IL MOTO di ROTAZIONE. CONSEGUENZE del MOTO di ROTAZIONE

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1 IL MOTO di ROTAZIONE moto di rotazione: il moto di rotazione è il movimento che la Terra compie attorno al proprio asse, da ovest verso est, in senso antiorario per un osservatore posto al polo nord celeste; asse di rotazione: l asse di rotazione terrestre è l asse immaginario attorno al quale ruota la Terra e non coincide con la perpendicolare al piano di rivoluzione, ma è inclinata rispetto a quest ultima di ; analogia con gli altri pianeti: l analogia con gli altri pianeti venne utilizzata come prova indiretta del moto di rotazione dopo le prime osservazioni telescopiche; tutti i pianeti mostravano un moto di rotazione: quindi anche la Terra, che è un pianeta, doveva essere caratterizzata da un moto analogo; spostamento diurno dei corpi celesti da est verso ovest: tutti i corpi celesti sono caratterizzati da un moto diurno da est verso ovest; se questo moto diurno fosse un moto reale, la Terra dovrebbe trovarsi al centro dell Universo e tutti i corpi celesti dovrebbero ruotare attorno ad essa: affinché ciò si verifichi, la massa della Terra dovrebbe essere infinita (noi sappiamo invece che essa è infinitesima rispetto alla massa dell intero Universo); se il moto diurno fosse un moto reale, le stelle dovrebbero essere caratterizzate da una velocità tangenziale tanto maggiore quanto maggiore è la loro distanza; calcolando la velocità tangenziale anche per le stelle più vicine alla Terra, si ottengono valori superiori alla velocità della luce, che sono chiaramente inaccettabili; CONSEGUENZE del MOTO di ROTAZIONE ALTERNANZA del DI e della NOTTE la conseguenza più evidente del moto di rotazione della Terra è costituita dalla alternanza del dì e della notte; concetto di dì e di notte: con il termine di dì si indica l intervallo di tempo durante il quale uno stesso punto della superficie terrestre è consecutivamente illuminato dal sole; con il termine di notte si indica invece l intervallo di tempo durante il quale uno stesso punto della superficie terrestre è consecutivamente in ombra; osservazione: l alternanza del dì e della notte è conseguenza non solo del moto di rotazione terrestre, ma anche del fatto che quest ultimo si verifica ad una velocità decisamente superiore rispetto al moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole; se il periodo di rotazione della Terra coincidesse con il periodo di rivoluzione, la Terra esporrebbe sempre la stessa faccia al Sole e non si avrebbe quindi una alternanza del dì e della notte; 1

2 circolo di illuminazione: il circolo di illuminazione è definito come il circolo massimo che separa la superficie terrestre in ombra da quella esposta ai raggi del Sole; il circolo di illuminazione non è in realtà rappresentato da una linea, ma da una fascia: a causa della presenza dell atmosfera, infatti, quando i raggi del Sole attraversano quest ultima subiscono dei processi di diffusione e di rifrazione, per effetto dei quali all alba il Sole ci appare alcuni momenti prima di sorgere e al tramonto ci appare per alcuni momenti anche dopo essere sceso sotto il piano dell orizzonte; crepuscolo: il crepuscolo è il fenomeno per effetto del quale il passaggio dal dì alla notte (e viceversa) non è improvviso, ma graduale (come detto in precedenza, il crepuscolo è determinato dai fenomeni di diffusione e di rifrazione che si verificano quando i raggi del Sole attraversano l atmosfera terrestre); MOTO DIURNO e NOTTURNO degli ASTRI da EST verso OVEST il moto diurno del Sole e delle stelle da est verso ovest è un moto apparente: il moto reale che determina lo spostamento da est verso ovest degli astri è il moto di rotazione che la Terra compie attorno al proprio asse in direzione opposta, da ovest verso est; SPOSTAMENTO dei CORPI in MOVIMENTO sulla SUPERFICIE TERRESTRE lungo un MERIDIANO quando un corpo non vincolato si sposta lungo un meridiano subisce una deviazione dovuta al moto di rotazione della Terra; legge di Ferrel: in base alla legge di Ferrel, un corpo non vincolato che si sposta sulla superficie terrestre lungo un meridiano subisce una deviazione verso destra nell emisfero boreale ed una deviazione verso sinistra nell emisfero australe (è bene chiarire che la destra e la sinistra sono quelle di un osservatore che guardi nella stessa direzione e nello stesso verso del corpo che si muove); 2

3 LEGGI di KEPLERO legge delle orbite ellittiche: i pianeti descrivono delle orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune in cui si trova il Sole; nell orbita di rivoluzione di un pianeta si possono individuare due punti di particolare importanza, il perielio e l afelio, uniti da una linea indicata con il termine di linea degli apsidi; il senso del moto di rivoluzione dei pianeti è antiorario per un osservatore che si trovi in corrispondenza del polo nord celeste; legge delle aree: il raggio vettore che unisce il centro del Sole con il centro di un pianeta descrive superfici con aree uguali in intervalli di tempo uguali (un pianeta si muove quindi più velocemente quando è in perielio e più lentamente quando è in afelio); legge del moto planetario: i quadrati dei periodi di rivoluzione dei pianeti sono direttamente proporzionali ai cubi delle loro distanze medie dal Sole; T 2 = cost d 3 le leggi di Keplero sono valide per tutti gli oggetti del Sistema Solare: esse si applicano anche a comete, asteroidi e satelliti naturali o artificiali; 3

4 MOTO di RIVOLUZIONE moto di rivoluzione: il moto di rivoluzione è il moto che la Terra compie attorno al Sole in senso antiorario per un osservatore posto al polo nord celeste, descrivendo una traiettoria ellittica ad una velocità media di circa 30 Km/s; piano di rivoluzione: il piano contenente l orbita ellittica descritta dalla Terra nel suo moto di rivoluzione viene indicato con il termine di piano dell eclittica; equinozi: gli equinozi (equinozio di primavera e d autunno) sono i giorni nei quali la durata del dì e della notte coincidono in tutti i punti della superficie terrestre, in quanto il circolo di illuminazione passa esattamente per i due poli; linea degli equinozi: la linea degli equinozi è la linea che unisce i due punti dell eclittica in corrispondenza dei quali si verificano gli equinozi; solstizi: i solstizi (solstizio d estate e solstizio d inverno) sono i giorni durante i quali è massima la differenza tra la durata del dì e della notte; linea dei solstizi: la linea dei solstizi è la linea che unisce le due posizioni dell eclittica associate rispettivamente al solstizio d estate ed al solstizio d inverno (la linea dei solstizi è perpendicolare alla linea degli equinozi); posizione dell asse di rotazione durante la rivoluzione terrestre: durante il moto di rivoluzione terrestre, la posizione dell asse di rotazione rimane inalterata (su brevi periodi astronomici); 4

5 PROVE INDIRETTE del MOTO di RIVOLUZIONE moto apparente annuo delle costellazioni: il moto apparente annuo del Sole rispetto alle stelle fisse deve essere considerato un moto apparente, conseguenza cioè del moto di rivoluzione della Terra (la massa del nostro pianeta è infatti troppo piccola per essere il centro gravitazionale attorno al quale ruota il Sole); parallasse annua delle stelle vicine: lo spostamento apparente delle stelle vicine rispetto alle stelle lontane (indicate anche con il termine di stelle fisse) è una prova indiretta del moto di rivoluzione; tale prova venne tuttavia utilizzata solo a partire dal 1838, anno in cui fu possibile determinare sperimentalmente la prima parallasse annua (in precedenza la sensibilità degli strumenti utilizzata non consentiva di misurare angoli così piccoli); CONSEGUENZ E del MOTO di RIVOLUZIONE VARIAZIONE della DISTANZA tra la TERRA ed il SOLE in base alla prima legge di Keplero, l orbita di rivoluzione terrestre è un orbita ellittica: pertanto durante il suo moto attorno al Sole, la distanza tra la Terra e quest ultimo varia, risultando minima in perielio (il 3 gennaio circa) e massima in afelio (il 3 luglio circa); la variazione della distanza tra la Terra ed il Sole contribuisce solo in minima parte alle variazioni di temperatura stagionali: di fatto, nel nostro emisfero, le temperature sono inferiori quando la Terra è alla minima distanza dal Sole; DIFFERENZA tra GIORNO SIDEREO e GIORNO SOLARE durata del giorno: per misurare la durata del giorno, occorre scegliere un punto di riferimento esterno alla Terra, misurando poi l intervallo di tempo che trascorre prima che esso venga a trovarsi davanti all osservatore nella medesima posizione; giorno sidereo: il giorno sidereo è l intervallo di tempo necessario affinché la Terra compia una rotazione completa attorno al proprio asse rispetto ad una stella lontana; più correttamente, il giorno sidereo può essere anche definito come l intervallo di tempo che intercorre tra due culminazioni successive di una stella lontana sullo stesso meridiano terrestre (la durata del giorno sidereo è pari a 23 h 56 m 4 s ); giorno solare: il giorno solare è l intervallo di tempo necessario affinché la Terra compia una rotazione completa attorno al proprio asse rispetto al Sole; più correttamente, il giorno solare può essere anche definito come l intervallo di tempo che intercorre tra due culminazioni successive del Sole sullo stesso meridiano terrestre; 5

6 a differenza del giorno sidereo, la durata del giorno solare non è costante ma varia nel corso dell anno: il giorno solare ha infatti una durata maggiore quando la Terra si muove più velocemente nel suo moto di rivoluzione attorno al Sole (e quindi in perielio) ed ha una durata inferiore quando invece la Terra si muove più lentamente nel suo moto di rivoluzione attorno al Sole (e quindi in afelio); discrepanza tra durata del giorno sidereo e durata del giorno solare: la discrepanza tra la durata del giorno sidereo e la durata del giorno solare è dovuta al fatto che, contemporaneamente al suo moto di rotazione, la Terra compie anche un moto di rivoluzione attorno al Sole; se la Terra non fosse dotata di un moto di rivoluzione attorno al Sole, la durata del giorno solare e del giorno sidereo sarebbe la stessa; nella realtà, il giorno solare è il risultato della composizione del moto di rotazione e del moto di rivoluzione della Terra; determinazione della discrepanza tra durata del giorno sidereo e durata del giorno solare: la differenza tra la durata del giorno solare e quella del giorno sidereo può essere determinata tenendo conto del fatto che, nel suo moto di rivoluzione, la Terra compie uno spostamento angolare di circa un grado al giorno; dopo l intervallo di tempo associato al giorno sidereo, quindi, la Terra deve compiere attorno al proprio asse uno spostamento angolare di circa un grado affinché si abbia una nuova culminazione del Sole sullo stesso meridiano; per compiere questo ulteriore spostamento angolare sono necessari circa quattro minuti, un valore che si può facilmente ottenere dalla seguente proporzione: 360 : 23 h 56 m 4 s = 1 : x x 4 m giorno solare medio: poiché la durata del giorno solare non è costante nel corso dell anno è conveniente definire la durata del giorno solare medio, che è pari a 24 h (il giorno solare medio rappresenta la media della durata di tutti i giorni solari dell anno); nel corso dell anno, la durata del giorno solare non si discosta tuttavia di molto dalla durata del giorno solare medio: la differenza, in eccesso o in difetto, non è mai superiore a 40 s ; la durata del giorno solare è massima quanto la Terra si trova in perielio (intorno al 3 gennaio) ed è minima quando la Terra si trova in afelio (intorno al 3 luglio); 6

7 VARIAZIONE della DURATA del DI e della NOTTE per quanto abbiamo già detto, l asse di rotazione terrestre non è perpendicolare al piano di rivoluzione e, su brevi periodi di tempo astronomici, si mantiene parallelo a sé stesso durante l intero moto di rivoluzione: per questi motivi la posizione del circolo di illuminazione sulla superficie terrestre varia durante l anno, determinando una variazione della durata del dì e della notte; durante gli equinozi, il circolo di illuminazione passa esattamente per i poli e quindi la durata del dì e della notte coincidono in tutti i punti della superficie terrestre (la durante del dì e della notte è esattamente uguale in tutti i giorni dell anno solo nei punti appartenenti all equatore geografico); nell emisfero boreale, durante il solstizio d estate (21 giugno) la durata del dì è superiore alla durata della notte in quanto la lunghezza degli archi di parallelo illuminati è superiore alla lunghezza degli archi di parallelo in ombra; al di sopra del circolo polare artico, la durata del dì coincide con la durata del giorno intero in quanto l intera lunghezza dei paralleli è illuminata: in tali condizioni, quindi, il Sole non scende mai al di sotto del piano dell orizzonte; 7

8 nei punti a latitudine maggiore, il Sole può rimanere al di sopra del piano dell orizzonte per lunghi periodi di tempo (in corrispondenza del polo nord il dì ha una durata di circa sei mesi): questo fenomeno prende il nome di grande giorno ; ALTERNANZA delle STAGIONI durata del dì e della notte: come abbiamo già visto in precedenza, l asse di rotazione terrestre non è perpendicolare al piano di rivoluzione e, su brevi periodi di tempo astronomici, esso si mantiene parallelo a sé stesso durante l intero moto di rivoluzione; per questi motivi, la durata del dì e della notte varia (in uno stesso punto della superficie terrestre) nel corso dell anno, determinando una variazione delle condizioni climatiche in uno stesso punto della superficie terrestre; inclinazione dei raggi del Sole: un altra importante conseguenza delle proprietà associate all asse di rotazione è la variazione, nel corso dell anno, dell angolo di incidenza dei raggi solari in uno stesso punto della superficie terrestre; in tali condizioni si ha una variazione della quantità di energia solare assorbita dal suolo per unità di superficie; le variazioni nella durata del dì e della notte e nell angolo di incidenza dei raggi del Sole sono una conseguenza del moto di rivoluzione della Terra e sono la causa dell alternanza delle stagioni; nei giorni degli equinozi i raggi del Sole, nell istante del mezzogiorno vero, sono perpendicolari alla superficie terrestre in corrispondenza dell equatore geografico; nel giorno del solstizio d estate (o d inverno) i raggi del Sole, nell istante del mezzogiorno vero, sono perpendicolari alla superficie terrestre in corrispondenza del Tropico del Cancro (o del Tropico del Capricorno); importanza dell inclinazione dell asse terrestre: se l asse di rotazione della Terra fosse perpendicolare al piano di rivoluzione, la durata del dì e della notte sarebbe la stessa in tutti i punti della superficie terrestre; fissato inoltre un punto sulla superficie terrestre, l angolo di incidenza dei raggi solari sarebbe costante durante tutto l anno; in queste condizioni si avrebbero delle differenze climatiche tra punti della superficie terrestre a diversa latitudine, ma in uno stesso punto della superficie terrestre non si avrebbe una alternanza delle stagioni; 8