I moti della Terra. Movimenti astronomici. Moto di rotazione 02/11/2017
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- Gaetano Barbato
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1 I moti della Terra Movimenti astronomici La Terra si muove nello spazio in maniera molto complessa a causa di diversi movimenti astronomici che la interessano. La maggior parte dei movimenti astronomici si compie in tempi lunghissimi, dell ordine delle migliaia di anni. Di questi movimenti non abbiamo alcuna percezione. Due movimenti, invece, si compiono in tempi relativamente brevi e per questo hanno evidenti conseguenze. I primi si chiamano moti millenari, i secondi sono la rotazione e la rivoluzione. Moto di rotazione È il movimento che la Terra compie ruotando attorno al proprio asse. Tutti i punti della Terra, ad eccezione di quelli che formano l asse, ruotano; quindi i poli non ruotano. 1
2 Moto di rotazione Il tempo necessario alla Terra a compiere un giro completo su se stessa si chiama giorno. La durata del giorno si può misurare prendendo come riferimento una stella lontana o il Sole. Giorno sidereo periodo che intercorre tra due passaggi consecutivi di una stella sullo stesso meridiano (dura 23h 56, è il vero periodo di rotazione). Giorno solare periodo che intercorre tra due passaggi consecutivi del Sole sullo stesso meridiano (ha durata variabile, in media 24h). Moto di rotazione La differente lunghezza del giorno solare rispetto al giorno sidereo è dovuta al fatto che, mentre la Terra ruota, si muove anche rispetto al Sole. In un giorno la Terra compie un tratto della propria orbita la cui lunghezza dipende dalla velocità di rivoluzione (2ª legge di Keplero). Di conseguenza per ritrovare il Sole nella stessa direzione occorre attendere un tempo più lungo. Ciò non accade per una stella lontana. Moto di rotazione La velocità di rotazione si può misurare riferendosi al tragitto percorso: velocità lineare, varia con la distanza dall asse (latitudine): all equatore la circonferenza misura km, quindi la velocità è: km / 24 h = 1667 km/h ai poli la circonferenza è 0 km, quindi la velocità è 0. Dall equatore ai poli la velocità lineare di rotazione diminuisce progressivamente. 2
3 Moto di rotazione La velocità di rotazione si può misurare riferendosi all angolo descritto: velocità angolare, è la stessa per tutti i punti (eccetto i poli, che non ruotano). si descrive sempre un angolo di 360, quindi la velocità è: 360 / 24 h = 15 /h. Prove della rotazione Giovanni B. Guglielmini Guglielmini lasciò cadere sfere di piombo dalla Torre degli Asinelli di Bologna. Se la Terra fosse stata immobile, le sfere avrebbero dovuto toccare terra verticalmente, invece caddero spostate verso Est. La velocità lineare alla sommità della torre è maggiore di quella alla base, quindi le sfere cadranno necessariamente spostate nel senso di rotazione della Terra. Prove della rotazione Leon Foucault Foucault appese alla cupola del Pantheon di Parigi un pendolo lungo 68 metri al quale era attaccata una sfera di 30 kg. La sfera possedeva una punta che oscillava sopra il pavimento cosparso da uno strato di sabbia. 3
4 Prove della rotazione Oscillando, si sarebbe dovuto osservare un solo segno lineare sul pavimento perché il piano di oscillazione del pendolo è costante. Invece si osservarono molti segni ellittici che si incrociavano come un asterisco. Prove della rotazione In realtà a ruotare, in senso antiorario, è il pavimento del Pantheon che segue il moto di rotazione della Terra. Se il pendolo venisse collocato al polo, il suo asse di sospensione coinciderebbe con l asse terrestre ed il piano di oscillazione compirebbe 360 in un giorno. All Equatore non si sposterebbe affatto, perché la Terra non compie alcuna rotazione intorno all asse equatoriale. A Parigi, che si trova ad una latitudine intermedia, la rotazione del piano di oscillazione avviene più lentamente, e per avere un giro completo occorrono circa 32 ore. Conseguenze rotazione Alternanza del dì e della notte. Moto apparente retrogrado del Sole e delle stelle. Deviazione, dovuta alla forza di Coriolis, dei corpi in movimento sulla superficie terrestre. 4
5 Alternanza dì e notte Una prima conseguenza della rotazione è il periodico alternarsi di periodi di luce e di buio: il dì e la notte. In ogni istante avremo sempre metà superficie illuminata (dì) e metà oscura (notte). Le due metà sono separate tra loro da una linea chiamata circolo di illuminazione, il quale divide sempre la Terra in due parti di uguali. Alternanza dì e notte Il circolo di illuminazione dovrebbe essere una linea netta, invece è costituito da una fascia di penombra così che il passaggio dal dì alla notte (e viceversa) è graduale: vi è un po di luce già prima che il Sole sia visibile ed anche dopo che è tramontato. A questi fenomeni di parziale illuminazione prima dell alba e dopo il tramonto si dà il nome di crepuscoli. Essi sono dovuti all atmosfera, che provoca la diffusione e la riflessione dei raggi solari. Moto apparente retrogrado Osservando il Sole nell arco di una giornata esso sembra percorrere un arco nel cielo. Tale movimento è apparente perché in realtà non è il Sole a muoversi ma è la Terra che ruotando su se stessa ne dà l impressione. La stessa cosa vale, di notte, per l intera sfera celeste. 5
6 Deviazione apparente Un oggetto che si muova liberamente sulla superficie terrestre (come un aereo o una massa d aria) appare deviato verso destra nell emisfero settentrionale o verso sinistra in quello meridionale (legge di Ferrel). Per spiegare questa deviazione si chiama in causa una forza apparente: la forza di Coriolis. Si tratta in realtà del fatto che ogni corpo tende a conservare la velocità lineare di rotazione che aveva alla partenza. Se, per esempio, immaginiamo di partire in mongolfiera dall equatore diretti verso i poli, attraverseremo zone con velocità lineare di rotazione minore di quella da cui siamo partiti e perciò ci troveremo in anticipo sul loro moto di rotazione. Deviazione apparente Moto di rivoluzione È il movimento che la Terra compie ruotando intorno al Sole ad una velocità di circa Km/h. Avviene contemporaneamente al moto di rotazione e si compie in accordo alle leggi di Keplero. Durante l intera rivoluzione l asse di rotazione si mantiene sempre puntato nella stessa direzione e risulta inclinato di rispetto al piano dell orbita (piano dell eclittica). 6
7 Moto di rivoluzione Il periodo di tempo a compiere una completa rivoluzione intorno al Sole si chiama anno. L anno si può misurare in modo simile al giorno, prendendo come riferimento una stella lontana o il Sole: Anno sidereo periodo necessario a che il Sole ritorni nella medesima posizione rispetto alle stelle, dura 365d 6h 9 10 ed è l effettivo periodo di rivoluzione della Terra. Anno solare (o tropico) periodo necessario a che il Sole ritorni allo Zenit sullo stesso parallelo, dura 365g 5h (ha una durata minore a causa di uno dei moti millenari della Terra). Prove moto rivoluzione Aberrazione della luce delle stelle (J. Bradley, 1727) Bradley notò che quando si osserva una stella con un telescopio, si deve puntarlo leggermente in avanti rispetto alla posizione della stella. Il fenomeno si spiega col fatto che la luce impiega un certo tempo a percorrere l asse del telescopio e nel frattempo ci si sposta in un punto dell orbita terrestre che non è più quello di prima. Prove moto rivoluzione Alternanza red e blue shift Le stelle più vicine mostrano uno spostamento del loro spettro verso il blu o il rosso, alternativamente ogni 6 mesi, a seconda che la Terra, nel suo moto attorno al Sole, si stia avvicinando od allontanando da esse. 7
8 Conseguenze rivoluzione Diversa altezza del Sole sull orizzonte nel corso dell anno Variazione dei punti da cui sorge e tramonta il Sole nel corso dell anno Moto annuale apparente del Sole sulla fascia dello zodiaco Diversa durata del dì e della notte Diversa altezza del sole Osservando il cielo nel corso dell anno si nota che il Sole compie archi sempre più alti sull orizzonte man mano che si avvicina l estate e sempre più bassi verso l inverno. Questa variazione, misurata in gradi, è chiamata declinazione solare ed è una conseguenza combinata della rivoluzione e dell'inclinazione dell'asse terrestre. Diversa altezza del sole Si definisce inclinazione dei raggi solari l angolo tra la direzione da cui provengono i raggi e la tangente alla superficie terrestre nel punto in cui arrivano. La diversa declinazione solare è a sua volta responsabile della variazione, nel corso dell anno, dell inclinazione dei raggi solari. 8
9 Diversa altezza del sole Quanto più l angolo di inclinazione dei raggi solari è prossimo alla perpendicolarità (90 ), tanto più essi scaldano; quanto più, invece, sono lontani dalla perpendicolarità, tanto meno scaldano. Nelle zone equatoriali i raggi solari arrivano sempre prossimi a 90, perciò qui fa molto caldo; nelle regioni polari, invece, i raggi solari arrivano molto inclinati e quindi qui fa molto freddo. Questo perché lo stesso fascio di raggi si distribuisce in un area più ristretta se perpendicolare e in un area molto più ampia se inclinato. Da dove sorge il sole? Secondo un luogo comune abbastanza diffuso, il Sole sorge sempre ad Est e tramonta sempre Ovest, ma questa affermazione è vera solo in parte perché il Sole sorge e tramonta in questi punti solo due giorni all anno: in occasione degli equinozi. Infatti l'inclinazione dell asse terrestre, congiuntamente al movimento della Terra intorno al Sole, fa sì che la posizione in cui il Sole sorge e tramonta cambi nel corso dell'anno. Da dove sorge il sole? Anche se l esatta posizione in cui il Sole sorge o tramonta dipende dalla latitudine in cui ci si trova, possiamo dire in generale che, relativamente al nostro emisfero: in primavera-estate il Sole sorge a Nord-Est e tramonta a Nord-Ovest in autunno-inverno il Sole sorge a Sud-Est e tramonta a Sud-Ovest Questo fa sì che, visto dalla Terra, il Sole compia archi di lunghezza diversa nel corso dell anno: esso, infatti, è più o meno alto sull orizzonte. 9
10 L eclittica e lo zodiaco Come tutti gli altri corpi celesti, anche il Sole compie un percorso apparente sulla sfera celeste, solo che non ce ne accorgiamo perché - per la sua forte luminosità - oscuraˮ tutti i punti di riferimento. Il percorso che il Sole compie apparentemente sulla sfera celeste prende il nome di eclittica, e corrisponde al piano su cui giace l orbita terrestre. L eclittica e lo zodiaco Poiché l asse di rotazione della Terra non è perpendicolare, l equatore celeste non è parallelo al piano dell'eclittica ma forma con esso un angolo di 23 27'. L eclittica interseca dunque l equatore celeste in due punti, i punti equinoziali: uno si trova in prossimità del 21 marzo ed è il punto gamma, l altro si trova in prossimità del 23 settembre ed è il punto omega. Lungo l eclittica si trovano le costellazioni dello zodiaco. Diversa durata dì e notte Se l asse terrestre fosse perpendicolare al piano dell orbita, il circolo d illuminazione passerebbe sempre per i poli e taglierebbe in due parti uguali tutti i paralleli. Quindi, per tutto l anno e in ogni punto della Terra, il dì e la notte avrebbero la stessa durata. Invece l asse terrestre è inclinato e così, nel corso dell anno, il circolo d illuminazione non sempre passa per i poli e ciò determina la diversa durata del dì e della notte. Solo all'equatore il dì e la notte hanno la stessa durata per tutto l'anno. 10
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