Gainotti, Modelli Dentro le scienze integrate © Zanichelli editore
2011
Alba Gainotti Alessandra Modelli
Dentro le scienze
integrate
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2011
Sez. A
La Terra nello
spazio
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2011
Il Pianeta Terra
UNITÀ A2
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2011
La forma della Terra
Nell’antica Grecia il filosofo Talete sosteneva che la Terra fosse un
disco galleggiante sull’acqua.
Anassimandro, riteneva fosse di forma cilindrica.
Pitagora pensava che il nostro pianeta avesse una forma geometrica
perfetta, ossia una forma sferica.
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La forma della Terra
Aristotele apportò due argomenti concreti a favore della sfericità
della Terra:
1. l’ombra che la Terra proietta sulla Luna durante le eclissi ha
sempre forma circolare;
2. un viaggiatore che si sposta verso sud osserva stelle sempre
differenti; l’altezza sull’orizzonte della Stella Polare diminuisce a
mano a mano che ci si sposta più a sud.
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La forma della Terra
La Terra non è perfettamente sferica: è leggermente schiacciata ai
Poli e rigonfia all’Equatore.
La figura geometrica regolare che più
si avvicina alla forma della Terra è
l’ellissoide di rotazione, il solido
geometrico che si ottiene facendo
ruotare un’ellissi attorno all’asse
passante per i Poli.
Il raggio polare misura 6357 km,
quello equatoriale 6378 km: tra i due
valori c’è una differenza di soli 21 km.
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2011
Lo schiacciamento polare è dovuto
alla forza centrifuga
La causa dello schiacciamento
polare è il moto di rotazione della
Terra attorno al suo asse.
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Carta di identità della Terra
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I moti della Terra: la rotazione
Dalla Terra vediamo il Sole e le stelle compiere dei moti che non
avvengono realmente, ma che sono conseguenze dei moti reali del
nostro pianeta: tali moti sono detti apparenti.
Il moto apparente delle stelle: dalla Terra si ha l’impressione che sia il
cielo stellato a girare, compiendo una rotazione che si completa in
24 ore.
La Stella Polare è l’unica che appare immobile
nel cielo, trovandosi sul prolungamento
dell’asse di rotazione terrestre.
Tutte le altre stelle sembrano ruotare
attorno alla Stella Polare.
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Il moto apparente del Sole
Per chi abita le nostre regioni il Sole, nell’arco delle 24 ore, spunta
dall’orizzonte, s’innalza, descrive un arco nel cielo e tramonta.
Quando raggiunge la massima altezza rispetto all’orizzonte è in
culminazione. In quell’istante è il mezzogiorno vero
(o astronomico).
Quando il Sole scende al di sotto
dell’orizzonte inizia la notte.
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L’alternarsi del dì e della notte
La conseguenza della rotazione terrestre è l’alternarsi del dì e della
notte.
A causa del moto di rotazione della Terra, a ogni istante delle 24 ore c’è
una metà della Terra che è esposta al Sole e un’altra metà che si trova
al buio.
Il passaggio dal buio alla luce e viceversa non è brusco: la diffusione
della luce solare nell’atmosfera determina il chiarore dell’aurora e quello
del crepuscolo.
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I moti della Terra: la rivoluzione
Oltre alla rotazione attorno al proprio asse, la Terra compie un giro
completo attorno al Sole in circa 365 giorni, ossia in un anno.
A questo movimento si dà il nome di moto di rivoluzione terrestre.
Una delle prove di questo moto è l’osservazione di un altro moto
apparente: il moto del Sole durante l’anno attraverso le costellazioni
dello Zodiaco.
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Le costellazioni dello zodiaco
La costellazione che fa da
sfondo al sorgere del Sole non è
sempre la stessa nel corso
dell’anno.
Ogni giorno all’alba il Sole
appare lievemente spostato
rispetto al punto in cui è sorto il
giorno precedente.
Così, giorno dopo giorno, il Sole
sembra scorrere lentamente tra
le costellazioni che si trovano
sullo sfondo.
Tali costellazioni furono
denominate dagli antichi
costellazioni dello Zodiaco.
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Le stagioni
Le stagioni sono una conseguenza
del moto di rivoluzione terrestre
e del fatto che l’asse di rotazione:
• punta sempre, in direzione Nord,
verso la Stella Polare.
• è inclinato di 66°33’ rispetto al piano dell’orbita terrestre.
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Conseguenze dell’inclinazione dell’asse
terrestre
Questa combinazione di fattori ha come conseguenza le stagioni. Nel
corso delle stagioni:
• varia la durata del dì e della notte;
• varia l’inclinazione con cui i raggi solari colpiscono una data zona della
Terra: quando le radiazioni solari giungono perpendicolari, l’intensità
del riscaldamento è massima, mentre quando, arrivando inclinate, si
distribuiscono su una superficie maggiore, il riscaldamento è minore.
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Le stagioni
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Se l’asse non fosse inclinato?
Se l’asse terrestre non fosse inclinato:
• il circolo d’illuminazione passerebbe costantemente per i Poli. Di
conseguenza, ogni giorno dell’anno, tutti i punti della superficie
terrestre sarebbero per 12 ore esposti alla luce e per 12 ore immersi
nel buio;
• il dì e la notte avrebbero ovunque la stessa durata,
indipendentemente dal periodo dell’anno.
• un dato punto della superficie terrestre sarebbe investito dai raggi
solari con la stessa inclinazione durante tutto l’anno.
• all’Equatore, il Sole alla culminazione sarebbe sempre sulla
perpendicolare rispetto al piano dell’orizzonte, mentre, per un
osservatore posto al Polo, il Sole sarebbe sempre al limite
dell’orizzonte.
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Le posizioni della Terra e del Sole nel
corso dell’anno
Il giorno dell’equinozio di primavera
(21 marzo) la durata del dì è uguale a
quella della notte in tutti i punti della
Terra:
• alla culminazione il Sole illumina
perpendicolarmente i punti situati
all’Equatore;
• ai Poli il Sole è sull’orizzonte;
• nel nostro emisfero comincia la
primavera.
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Il solstizio d’estate
Il giorno del solstizio d’estate (21 giugno) l’emisfero boreale è rivolto
verso il Sole più che in qualsiasi altro momento dell’anno.
• la calotta polare a nord del Circolo polare artico è illuminata per tutte le
24 ore del giorno;
• nel nostro emisfero il dì ha la massima durata rispetto alla notte;
• comincia l’estate.
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L’equinozio di autunno
Il giorno dell’equinozio d’autunno (23 settembre), come già
all’equinozio di primavera, la durata del dì è uguale a quella della notte
in tutti i punti della Terra.
Il giorno del solstizio d’inverno
(22 dicembre) la calotta polare antartica
è illuminata per tutte le 24 ore:
• nell’emisfero meridionale il dì ha la
massima durata rispetto alla notte;
• nel nostro emisfero la notte ha la
massima durata;
• comincia l’inverno.
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Tragitto del Sole a Roma nel corso
dell’anno
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Perché le differenze tra le stagioni?
Sulla base delle considerazioni astronomiche esposte, ora possiamo
capire perché vi siano differenze climatiche fra le stagioni.
• In primavera e in estate il Sole è più alto sull’orizzonte e quindi
scalda maggiormente la superficie terrestre;
• in queste stagioni il dì dura più a lungo e questo fa pian piano
accumulare sempre più calore;
• in autunno e inverno avviene il contrario: nelle lunghe notti si disperde
più calore di quanto non ne venga assorbito durante il dì e la
temperatura è più bassa.
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Quali sono i periodi più caldi e più freddi
dell’anno?
Perché, se l’insolazione è massima al solstizio d’estate, il periodo più
caldo dell’anno si colloca tra luglio e agosto?
Questo è dovuto al fatto che la Terra continua ad accumulare calore
anche oltre il solstizio d’estate e riceve di giorno più energia di
quanta ne disperda durante la notte.
Allo stesso modo, dopo il solstizio d’inverno la Terra continua a
raffreddarsi e i mesi invernali successivi risultano più freddi di quelli
autunnali che li precedono.
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L’orientamento
Il Sole, con il suo apparente moto quotidiano costituisce uno strumento
per orientarci nello spazio.
Il termine «orientamento» deriva da oriente (o est), la zona dell’orizzonte
dove sorge il Sole; occidente (ovest) è la zona opposta, dove il Sole
tramonta.
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Orientarsi a mezzogiorno
Nel nostro emisfero e
alle nostre latitudini,
possiamo individuare la
nostra posizione rispetto
ai punti cardinali
A mezzogiorno, quando
il Sole è in culminazione,
si trova sempre nella
direzione sud.
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Orientarsi di notte
Di notte, in assenza del Sole, sono le stelle a orientarci.
Nel nostro emisfero la Stella Polare, che è situata sul
prolungamento dell’asse di rotazione terrestre, indica il nord.
Questa stella che costituisce
l’estremità del timone del
Piccolo Carro si individua
prolungando il segmento
che congiunge le due stelle
della «sponda posteriore»
del Grande Carro.
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La bussola
Lo strumento che consente di individuare il nord, indipendentemente dal
Sole o dalle stelle, è la bussola.
La bussola è costituita da un ago magnetico
libero di ruotare su un perno. L’ago della bussola
si orienta spontaneamente verso nord per
effetto del campo magnetico terrestre.
In realtà, la bussola non indica esattamente
il nord vero, detto anche nord geografico,
ma una direzione abbastanza vicina a esso,
detta nord magnetico.
Il Polo nord magnetico si trova nel Canada
settentrionale.
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Meridiani e paralleli
Per avere un’idea della posizione di un qualsiasi punto sulla Terra è
necessario riferirsi a un reticolato immaginario,
che avvolge in modo figurato la superficie terrestre.
Per la costruzione di tale reticolato, la superficie
terrestre fornisce due punti «naturali»: il Polo nord
e il Polo sud geografici, corrispondenti all’intersezione
della superficie del pianeta con l’asse di rotazione
terrestre.
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I paralleli e l’Equatore
Immaginiamo ora di tagliare il globo terrestre con un piano
perpendicolare all’asse di rotazione e passante per il centro della Terra.
L’intersezione di questo piano con la superficie terrestre individua su
tale superficie una circonferenza chiamata Equatore.
L’intersezione con piani paralleli all’Equatore determina
dei circoli detti paralleli.
L’Equatore è in ogni suo punto
equidistante dai due Poli e divide
il globo in due emisferi: l’emisfero
settentrionale o boreale e
l’emisfero meridionale o australe.
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I meridiani
Immaginiamo di tracciare i circoli determinati dall’intersezione della
superficie terrestre con i piani che passano per entrambi i Poli, ossia per
l’asse terrestre.
Questi circoli sono tutti uguali. Li possiamo pensare formati ciascuno da
due semicirconferenze, unite in
corrispondenza dei Poli; queste
semicirconferenze sono dette
meridiani.
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Meridiani e paralleli formano il reticolato
Paralleli e meridiani ci forniscono la «quadrettatura» o reticolo
geografico necessaria per localizzare
con esattezza qualsiasi punto
sulla superficie terrestre.
Per far sì che in tutto il mondo la posizione
di un qualsiasi punto della superficie terrestre
venga indicata nello stesso modo,
si sono scelti un parallelo e un meridiano
di riferimento: l’Equatore
e il meridiano di Greenwich.
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La longitudine
La longitudine di un dato meridiano è la distanza angolare tra quel
meridiano e il meridiano di riferimento.
A partire dal meridiano di Greenwich (che ha longitudine 0°), un dato
meridiano può essere misurato procedendo verso est o verso ovest e si
fa seguire a tale valore angolare l’indicazione est (E) oppure ovest (W),
a seconda che la misura sia fatta a est o a ovest del meridiano di
Greenwich.
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La latitudine
La latitudine di un dato parallelo è la distanza angolare tra quel
parallelo e l’Equatore.
Il valore della latitudine è compreso tra 0°(Equatore) e 90°(Polo),
seguito dall’indicazione nord (N) oppure sud (S), a seconda
che la località si trovi nell’emisfero settentrionale oppure
nell’emisfero meridionale.
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Le coordinate geografiche
Latitudine e longitudine sono le coordinate geografiche che servono a
individuare la posizione di un punto sulla superficie terrestre.
Per esempio, la posizione di Roma è data dalle seguenti
coordinate:
latitudine: 41°54’ N,
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longitudine: 12°29’ E.
Il GPS (Global Positioning System)
Oggi, per conoscere rapidamente e con precisione la posizione di un
qualsiasi punto, si ricorre a tecnologie innovative quali il GPS (Global
Positioning System), progettato negli Stati Uniti inizialmente per scopi
militari.
Il sistema sfrutta radiosegnali emessi da
alcune decine di satelliti in orbita intorno
al globo e captati da ricevitori a terra.
I sistemi di navigazione montati sulle
automobili impiegano questa tecnologia.
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I fusi orari
La Terra ruota su se stessa esponendo al Sole, nelle diverse ore
della giornata, zone diverse della propria superficie.
In un dato momento il Sole è in culminazione su un solo meridiano
ed è mezzogiorno su tutti i punti che hanno la longitudine
corrispondente a quel meridiano.
In quello stesso momento, poiché la Terra ruota da ovest verso est,
il mezzogiorno deve ancora venire per le località situate a ovest di
quel meridiano, mentre è già passato per le località situate a est.
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2011
La differenza di fuso orario
Immaginiamo per esempio che a Roma
sia esattamente mezzogiorno.
Per le località come New York, che si
trovano a ovest di Roma, il mezzogiorno
deve ancora arrivare.
Invece, per le località come Calcutta, in
India, che si trovano a est di Roma, il
mezzogiorno è già passato.
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I fusi orari nel mondo
Per facilitare le comunicazioni tra le nazioni e uniformare gli orari
all’interno di ciascuna di esse, si è deciso di dividere la Terra in 24
spicchi, o fusi, tanti quante sono le ore.
Ogni fuso è delimitato da due meridiani che distano tra loro 15° di
longitudine.
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I movimenti della Luna
La Luna compie un moto di rotazione attorno al proprio asse; al
tempo stesso essa compie un moto di rivoluzione attorno alla Terra.
Inoltre, la Luna gira insieme alla Terra attorno al Sole.
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I movimenti della Luna
La Luna presenta un aspetto mutevole: a volte, la faccia rivolta verso la
Terra si presenta tutta illuminata, a volte solo parzialmente illuminata, a
volte del tutto oscura.
I diversi aspetti assunti dalla Luna, o fasi lunari, si ripetono nella stessa
successione in un intervallo di tempo detto mese sinodico, pari a circa
29 giorni e mezzo. Il mese del nostro calendario è derivato da esso.
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Le fasi lunari
Le fasi lunari sono dovute al moto di rivoluzione della Luna e al suo
conseguente ciclico cambiamento di posizione rispetto alla Terra e al
Sole.
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Le eclissi
Le eclissi avvengono quando il Sole, la Terra e la Luna si trovano allineati e i
raggi solari vengono intercettati dal corpo celeste (Terra o Luna) che si trova nel
mezzo.
L’eclissi di Luna si ha quando la Terra si interpone tra il Sole e la Luna, per cui
questa non riceve più la luce solare e non è quindi visibile. Perché ciò accada
la Luna deve trovarsi nella fase di luna piena.
L’eclissi di Sole si ha quando è la Luna a interporsi tra il Sole e la Terra. In tale
situazione il disco della Luna copre il Sole che, visto dalla Terra, risulta
occultato. Perché ciò accada la Luna deve trovarsi dalla stessa parte del Sole
rispetto alla Terra, ossia nella fase di luna nuova.
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2011