinuax (1 —k2Sin2X) 2
+22m (2 •(1110 2 2m+1m)!p2m+12m+1 k2.+2sinz.+2x(i_kzsinzxy2
(21)
P sin8 + cos 8 sin o =-7`2pksinX+E am k2m Sin2mX (22
,hierin
ao=1
1 a l---2(1+P2)+P2
111
a2-_„, 22 (1 +p2)2+n2+1-14 .2!\'2"23'-
1.3 (,P2
)31.31 3_4j_1•3•1,
a3—22 .3!"-22.2r2.3.21'2.4. 5P
1.3. 51.3. 513.5
a 4=-24
.4!(1+p2) 4+22.3!P2+2.3•22.2!p4
1.3 • 151.3.51 .n6+ . (23)
2.4 5 2'2.4.6 7'
Weiter das allgemeine Glied zu ausdrücken ist das folgende Verfahren empfehlich.
Das erste Glied ist naturlich der Koeffizient vonk2m sin2mx, welches aus (17) sich entsteht. Das zweite und weitere stammen aus (21).
Nun fur Kurz setzen wir
(24) ,so folgt bei Km
1 3
pe.o sin3'2't2 71. (1 _12)1—32+•____1n4 t4 (1___12) +
21-1
!p21—2 • t21 • (1 —t2) +
221-2 • Ge 1).0 2 22-1
21+1
2/ (22 )! P21±2 (2E+1) t2.1+(21 .—t2)- +
2•(V) 2
200 . Takao -Sato
_2m+1
+2'(m!)
(2m)!2P2m+2(2m+1) •2m+2
••• t • (1 —42)(25) 2 Da am der Koeffizient von tm ist, so wird das letzte Glied von am
(2m-2)! P2m
22m-2 ((m— 1).02 • 2m-1(26)
Zur Ausdrucken des allgemein enGliedes, ist es. nur nötig den Koeffizient von t2m-1 aus der Serie
(1-12)-2111 •
, die in dem t2' einschließenden Glied sich befindet, zu suchen. Das heißt (1 —t2)-n—l+nt2+ (-11)(-n-1) 2!! (-t2)2+(-n)(-n-31)(-n-2) ( t2) 3
+ (- - 1) (q!n-2)--(-n-q+1)( t2)q
=E ( -n) ( n 1) ( n q+1)( t2)q (27) q=0Cl!
, wobei setzen wir nun
q=m—e, n=22-1 2
und sogar mußen wir jeden Koeffizient in dem t2' einschließenden Glied, aussch- ließlich (1- t2) ,multiplizieren. Folglich
(22 -2)! P2/ t2t .t2m-2t(-1)m-1 (22-1\( 22-1..)(22-1
221-2 (U— 1).02 22-1(m-2)!• \ 2I2 -I- 2
(22
2-1m+2+1) (22-2)!
1-.P2' • t2m ( —1) 2m-21(2i-1(22+4(22+3...(22-3+2(m-2)) 222 • ((i —1) .02•2.2- 1 (m 2) ! \ 2 )\ 2I\ 2 /2
(22-2)!p21t2m 1 (2e-1)(22+1)(22+3)-•(2m-3) —
2"-2 • (i —1) !(Q-1) ! • 2i - 1 • (m- ! •
(22-2) ! 1 1 (22-1).22.(22+1)(22+2)•-(2m-3)(2m-2)
-
2m+1-2 • (22-1) • (m-2)! • ((2-1)!) 2 • 22(22+2) (2m-2)
p2t t2m (2m-2) !
• (22-1) • (m-2)! - 1) ! 2 • 2's • 2(2+1) ( .2- 2) (m -1)
1 1 1 1 (2m-2)! ,21tym
22m-2 • 22-1 • (m-2)! • (.2- 1) ! •Cm-1)! • •(28)
Das ist denn das allgemeine Glied von am. Das letzte Glied von am (26) laßt sich
ausdrucken, indem man in dem Koeffizient vont2m, i-m setzt, und sogar der aus (17)
sich ergebende Koeffizient laßt sich folgendermassen umschreiben.
Untersuchung Uber die Bestrahiung auf ivgendeiner schiefen Ebene für die
zeitdauer länger als ein tag. 201
_1.3.5. (2m-3)2 (2m-3) (2m-2)
2m • m!+P"--2m"
(2m - 2)!(2m -2)!
2m • m! • 2m-1 • (m-1)!(14-P2)m-22'1 • m I (m-1)+P" (29)
Dann ist der Ausdruck von am folgendermassen geschrieben (2m-2)
-
22,1m (m-1) ! (1 +p2)m+
mz1 1111 (2m -2)!
,24_ (2m -2)! p2m
t ---122m-2•22-1•(M-0!(E-1)!•(m--1)!22m-2•[(M-1).1)2•2m-1
(2m-2)! 2\ •(2m-2)!m11 1 p2/
--
22m-1.m./- 1)!"m"P22m-2h2E-1•(m-4!•-!• (rn-! (3°)
ao
--1
2-(1+p2)+p2
2! a 2==23
.2.1.1!(1+p2)2+22p2+222!.3p4
(.14_ 4! 7,2+24 4! r,4, 4! n
a3- 25
.3! 2!s-+P2-324.2! 2!.3.2.1'424.5.2! 2.16'- 6! .4._6!6! a4- -
274!3"(1P2»26.1.3! 0! 3!/32+ 26.3.2! 1! 3r426.5.1! 2! 3!P6+ 26.7.0! 3! 3!138
82,88! ( p2 p4 + p6 7,8+
4!p1 °/
a5=29
.5! 4.1(1+p)+28.4!1.4! 0!3.3! 1!5.2! 2!7.1! 3r9.0! 4!
10! (14 ..,2) 6+ 10! ( 1 n2+ n4+ p6
a6=-211
.6! 5!21°.5!1.510r3.4! 1!"5.3! 2!
17,84 _1 ni 04_ 1
7.2! 3r9.1! 4!'11.0! 5!"/
12!^12! ( 1 T,2 _4_ 1 "44 ps
a7et 2"6!1.6! . OP'3.5!1."5.4! 2!
17„84 _ 1 niO4_ n1.2.4_ 1 n14)
+7
.3! 3IF9.2! 4!"11.1! 5!"13.0! 6!'
14! (14_p2)8+ 14! ( 1 ,24_ rd+ p6+ p8
a8,_. 215
.8!7.1214.7!k1.7! Or3.6!5.5! 2!7.4! 3!
1 ni 0 1 n124 . 1 nI,44 1 n16)
+9
.3! 4!"11.2! 5!"13.1! 6!'15.0! 7!"
202 Täkao Sato 16!
ao--(1+1)2)9+21.66 2179!8!1.8! .( 1 p2+ 0!3.7! 1r,4+5.6! 2!'7.5! n6+ n 3!8'
1"io4. 1 ,124. 1 ,04.4_ 1 „16.4_ 1 nis)
+9 .4! 4!' 11.3! 51' 13.2! 6!'15.1! 7!'17.0! 8!'
18!1! (1 n , ,
ai0=
219.10! 9/(14_p2)10+ 218.89!\1.9! Or2+3! lr4+5.7! 2!'8+7.6! 3r
1 n10, 1 n12 _1_ 1 fo.4 1 n16 +
9.5! 4rs11.4! 5!'13.3! 61'15.2! 7!'
1ol8+ 1
+17.1! 81-19.0! 9!P20) (31)
Nun in (22) laßt sich sin2mx folgendermassen umschreiben :
1 m
sin2mX= 2m)+2 .-1m—E( —1)s (2ms)cos2sx} (32)
, so folgt
•