SCIENZE INTEGRATE
LEZIONE N. 4
Il pianeta TERRA
I Istituto Tecnico Industriale
Prof. Fabrizio CARMIGNANI
[email protected]
www.fabriziocarmignani.com
IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)
slide 47
INTRODUZIONE
In base a studi compiuti in tempi più o meno recenti da vari astrofisici
si ipotizza che l’universo sia composto da miliardi di galassie e che si
formò circa 13,6 miliardi di anni fa, in seguito ad una enorme
esplosione, oggi sintetizzata con l’ipotesi più accreditata: la Teoria del
BIG BANG
Da allora tutte le parti
dell’universo sono in costante
movimento ed in continua
trasformazione
Esistono anche miti molto antichi sull’ origine della Terra e
dell’universo e quasi tutti considerano il nostro pianeta
come un
“organismo vivente”
Ad esempio, gli antichi Greci chiamavano la Terra,
GAIA o GEA, che significa divinità generatrice
La TERRA è il pianeta su cui vive l'umanità
il terzo in ordine di distanza dal Sole
È il più grande dei PIANETI TERRESTRI del sistema solare,
sia per quanto riguarda la massa che per il diametro, ed è
l'unico corpo planetario del sistema solare adatto a
sostenere la vita, almeno tra quelli conosciuti alla scienza
moderna
Vi sono però ipotesi e, in alcuni casi anche deboli indizi, a sostegno
della tesi per cui la vita, probabilmente in forma microscopica, sarebbe
stata presente o potrebbe tuttora sussistere su alcuni corpi del sistema
solare come Marte, Venere e alcuni satelliti naturali dei pianeti gassosi
È il primo pianeta conosciuto a possedere ACQUA
in tutti e 3 gli stati (solido, liquido, gassoso) sulla sua
superficie, ed il solo nell'Universo noto per la presenza di
VITA
Possiede un campo
magnetico, che, insieme ad
un’ atmosfera composta in
prevalenza da N ed O, la
protegge dalle radiazioni
nocive alla vita.
L'atmosfera funziona anche
come scudo contro le
piccole meteore,
causandone la distruzione
per calore da attrito prima
del raggiungimento della
superficie
CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
La formazione della TERRA, come del resto tutto il sistema
solare, risale a circa 4,5 miliardi di anni fa e possiede un
solo satellite naturale, la LUNA , formatasi subito dopo
DATI ASTRONOMICI
PERIELIO
circa 147. 000. 000 Km
AFELIO
circa 152 .000. 000 Km
LUNGHEZZA ORBITA
circa 925. 000. 000 Km
PERIODO ORBITALE
1 ANNO (365 GIORNI e 6 ORE circa)
VELOCITÀ ORBITALE
circa 30 Km/sec (108.000 Km/h
ECCENTRICITÀ
0,016 7
SATELLITI
1 (LUNA)
ANELLI
NO
circa)
Simbolo astronomico della TERRA:
cerchio con all'interno una croce
Il Pianeta TERRA
Le SCIENZE che si interessano, secondo diversi
punti di vista, del nostro pianeta sono:
1.GEODESIA: studia la forma della Terra e le sue
dimensioni esatte
2.GEOGRAFIA: studia le caratteristiche fisiche e
politiche della Terra
3.GEOGRAFIA ASTRONOMICA: studia la Terra
nello spazio
4.SCIENZE della TERRA: studia la struttura e
l’evoluzione della Terra
FORMA della TERRA
La forma della Terra non può essere determinata
matematicamente, ne è perfettamente identificabile
con quella di un solido geometrico:
è una forma del tutto propria e particolare
Esaminiamo ora le varie ipotesi sulla forma della TERRA che
si sono succedute nel tempo:
1.DISCO PIATTO:
I popoli delle civiltà antiche, nell’impossibilità di
abbracciare con lo sguardo diretto l’intera forma della
Terra, ebbero l’idea che essa fosse PIANA e poco estesa,
simile ad un grande disco circondato dall’oceano e limitato
superiormente dalla cupola dell’universo
L’area che riusciamo ad abbracciare con lo sguardo è sempre limitata
da una linea circolare (orizzonte visivo) lungo la quale sembra che la
volta celeste si congiunga con il suolo o con il mare
2. SFERA:
Nel V sec. a.C. Pitagora, su presupposti teorici, giunse al
riconoscimento della sfericità della Terra
Il Medioevo rivide l’idea della Terra piatta farsi strada, ma
nell’Umanesimo, con la riscoperta degli studi di
Aristotele e Tolomeo, si confermò la forma sferica
3. ELLISSOIDE:
Forma sferica
leggermente schiacciata ai
poli
4. GEOIDE:
Solido particolare che non
esiste in geometria
CARATTERISTICHE GENERALI della TERRA
Una linea di separazione immaginaria , detta EQUATORE,
divide la terra in 2 emisferi:
 emisfero nord (BOREALE)
 emisfero sud (AUSTRALE)
EMISFERO
NORD
EMISFERO
SUD
PARALLELI
MERIDIANI
Invece, la linea immaginaria un po’ inclinata che
attraversa la Terra passando per i poli e per il centro del
pianeta, si chiama: ASSE TERRESTRE (ASSE di ROTAZIONE)
ASSE di ROTAZIONE:
è inclinato rispetto alla
perpendicolare al piano
della sua orbita:
questa inclinazione,
combinata con il
movimento di
rivoluzione della Terra
intorno al Sole, è causa
dell'alternarsi delle
ESEMPIO
stagioni
Terremoto sud-est asiatico - DIC 2004
ASSE TERRESTRE
23°27’
N
23°27’
S
PIANO ORBITA
INCLINAZIONE
ASSE di
ROTAZIONE
23° 27’
PIANO
dell’ORBITA
66° 33’
DATI FISICI (Geodesia)
RAGGIO EQUATORIALE
RAGGIO POLARE
DIAMETRO MEDIO
SUPERFICIE
VOLUME
MASSA
DENSITÀ MEDIA
6.378 km
6.357 km
12.746 km
510 milioni/Km²
1,083 207 3 × 1021 m³
5,9742 × 1027 kg
5,52
ACCELERAZIONE di GRAVITÀ in SUPERFICIE 9,78 m/s² (equatore)
VELOCITÀ di FUGA
11.2 Km/s
PERIODO di ROTAZIONE
giorno sidereo (23h 56’ 4’’)
VELOCITÀ di ROTAZIONE
1.674,39 Km/h (equatore)
INCLINAZIONE ASSE su piano orbita
23°27’
ALBEDO*
TEMPERATURA SUPERFICIALE*
PRESSIONE ATMOSFERICA*
0,37 (medio)
185 K (min)
287 K (media)
331 K (max)
Gradi CELSIUS
K° - 273,15
1 ATM (101.325 Pa a livello mare)
ALBEDO
L'ALBEDO (latino album, "bianco") di una superficie è
la frazione di luce o, più in generale, di radiazione
incidente che viene riflessa indietro
L'albedo massimo è 1, quando tutta la luce
incidente viene riflessa mentre il minimo è 0,
quando nessuna frazione della luce viene riflessa
In termini di luce visibile, il primo caso è quello di un
oggetto perfettamente bianco, l'altro di un oggetto
perfettamente nero. L'albedo della neve arriva fino a 0,9.
Una lavagna ha un'albedo di circa 0,15. L'albedo si può
anche misurare in percentuale, ponendo 1 uguale a 100%.
La TERRA ha un'albedo medio di 0,37 che
corrisponde quindi al 37%
UNITA’ di MISURA della PRESSIONE
PASCAL : (Pa) nel SI equivale a 1 newton/mq
 BARIA - nel Sistema CGS (din/cm²)
 BAR - (105 Pa) - sottomultipli : il millibar (meteorologia) ed il microbar
(acustica)
 TORR - pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm (133,3 Pa)
 mm di MERCURIO - mmHg
 ATMOSFERA (atm) - pressione dell'atmosfera a livello del mare (101.325 Pa)
 CHILOGRAMMO FORZA (kgf) - su cm² o m²
UNITA’ di MISURA della TEMPERATURA
Il KELVIN è
definito come
1/273,15 della
temperatura del
PUNTO TRIPLO
dell'acqua
FORMULE CONVERSIONE TEMPERATURE
Conversione da
KELVIN
CELSIUS
KELVIN
FAHRENHEIT
CELSIUS
FAHRENHEIT
a
CELSIUS
KELVIN
FAHRENHEIT
KELVIN
FAHRENHEIT
CELSIUS
FORMULA
T(K) - 273,15
T(°C) + 273,15
T(K) × 1,8 - 459,67
T(°F) + 459,67 / 1,8
1,8 x (°C ) + 32
0,55 x (°F -32)
PUNTO TRIPLO dell'ACQUA
Rappresenta le sole condizioni di TEMPERATURA (T) e di
PRESSIONE (P) in cui, all'equilibrio, possono coesistere
le 3 fasi dell'acqua e cioè solida , liquida e gassosa
TEMPERATURA:=
+0,01°C
PRESSIONE: =
4,58 mm Hg
PUNTO TRIPLO
sono i valori che
caratterizzano il
PUNTO TRIPLO
dell'acqua
La TERRA è coperta per ¾ d’acqua e per ¼ di terre emerse
MOVIMENTI della TERRA
I principali movimenti della Terra nello spazio sono 2:
1.MOVIMENTO di ROTAZIONE:
intorno al proprio asse compiuto in 1 giorno
2. MOVIMENTO di RIVOLUZIONE:
intorno al Sole compiuto in 1 anno
La terra, è anche soggetta a una serie di MOVIMENTI MINORI
dovuti in particolar modo all'attrazione gravitazionale esercitata dagli
altri corpi del sistema solare, in particolar modo dal Sole e dalla Luna
Essendo movimenti lentissimi, non sono osservabili le
conseguenze su tempi brevi, dal momento che questi si
manifestano con una certa intensità solo
nel corso dei secoli o dei millenni
Questi sono chiamati MOTI MILLENARI e sono :
1.spostamento della linea degli apsidi (afelio-perielio)
2.moto di precessione degli equinozi
3. variazione dell'eccentricità dell'orbita terrestre
4.variazione dell'inclinazione dell'asse terrestre
Infine è giusto ricordare che la TERRA è anche coinvolta:
5. nel MOTO di TRASLAZIONE del Sistema Solare nella Galassia
6. nel MOTO di RECESSIONE (allontanamento) della Galassia
nell'Universo
Tutti questi movimenti compiuti dalla Terra si
svolgono contemporaneamente dando vita ad
un moto unico e complesso
MOTO di ROTAZIONE
e sue conseguenze
La Terra ruota su se stessa intorno ad un asse immaginario,
detto ASSE di ROTAZIONE, che passa per i poli
Questo periodo di rotazione, se riferito ad una stella,
prende il nome di GIORNO SIDEREO ed ha una durata di:
23 h 56 min 4 s
Il moto di
ROTAZIONE è un
moto periodico
che avviene da
OVEST verso EST
(in senso antiorario)
OVEST
EST
Conseguenze MOTO di ROTAZIONE
1) ALTERNARSI del DI e della NOTTE
Avendo la Terra una forma quasi sferica, in ogni istante solo
metà della sua superficie riceve luce e calore dal sole
Risulta divisa quindi istante per istante in 2 zone
semisferiche, separate da una linea detta CIRCOLO di
ILLUMINAZIONE
che separa la parte illuminata da quella buia
A causa della rotazione ogni singolo punto della superficie
terrestre , passa da una zona all'altra vedendo l'alternarsi
del dì (periodo di luce) con la notte (periodo di buio)
A differenza di ciò che accade sulla LUNA in cui si
ha il passaggio istantaneo dal dì alla notte, sulla terra
l'alternanza del dì e della notte è graduale a causa della
presenza dell'ATMOSFERA che determina fenomeni di
diffusione della luce solare (TRAMONTO e ALBA)
Per questo motivo il
CIRCOLO di ILLUMINAZIONE
non è una linea retta, ma
una fascia in cui la
luminosità appare e
scompare gradualmente
e notte e dì sono separati
da un periodo di debole
chiarore, detto
DI
NOTTE
CREPUSCOLO
(ALBA e TRAMONTO)
CIRCOLO
di ILLUMINAZIONE
CIRCOLO di ILLUMINAZIONE
durante i 2 giorni di EQUINOZIO: 21 MARZO e 23 SETTEMBRE
ASSE TERRESTRE
Il Sole è visibile sull'orizzonte già un pò prima del sorgere
reale e ancora un pò dopo il vero tramonto a causa della
DIFFUSIONE determinata dalla presenza dell’atmosfera
che fa deviare il cammino dei raggi solari
nel momento in cui la attraversano
Il crepuscolo ha durata
variabile con la
LATITUDINE:
aumenta dall’EQUATORE
ai POLI
Questo perché i raggi solari,
man mano che ci si allontana
dall'equatore, essendo più
inclinati devono percorrere
uno spessore maggiore di
atmosfera
CIRCOLO di ILLUMINAZIONE durante gli EQUINOZI
1.EQUINOZIO di PRIMAVERA: 21 Marzo
2.EQUINOZIO di AUTUNNO: 22 Settembre
La durata del crepuscolo è determinata da 2 fattori:
1.la latitudine geografica
2.la stagione
A latitudini elevate corrispondono crepuscoli più lunghi, che
nelle regioni polari possono durare anche diversi mesi e
prendono il nome di LUNGA NOTTE POLARE
Inoltre negli equinozi il crepuscolo ha la durata minore
dell'anno, mentre nei solstizi quella massima
Solamente all'equatore la durata dei crepuscoli è costante
perché NOTTE e DI sono sempre uguali (circa 12 ore)
Il piano del circolo di illuminazione è istante per istante
perpendicolare alla direzione dei raggi solari, risultando
tangente ai poli terrestri solo nei 2 giorni di equinozio
Nei restanti giorni dell'anno la sua posizione si modifica a
causa della variazione delle posizioni Terra-Sole
nel corso del movimento di rivoluzione
2) VELOCITA’ ANGOLARE e VELOCITA’ LINEARE
VELOCITA’ ANGOLARE:
si ottiene dividendo l'angolo al centro, corrispondente al
tratto di circonferenza percorso, per l'unità di tempo, si
misura in gradi/s ed è uguale in ogni luogo della Terra in
quanto ogni punto della superficie terrestre percorre
un angolo di 360° in 1 giorno
VELOCITA’ LINEARE:
si ottiene mediante il rapporto tra la lunghezza dell'arco di
circonferenza percorso da un punto che compie un
movimento circolare e l'unità di tempo; si misura in m/s e a
differenza di ciò che accade per la velocità angolare varia
sulla superficie terrestre in quanto ciascun punto percorre in
un giorno una circonferenza più o meno lunga,
a seconda del parallelo, cioè della latitudine
e dell'altitudine a cui si trova
Velocità ANGOLARE e LINEARE di rotazione
3) FORZA CENTRIFUGA
La Terra ruotando su se stessa, fa si che tutti i corpi che si
trovano sulla superficie sono soggetti all'azione della
FORZA CENTRIFUGA
Questa è una forza apparente
(influenza i corpi solidali con il sistema di rotazione)
che agisce in direzione perpendicolare all'asse di rotazione
ed è diretta verso l'esterno
La FORZA CENTRIFUGA ha contribuito a
determinare lo schiacciamento polare ed il
rigonfiamento equatoriale e contrasta
parzialmente la forza di attrazione gravitazionale
riducendo il valore dell'accelerazione di gravità
FORZA CENTRIFUGA
La FORZA CENTRIFUGA
non è diretta dal
centro della terra
verso l'esterno, bensì
dall'asse di rotazione
verso l'esterno
opponendosi
perfettamente alla
forza di gravità solo
all'equatore, mentre
alle altre latitudini
l'entità della
componente che
contrasta la forza di
gravità diminuisce
man mano che ci si
avvicina ai poli
Si può quindi affermare che il valore della forza di gravità
misurato al livello del mare è massimo ai poli
non solo a causa dello schiacciamento polare
ma anche perché la forza centrifuga è nulla
Viceversa all'equatore il valore della forza di gravità è basso
in quanto essendo massima la distanza dall'asse di rotazione
assume il suo valore massimo la forza centrifuga che è
diretta in verso opposto rispetto alla forza di gravità
La forza centrifuga non è l'unica forza apparente prodotta
dalla rotazione terrestre, ma esiste un ulteriore forza che
prende il nome di forza di Coriolis, che agisce sui corpi in
movimento
Fenomeno questo spiegato da un’ applicazione della forza di
CORIOLIS e cioè dalla
LEGGE di FERREL
1. FORZA
CENTRIFUGA
FORZE
determinate dal
MOTO di
ROTAZIONE
terrestre
Agisce sui corpi solidali
con il sistema di
rotazione
2. FORZA
di CORIOLIS
Agisce sui corpi dotati di
libero movimento
sulla superficie
terrestre
(es. venti e correnti
marine)
4) FORZA di CORIOLIS
LEGGE di FERREL
A causa della forza di Coriolis, ogni corpo libero
di muoversi (venti, correnti marine..) sulla
superficie terrestre, dall'equatore ai poli (o
viceversa), subisce una deviazione della sua
direzione iniziale
FORZA di CORIOLIS
LEGGE di FERREL
Tale deviazione risulta essere
verso DESTRA (emisfero
settentrionale) o verso
SINISTRA (emisfero
meridionale) in base ad un
osservatore che guarda nella
stessa direzione e nel medesimo
verso del corpo che si muove
Tale effetto provoca la variazione della direzione anche sui corpi che si
muovono lungo i paralleli (ad eccezione dell’equatore)
Per poter spiegare tale effetto consideriamo per semplicità lo
spostamento di un corpo che si muove da un parallelo all'altro.
Come abbiamo visto
precedentemente la velocità di
rotazione lineare non è costante
ma diminuisce con la latitudine.
Per questo motivo un corpo che si
sposta dalla zona equatoriale
verso quella polare incontra i
punti che hanno una velocità
lineare sempre minore
Per inerzia, il corpo tende a conservare la velocità
iniziale, lungo la sua traiettoria, ma risulta in
anticipo rispetto ai punti della superficie che
incontra, per cui subisce una deviazione verso EST
Invece, quando un
corpo si sposta dai poli
verso l'equatore,
incontra punti che si
muovono con velocità
lineare sempre
maggiore, per cui si
trova in ritardo e
subisce una deviazione
verso OVEST
5) MOVIMENTO APPARENTE della VOLTA CELESTE
Un’altra conseguenza del moto di rotazione della
terra è il MOVIMENTO APPARENTE della VOLTA
celeste e quindi delle stelle, della luna e del sole
Il fenomeno è analogo a quello che osserviamo
quando su un treno in corsa ci sembra
che sia il paesaggio che scorre via
Infatti allo stesso modo il movimento della Terra
ci dà l’impressione che siano le stelle
e il Sole a muoversi attorno a noi
Questo ci porta a parlare convenzionalmente di Sole
che sorge a oriente (est) e tramonta a occidente
(ovest)
MOTO di RIVOLUZIONE
e sue conseguenze
La Terra percorre, come gli altri pianeti del sistema solare,
un'orbita ellittica intorno al Sole (che occupa uno dei 2
fuochi) in senso antiorario
La Terra raggiunge il PERIELIO
(min distanza dal Sole) all'inizio di gennaio
e l'AFELIO (punto di max distanza) ad inizio luglio
(si osservi che l'alternarsi delle stagioni non è dovuto al variare della
distanza dal Sole, poiché nell'emisfero nord del pianeta la stagione calda
coincide con il periodo di massima distanza dal Sole)
La Terra percorre un'orbita completa in 365 giorni e 6 ore
circa (ANNO SIDERALE e ANNO TROPICO)
La sua velocità media è pari a circa 30 km/s mentre la
lunghezza di tutta l’orbita è di circa 925 milioni di km
Conseguenze MOTO di RIVOLUZIONE
1) Alternarsi delle STAGIONI
L’alternarsi di un periodo freddo e di uno caldo,
non dipende dalla maggiore o minore distanza
della Terra dal Sole, ma soltanto da come
i raggi del Sole cadono al suolo
In ESTATE, la stagione che inizia il 21 giugno
(solstizio estivo), i raggi del Sole cadono a
perpendicolo sul Tropico del Cancro
A distanza di 6 mesi abbiamo l’INVERNO,
che inizia il 22 dicembre (solstizio invernale)
quando i raggi del sole cadono a perpendicolo
sul Tropico del Capricorno
A distanza di 3 mesi dai due solstizi si verificano gli
EQUINOZI durante i quali i raggi del Sole cadono
esattamente (perpendicolari) sull’Equatore e di
conseguenza scaldano in uguale misura i 2 opposti emisferi
EMISFERO
BOREALE:
equinozio
di primavera
21 marzo
equinozio
d’autunno
23 settembre
MOTO di RIVOLUZIONE
Le 4 posizioni della TERRA più
importanti dal punto di vista
astronomico
2) Diversa durata del DI e della NOTTE
Dato che l'asse di rotazione non è perpendicolare al
piano dell’orbita terrestre, ma forma con esso un
angolo di 66° 33’, il circolo di illuminazione
non passa sempre per i 2 poli
66° 33’
PIANO
dell’ORBITA
Ciò determina un diverso
periodo di illuminazione da
parte del Sole della
superficie terrestre, che è
relativo al punto della
superficie dove si trova
l’osservatore e al periodo
dell'anno preso in
considerazione
3) ZONE ASTRONOMICHE
Ad avere un’importanza particolare per le condizioni di illuminazione e
inclinazione dei raggi solari nel corso dell’anno sono i 2 tropici e i 2 circoli polari:
essi dividono idealmente la superficie terrestre in 5 ZONE ASTRONOMICHE,
caratterizzate da diverse condizioni di riscaldamento:
ZONA ASTRONOMICA
LIMITATA A
LIMITATA A
NORD DA
SUD DA
Tropico cancro
Tropico
capricorno
circolo polare
artico
Tropico cancro
Tropico
capricorno
Circolo polare
antartico
CALOTTA POLARE
ARTICA
polo nord
Circolo polare
artico
CALOTTA POLARE
ANTARTICA
Circolo polare
antartico
polo sud
TORRIDA
INTERTROPICALE
TEMPERATA
BOREALE
TEMPERATA
AUSTRALE
LUNA
Intorno ai pianeti possono ruotare uno o più corpi celesti
che non emettono luce ed energia propri: sono i SATELLITI
Anche la Terra ha un satellite naturale che è
la LUNA la quale rappresenta l’unico corpo
celeste raggiunto dall’uomo
Infatti il 21 luglio 1969 la
missione APOLLO 11 della NASA ha
portato 2 astronauti a “camminare”
sul suolo lunare:
Neil Armstrong e Buzz Aldrin
Collins
Mentre il terzo, Michael Collins,
rimase nel modulo di comando in
orbita intorno alla LUNA
Armstrong
Aldrin
FASI LUNARI
Descrivono il diverso aspetto che la LUNA mostra,
durante il suo moto intorno alla TERRA.
Sono causate dal suo diverso orientamento rispetto al Sole
4 posizioni fondamentali (numeri dispari)
e 4 fasi intermedie:
1.Luna nuova ( congiunzione o NOVILUNIO)
2.Luna crescente
3.Primo quarto
4.Gibbosa crescente
5.Luna piena (o opposizione o PLENILUNIO)
6.Gibbosa calante
7.Ultimo quarto
8.Luna calante
ECLISSI
In Astronomia per ECLISSE si intende l’occultamento di un
corpo celeste da parte di un altro
Si possono avere 2 tipi di ECLISSI: ECLISSI di SOLE e di LUNA
1. ECLISSE di SOLE
Si verifica quando la LUNA si interpone
tra la TERRA ed il SOLE
Le ECLISSI di
SOLE possono
essere:
TOTALI
ANULARI
PARZIALI
2. ECLISSE di LUNA
L'ombra della Terra oscura del tutto o parzialmente la Luna
Si verifica quando la LUNA è in fase di LUNA PIENA ma
Sole, Terra e Luna si devono trovare allineati
Nelle eclissi lunari il cono d'ombra della Terra è sempre molto maggiore
della Luna ed è accompagnato da un cono più ampio (cono di penombra)
Si possono avere vari tipi di eclissi di Luna:
1. ECLISSI TOTALE
CONO OMBRA
2. ECLISSI PARZIALE
3. ECLISSI PENOMBRALE CONO PENOMBRA
FINE della LEZIONE N. 4
Il pianeta TERRA
Grazie per l’attenzione
E ricordatevi…!
… Considerate la vostra semenza
fatti non foste a viver come bruti
ma per seguir virtute e canoscenza…
DANTE ALIGHIERI
La Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI, 118-120
Prof. Fabrizio CARMIGNANI
[email protected]
www.fabriziocarmignani.com