IL PLUVIOMETRO Lo studio del tempo atmosferico a partire dalla fine del Seicento e per tutto il Settecento compì notevoli passi avanti con l invenzione di nuovi strumenti di misurazione come il barometro, opera del celebre italiano Evangelista Torricelli, e il pluviometro. Per avere una conoscenza scientifica degli elementi atmosferici occorre costruire uno strumento che indichi la quantità di pioggia caduta in un determinato periodo. In Italia nel 1639 uno scienziato di nome Benedetto Castelli progettò il primo misuratore di pioggia: un piccolo vaso della forma di una lattina che veniva messo all esterno durante un temporale. Si misurava il livello a cui l acqua era arrivata dopo la pioggia e si sapeva quanto avesse piovuto. Questa misura della pioggia, però, non può però essere capita da chiunque. Se non si conosce il barattolo nel quale è stata effettuata la misura dire: ha piovuto fino alla seconda tacca del mio barattolo non ci permette di capire se ha piovuto molto o poco. Poter misurare quanto ha piovuto utilizzando unità di misura che possono essere comprese da chiunque è fondamentale per fornire a chi ci ascolta un informazione utilizzabile.
Costruire uno strumento per misurare la pioggia che cade è una esperienza semplice da realizzare che però permette di riflettere su molti aspetti piuttosto generali. Prima di tutto vediamo la costruzione dello strumento: basta un barattolo trasparente, con le pareti verticali. L apertura superiore del barattolo deve essere il più possibile simile al diametro del barattolo stesso. Deve essere disposto in una zona aperta, possibilmente lontano da alberi e/o da altri ostacoli. Il pluviometro è quello strumento meteorologico che serve a misurare la quantità di pioggia caduta. Esso deve essere posto lontano dagli ostacoli. Normalmente dovrebbe essere posto in un campo aperto. Occhio anche agli schizzi che possono entrare nel pluviometro e possono alterare il quantitativo.
Ora facciamo la danza della pioggia e aspettiamo: se capiterà un giorno di pioggia abbastanza forte, vedremo il pluviometro che si riempie. Sarà bene che ogni bambino, o ogni coppia di bambini, abbia il suo pluviometro. Per lavorare con il metodo scientifico, prima della pioggia formuleremo delle ipotesi o esporremo delle teorie in base ad una serie di domande scritte. Dopo una pioggia: 1 l altezza dell acqua sarà maggiore nei pluviometri più larghi o in quelli più stretti? 2 i pluviometri più larghi conteranno più acqua? 3 durante un ora di pioggia di media intensità quanta acqua entrerà in un pluviometro? Durante un ora di pioggia normale cadono in genere tra 1/2 e 1 cm di acqua, durante un temporale molto forte ne può cadere il doppio o anche più, una pioggerellina corrisponde a pochi millimetri di acqua. Se la discussione in classe porterà a queste conclusioni, l esperimento di misurazione della pioggia servirà a confermare una teoria, se invece emergeranno ipotesi contrastanti, l esperimento costituirà permetterà di scoprire quale è quella giusta. In entrambi i casi si sperimenterà il metodo scientifico.
Sarà bene provocare questa discussione, ma non dare in anticipo le risposte giuste. Domanda #1: l altezza dell acqua è uguale in tutti i pluviometri. Domanda #2: Un pluviometro con l imboccatura più grande raccoglie più acqua, (se abbiamo introdotto il volume) possiamo misurare la quantità di acqua piovuta in ogni barattolo Domanda #3: durante un ora di pioggia di media intensità quanta acqua entrerà in un pluviometro? Per rispondere alla domanda 3 in modo esauriente, sarà necessario ripetere molte volte l esperimento di misurazione della quantità caduta in un ora, in modo da avere un idea della distribuzione della quantità di acqua caduta.
PLUVIOMETRI & PLUVIOGRAFI Le precipitazioni piovose vengono misurate in millimetri, ossia i "millimetri verticali di pioggia caduta sulla superficie di un metro quadrato". Se ne deduce che un millimetro di pioggia corrisponde ad un litro d'acqua caduta sulla superficie di riferimento di un m2. (1.000 mm x 1.000 mm x 1mm di pioggia = 1.000.000 mm3 = 1.000 cm3 = 1 litro). Predisporre una superficie così ampia per la misurazione delle piogge è ovviamente inutile perché è sufficiente conoscere con precisione la superficie di raccolta, per calcolare i litri di pioggia caduta in mm.
Un semplice pluviometro manuale è costituito da un apposito vaso cilindrico, solitamente in plastica, dotato di una scala graduata. L'altezza dell'acqua che riempie il vaso equivale alla pioggia caduta che si misura in millimetri. Si noti che con tale unità di misura l'ammontare della precipitazione risulta indipendente dalla superficie in cui la si misura, mentre sarebbe dipesa dalla superficie se fosse stata espressa in unità di volume cioè ad esempio millilitri. Definiamo le misure di un pluviometro: A = area dell'imboccatura in cm2 L = litri di acqua raccolti T = numero delle ore di esposizione alla pioggia Si avrà che: i millimetri di precipitazione nel periodo di T ore saranno pari a mm(t) = L x ( 10.000 cm² /A )* Esempio: Imbuto di raggio 15 cm ( Area pari a 3,14x(15)²= 706,5 cm²) Litri di acqua raccolta in 24 ore = 3 lt mm di pioggia = 3lt x (10.000 cm² / 706,5 cm²) = 14,15 mm in 24 ore
Per i bambini di prima e seconda basta usare un foglio a quadretti da 1mm Per i bambini della terza e quarta, utilizzare un righello, per avere i mm. Utilizzando un pennarello indelebile, segniamo delle tacche a distanza di mezzo centimetro sul vetro. Questo permetterà di leggere facilmente il pluviometro.
lun 2 mar 3 mer 6 gio 8,7 ven 8,3 sab 4,7 dom 4,3 lun 1,3 mar 3
Infine, possiamo provare a definire con loro quale è, nella nostra città, la precipitazione tipica. Per fare ciò, bisogna misurare la distribuzione della quantità di pioggia per diversi giorni. Dobbiamo innanzitutto capire quanta acqua cade in un ora di pioggia tipica e poi possiamo giudicare quando la pioggia è eccezionalmente forte oppure quando è debole. Per far questo è necessario raccogliere dati per almeno una decina di ore di pioggia.
I dati saranno espressi in cm, in qualche caso occorreranno i numeri decimali. Se i bambini non conoscono i millimetri, questa esperienza potrebbe essere una motivazione ideale per introdurli. Costruire un istogramma molto semplice ci permetterà di capire quale è la precipitazione tipica : basterà disegnare su un foglio di carta quadrettata uno schema di questo tipo e poi riportare i vari dati sullo schema segnando con una crocetta nella colonna relativa ogni misurazione. Un istogramma sarà alla fine un disegno di questo tipo
Non è ancora il momento di proporre ai bambini misurazioni di tipo statistico, ma possiamo far notare che quello che succede più spesso corrisponde alla colonnina più alta di crocette. Nell esempio, si vede che le piogge tipiche sono quelle in cui cade una quantità di acqua compresa fra 0 e 5 mm, mentre piogge tra 5 e 10 mm sono più rare e piogge oltre i 10 mm sono eccezionali. L unità di misura può essere il cm come nel disegno, o il mm, come nel testo qui sopra. Il dato che corrisponde alla colonna con il maggior numero di crocette si chiama moda della distribuzione (per non dimenticarlo, possiamo pensare che le cose che vanno di moda sono quelle che fanno quasi tutti). La conoscenza della moda di una distribuzione ci dà, con un unico numero, una informazione importante su una distribuzione di dati. L idea di descrivere molti dati attraverso pochi numeri è l idea di base della statistica.