approfondimento > L`alternanza delle stagioni

didattica attiva
approfondimento > L’alternanza delle stagioni
a cura di Anna Ravazzi e Chiara Riva
SCIENZE DELLA TERRA
Prerequisiti
– Conoscere il sistema solare e il moto di rivoluzione dei
pianeti.
– Saper costruire un grafico.
Obiettivi
– Costruire un modello semplificato della sfera celeste.
– Mettere in relazione le diverse altezze raggiunte dal
Sole durante l’anno con l’alternanza delle stagioni.
Materiali
– Carta millimetrata.
– 4 matite colorate.
– Colla (eventualmente).
Tempo
– 1 lezione più discussione.
Polo Nord celeste
+60°
+60°
+45°
Premessa
zLa terra si trova al centro di una sfera immaginaria,
detta sfera celeste (figura 1); il prolungamento dell’asse terrestre, l’asse del mondo, incontra la sfera nei
due poli celesti nord e sud. La sfera è divisa in due
emisferi da un equatore celeste che è la proiezione
dell’equatore terrestre sulla sfera celeste. Le stelle
occupano posizioni fisse sulla sfera celeste e in particolare, quando sono al culmine della loro orbita, si
trovano a distanze ben precise rispetto all’equatore celeste. La distanza angolare fra l’astro e il piano
dell’equatore celeste si chiama declinazione di un
corpo celeste. Sole, Luna e pianeti, invece, si spostano
sulla sfera celeste.
zDurante l’anno il Sole sembra spostarsi attraverso
le costellazioni dello Zodiaco, descrivendo un’orbita
chiamata eclittica.
Oltre a questo moto apparente, il Sole presenta anche
declinazione ogni giorno diversa dal giorno precedente, e queste variazioni si susseguono regolarmente da
un anno all’altro. E’ possibile misurare in un determinato luogo l’angolo formato dai raggi del Sole al suo
culmine (a sud) con il piano dell’orizzonte, e seguirne
le variazioni giorno dopo giorno nell’arco dell’anno.
zIl riscaldamento della Terra è dovuto alla quantità di
energia solare che giunge per unità di tempo sulla superficie terreste. Fasci uguali di raggi di Sole trasportano la stessa quantità di energia, ma questa energia
viene distribuita su superfici più o meno grandi a seconda dell’angolo di incidenza che i fasci di raggi formano con le aree colpite.
Al crescere dell’angolo, l’area colpita da un fascio di
raggi è minore e aumenta quindi il riscaldamento al
suolo: infatti la quantità di radiazione solare assorbita per unità di superficie è maggiore (figura 2).
+45°
+30°
+30°
+15°
+15°
0°
0°
18
h
–15°
19
h
Equ
ato
re ce
20
leste
h
21h
22h
 figura 1 La sfera celeste.
4h
Equinozio
di primavera
23h
0h
3h
1h
–30°
2h
–15°
–30°
–45°
–45°
Polo Sud celeste
Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini - Progetto
scienze naturali • Italo Bovolenta editore - 2011
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Procedimento
Osserva e rispondi
zLa tabella 1 riporta i valori di declinazione del Sole ricavati da almanacchi astronomici. Per comodità sono
stati riportati almeno quattro valori per ogni mese,
scegliendo giorni a intervalli regolari.
zRiportare i dati della tabella 1 su carta millimetrata
e costruire un grafico in cui l’asse delle ascisse corrisponda all’equatore celeste con declinazione 0°: su
questo vanno riportati i giorni dell’anno. Tracciare
tale asse nella parte centrale del foglio. In ordinate riportare i valori di declinazione del Sole durante
l’anno e congiungere i punti ottenuti. Per convenzione le declinazioni sono positive quando il Sole si trova nell’emisfero boreale, al di sopra dell’equatore, e
negative quando il Sole è nell’emisfero australe, al di
sotto dell’equatore.
zDopo aver costruito il grafico, avvolgere il foglio su
se stesso, facendo coincidere l’asse delle ordinate di
sinistra con la parte destra del foglio per formare un
cilindro con asse parallelo alle ordinate. Se necessario,
incollare le due estremità del foglio. Rispondere alle
domande facendo riferimento al grafico rappresentato sulla superficie esterna del cilindro.
zScala da adottare:
giorni in ascisse → 5 cm = 100 giorni;
declinazione in ordinate → 0,5 cm = 1°.
1. Sulla superficie del foglio avvolto si possono osservare due
circonferenze che si intersecano. A che cosa corrisponde ogni
circonferenza?
2. In quali giorni le due circonferenze si intersecano? A che cosa
corrispondono queste due date?
3. Individua sul grafico delle declinazioni i punti che raggiungono
i valori massimi e minimi. A quali giorni corrispondono? Indica
sul grafico le date del solstizio d’inverno, del solstizio d’estate e
quelle dei giorni equinoziali.
4. Evidenzia con quattro diversi colori i tratti della curva
corrispondente a ciascuna stagione. Per ognuna di esse
ricostruire il moto del Sole sia nel susseguirsi dei mesi che
nelle diverse altezze raggiunte sulla sfera celeste.
5. Con quale moto, orario, o antiorario, visto dal nord celeste, il Sole sembra muoversi lungo l’eclittica?
Ragiona ed elabora
a. Il cilindro, ottenuto avvolgendo il foglio, può costituire un
modello della sfera celeste e del moto annuale apparente del
Sole? Quali sono le somiglianze e i limiti di questo modello?
b. Quale rapporto esiste fra le declinazioni del Sole nel corso
dell’anno e le stagioni?
c. A che cosa è dovuta l’apparente variazione della declinazione
del Sole?
d. Quale sarebbe la declinazione del Sole in una Terra con asse
terrestre perpendicolare all’eclittica?
R
A
G
G
I
 figura 2 Inclinazione dei raggi e riscaldamento.
S
O
L
A
R
I
Punto acquisito
zDurante il moto di rivoluzione della Terra, l’asse terrestre forma angoli diversi coi raggi del Sole.
zLa quantità di energia solare che colpisce una determinata area varia a seconda dell’angolo di incidenza dei raggi. Il
riscaldamento al suolo varia in funzione di questo angolo.
zLe stagioni sono una conseguenza delle variazioni della declinazione del Sole.
Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini - Progetto
scienze naturali • Italo Bovolenta editore - 2011
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 tabella 1
Data
giorni e mesi
Giorni
progressivi
Declinazione
in gradi d’arco
Data
giorni e mesi
Giorni
progressivi
Declinazione
in gradi d’arco
01 gennaio
0
– 23,02
04 luglio
184
22,9
09 gennaio
8
– 22,13
12 luglio
192
22,02
17 gennaio
16
– 20,78
20 luglio
200
20,72
25 gennaio
24
– 19,02
28 luglio
208
19,06
02 febbraio
32
– 16,87
05 agosto
216
17,05
10 febbraio
40
– 14,23
13 agosto
224
14,75
18 febbraio
48
– 11,72
21 agosto
232
12,22
26 febbraio
56
– 8,8
29 agosto
240
9,45
06 marzo
64
– 5,75
06 settembre
248
6,55
14 marzo
72
– 2,62
14 settembre
256
3,52
22 marzo
80
0,52
22 settembre
264
0,42
30 marzo
88
3,67
30 settembre
272
– 2,67
07 aprile
96
6,73
08 ottobre
280
– 5,77
15 aprile
104
9,67
16 ottobre
288
– 8,77
23 aprile
112
12,43
24 ottobre
296
– 11,63
01 maggio
120
15
01 novembre
304
– 14,32
09 maggio
128
17,28
09 novembre
312
– 16,77
13 maggio
132
18,32
17 novembre
320
– 18,9
17 maggio
136
19,27
25 novembre
328
– 20,68
25 maggio
144
20,9
03 dicembre
336
– 22,06
02 giugno
152
22,15
13 dicembre
344
– 22,97
10 giugno
160
23
19 dicembre
352
– 23,7
18 giugno
168
23,4
22 dicembre
355
– 23,43
21 giugno
172
23,43
27 dicembre
360
– 23,33
26 giugno
176
23,37
31 dicembre
364
– 23,10
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