L eclisse di sole di Monica Onida Autore Monica Onida Referente scientifico Michela Mayer Grado scolastico Scuola Secondaria di II grado Percorso collegato Il moto del Sole Nucleo Terra e Universo 1
Per lo studente L 11 agosto del 1999 si è verificata un eclissi di Sole vista da diverse località sulla Terra. L eclissi di Sole è dovuta all interposizione della Luna tra Terra e il Sole. La Luna si comporta come un oggetto opaco che ostacola il percorso dei raggi del Sole verso la Terra, gettando la sua ombra sulla Terra e oscurando quindi per qualche secondo il Sole. Un gruppo di amici in vacanza a Roma ha avuto la fortuna di assistere e, grazie a filtri appositi, è anche riuscito a fotografarla. In questo disegno schematico non sono rispettate le proporzioni né per le dimensioni dei corpi celesti, né per le distanze) Immagine by Hans Liu (CC BY-SA 2.0) Un altro gruppo di amici quello stesso giorno si trovava nei Balcani da dove ha potuto osservare l eclissi e fotografarla. Immagine by Cestomano (CC BY-NC-SA 2.0) 2
1) Chi ha osservato l eclisse a Roma ha visto un eclisse totale o parziale? E chi l ha osservata nei Balcani? Roma Balcani Totale, perché Totale, perché Parziale perché Parziale perché 2) Da cosa dipende il fatto che l eclisse sia visibile in modo totale o parziale secondo te? a) Dalla latitudine b) Dalla longitudine c) Dall orario 3) L immagine seguente mostra l eclissi sulla Terra, vista da un satellite, nel momento in cui passa sull Europa meridionale. A destra un altra immagine illustra con maggior chiarezza le zone di ombra e di penombra che produce un eclisse. 3
I due gruppi di amici si trovano secondo te: a) entrambi nella zona di ombra b) il primo nella zona di penombra, il secondo in quella d ombra c) il primo nella zona di ombra, il secondo in quella penombra d) entrambi nella zona di penombra 4) Componendo una serie di immagini satellitari si può vedere come la zona d ombra dell eclisse si è spostata sulla superficie terrestre (nell emisfero Nord), in ordine di numero dalla 1 alla 7, cioè da est verso ovest. 7 6 5 4 3 2 1 NASA - GOES images courtesy of MrEclipse.com Si sposta in questo ordine perché: a) il sole sorge a est e tramonta a ovest b) la luna è transitata davanti al sole da est verso ovest c) la Terra ruota intorno al proprio asse da est verso ovest 4
5) Durante l eclisse un gruppo di astrofili ungheresi ha fotografato l eclisse totale e, contemporaneamente, ha misurato la variazione della luminosità con due pannelli fotovoltaici rivolti verso il sole. I pannelli hanno fornito il voltaggio dato dall energia luminosa proveniente dal Sole durante l eclisse; nel grafico esso è messo in relazione all orario di rilevazione. Descrivi a parole come variano i valori rilevati (valore max e min di energia luminosa rilevata e in quali orari orario di inizio e di fine dell eclisse e durata complessiva) e collega la curva del grafico alla sequenza delle immagini riprese con la macchina fotografica, giustificando la tua scelta. Immagine tratta dalla Rivista di Meteorologia Aeronautica dell Ufficio Generale Meteorologia dell AM Immagine by Luc Viatur (CC BY-SA 3.0) 5
6) In Italia sono state intervistate diverse persone che assistevano all eclissi domandando loro di descrivere cos hanno visto. Riportiamo 4 stralci da persone diverse. a) Una cosa incredibile, mai vista prima, fantastica: l ombra è aumentata fino al punto che sembrava arrivata la notte! b) È stato fantastico, si è vista benissimo la sagoma della Luna oscurare piano piano il Sole fino a coprirlo del tutto e intanto noi siamo stati avvolti dall ombra! c) La Luna ha cominciato a entrare nel fascio di luce del Sole alle ore 12.15 circa e in poco più di mezz ora l ha completamente oscurato proiettando il suo cono d ombra sulla Terra, esattamente qui dove ci troviamo noi. d) Io ho avuto paura perché diventava tutto più buio e non vedevo più bene intorno a me. Ordina queste frasi in base al grado di scientificità, da quella con grado maggiora a quella con grado minore, sottolineando le parole che esprimono informazioni, dati o concetti utili per la scienza. 1) 2) 3) 4) 6
7) L eclisse di Sole si verifica solo in fase di Luna nuova, cioè quando la Luna, nel suo moto di rivoluzione intorno alla Terra, si interpone tra essa e il Sole, quindi si verifica: a) una volta al mese b) una volta all anno c) quando i tre astri sono allineati d) in modo casuale, non c è una regola 8) Progetta una semplice prova sperimentale per dimostrare il fenomeno delle eclissi di Sole avendo a disposizione un globo (il classico mappamondo su supporto), alcune sfere di polistirolo di diametri diversi (2 cm; 5 cm; 10 cm) e una torcia luminosa. L ipotesi da verificare è: la Luna (sfera di polistirolo) interposta tra il Sole (torcia elettrica) e la Terra (mappamondo) fa un ombra circolare sulla Terra. Elenca le fasi di esecuzione dell esperimento, individuando e giocando con le variabili fisiche in gioco, individuando anche i limiti di questa modellizzazione (cioè le differenze più importanti tra le variabili nel modello e le variabili reali). 9) Questa immagine presa dai satelliti ritrae: 7
Vero Falso Terra, Luna e Sole durante un eclisse di Sole Terra, Luna e Sole visti vista dallo spazio Terra, Luna e Sole durante un eclissi di Luna Terra, Luna e Sole quando c è Luna nuova 10) Le dimensioni del Sole sono pari a circa 100 volte quelle della Terra e a circa 380 volte quelle della Luna. A guardare il Sole e la Luna nel cielo, però, sembra che abbiano le stesse dimensioni. Tanto più che durante le eclissi, la Luna copre esattamente il Sole. Noi sappiamo che vediamo il Sole sotto un angolo = 0,53 e che dista dalla Terra circa 150.000.000 di km. Sappiamo anche che la Luna dista dalla Terra circa 384.000 km e che il suo raggio è pari a circa 1.800 km. Come puoi utilizzare queste informazioni per spiegare (o dimostrare matematicamente) perché dalla Terra vediamo Sole e Luna circa delle stesse dimensioni? 8
Per il docente Consigli per la correzione 1) Risposta corretta: Roma Balcani Totale, perché Totale, perché perché la luna copre totalmente il sole. Parziale perché la Luna non copre completamente il Sole ma solo parzialmente. Parziale perché Competenza: Dare ai fenomeni una spiegazione scientifica (Offrire ipotesi esplicative anche per fenomeni che non sono stati oggetto di studio ma che possono essere spiegati attraverso le conoscenze già acquisite). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Interazioni e relazioni tra le parti di un sistema. Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Saper leggere i dati raccolti. 2) Risposta corretta: a) Competenza: Dare ai fenomeni una spiegazione scientifica (Offrire ipotesi esplicative anche per fenomeni che non sono stati oggetto di studio ma che possono essere spiegati attraverso le conoscenze già acquisite). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Interazioni e relazioni tra le parti di un sistema. 9
3) Risposta corretta: b) Competenza: Comprendere la maniera scientifica di indagare (Capire come può essere scomposta e ricomposta la complessità dei fenomeni indagati e essere in grado di farlo in alcuni casi, individuando elementi, relazioni e sottosistemi) Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Comprendere l importanza delle schematizzazioni, modelli e formalizzazioni dei fenomeni indagati e saperli applicare a fenomeni semplici e a situazioni di vita quotidiana. 4) Risposta corretta c) Competenza: Dare ai fenomeni una spiegazione scientifica (ricordare e applicare alla situazione problematica la conoscenza scientifica utile per risolverla). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Interazioni e relazioni tra le parti di un sistema. 5) Risposta corretta: valore minimo: 1,3 volt alle ore 12.50 circa; eclisse cominciata tra le ore 12.15 e 12.20 quando i valori dell intensità luminosa hanno cominciato a decrescere (da 5/6 di partenza) ed è terminata intorno alle 12.35-40, quando i valori si sono nuovamente ristabiliti, con le loro normali oscillazioni, tra 5 e 6. 2 punti Competenza: Interpretare i dati scientifici (analizzare e interpretare i dati a disposizione per trarne conclusioni appropriate). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Dimensioni e scale spazio temporali. Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Saper leggere i dati raccolti. 6) Risposta corretta: c; b; a; d c) La Luna ha cominciato a entrare nel fascio di luce del Sole alle ore 12.15 circa e in poco più di mezz ora l ha completamente oscurato proiettando il suo cono d ombra sulla Terra, esattamente qui dove ci troviamo noi. b) È stato fantastico, si è vista benissimo la sagoma della Luna oscurare piano piano il Sole fino a coprirlo del tutto e intanto noi siamo stati avvolti dall ombra! 10
a) Una cosa incredibile, mai vista prima, fantastica: l ombra è aumentata fino al punto che sembrava arrivata la notte! d) Io ho avuto paura perché diventava tutto più buio e non vedevo più bene intorno a me. Competenza: Interpretare i dati scientifici (Riconoscere il linguaggio scientifico nei diversi media stampa, internet, TV, ecc. ed essere in grado, a seconda delle difficoltà dell argomentazione, di distinguere tra argomentazioni basate su conoscenze e dati scientifici e altri tipi di argomentazione emotive, economiche, politiche, ). Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Riconoscere le differenze tra modalità di ragionamento scientifico e altre modalità di pensiero, sia in termini di obiettivi e di linguaggio, sia in termini di procedure. 7) Risposta corretta: c) Competenza: Dare ai fenomeni una spiegazione scientifica (Offrire ipotesi esplicative per fenomeni non studiati). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Dimensioni e scale spazio temporali o interazioni e relazioni tra le parti di un sistema 8) Risposta corretta esaustiva: deve essere completa di schemi grafici e delle altre applicazioni e deve elencare le seguenti cose: fasi di esecuzione posizionare globo terrestre su un piano, accendere la torcia e illuminare il globo da un lato. Sperimentare con la sfera bianca le diverse posizioni e distanze tra Terra e Sole per formare un cono di ombra (con eventuale anche penombra) su parte di essa; variabili fisiche in gioco distanza torcia e Luna dalla Terra; dimensioni della sfera Luna; posizione relativa dei tre oggetti (allineati o meno); intensità luminosa e tipo di luce (estesa o puntiforme); limiti del modello le dimensioni infinitamente più piccole della sorgente rispetto a quella reale e anche rispetto alle dimensioni dei modelli di Terra e Luna, alterano il tipo di ombra che si viene a creare, cono divergente al posto di cono convergente, e possono far sì che l ombra copra tutta la Terra, cosa che in realtà non si verifica mai. 2 punti 11
Risposta corretta parziale: impostazione di massima corretta espressa attraverso schemi grafici e descrizione di qualche elemento corretto anche se non ben strutturato. Competenza: Comprendere la maniera scientifica di indagare (proporre modi di esplorare scientificamente un problema dato). Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Saper individuare le scale adeguate e le modellizzazioni (matematiche in questo caso) appropriate al fenomeno da rappresentare. Anche: saper confrontare i dati teorici con quelli sperimentali. 9) Risposta corretta: Vero Falso Terra, Luna e Sole durante un eclisse di Sole X Terra, Luna e Sole visti vista dallo spazio X Terra, Luna e Sole durante un eclissi di Luna X Terra, Luna e Sole quando c è Luna nuova X Competenza: Dare ai fenomeni una spiegazione scientifica (Offrire ipotesi esplicative anche per fenomeni che non sono stati oggetto di studio ma che possono essere spiegati attraverso le conoscenze già acquisite). Conoscenze della scienza (organizzatori concettuali): Dimensioni e scale spazio temporali. 10) Risposta corretta esaustiva: corretta e formalizzazione matematica in cui si calcola l angolo sotto il quale vediamo la Luna per dimostrare che è lo stesso sotto il quale vediamo il Sole. 12
d= distanza Terra-Luna = 384.000 km D= diametro Luna = 1800 x2 = 3600 km α: 360 = D : 2πd α= (3600 km x 360 )/2πd α= 1296000/2411520 = 0,53 2 punti Risposta corretta parziale: si spiega a parole il ragionamento (se li vediamo uguali anche se sono tanto diversi significa che li vediamo sotto lo stesso angolo) ma non lo dimostra coi calcoli. Competenza: Interpretare i dati scientifici (Analizzare e interpretare i dati a disposizione per trarne conclusioni appropriate). Conoscenze sulla scienza (metodi e percorsi): Comprendere l importanza delle schematizzazioni, modelli e formalizzazioni logiche dei fenomeni indagati, e sapere applicarle a fenomeni semplici e a situazioni di vita quotidiana. 13
Questo materiale è stato realizzato nel 2014 da INDIRE con i fondi del Progetto PON Educazione Scientifica, codice, cofinanziato dal Fondo Sociale Europeo. La grafica, i testi, le immagini e ogni altra informazione disponibile in qualunque formato sono utilizzabili a fini didattici e scientifici, purché non a scopo di lucro e sono protetti ai sensi della normativa in tema di opere dell ingegno (legge 22 aprile 1941, n. 633). 14