LABORATORIO DI
ASTRONOMIA SOLARE
CLASSE PRIMA
Raccolta di esperimenti
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima 1
Determinazione del Nord con la tecnica dei cerchi Indu
Il moto apparente del Sole
Misuriamo l’altezza del Sole con l’ausilio di gnomoni di carta
Strumenti di misura per determinare l’altezza del Sole
Misuriamo il raggio del pianeta Terra (esperimento di Eratostene)
Laboratorio di Astronomia Solare
Classe Prima2
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Tecnica dei Cerchi Indu3
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Determiniamo il NordTecnica dei cerchi Indu
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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TITOLO
Determinazione del Nord geografico
SCOPO DELL’ESPERIMENTO
Determinare la posizione del nord e gli altri punti cardinali utilizzando un tecnica nota alle popolazioni Indu.
MATERIALE UTILIZZATO
Base in legno
Compasso
Pennarelli colorati
Gnomone
Determiniamo il NordTecnica dei cerchi Indu
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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PROCEDURA
1. Disegnare sulla base di legno dei cerchi concentrici e collocare alcentro uno gnomone verticale (bacchetta di legno perpendicolarealla base);
2. Prima del mezzogiorno solare, segnare l’ombra dello gnomone(verso NO) che coincide col raggio di un qualsiasi cerchio;
3. Ripetere l’operazione dopo il mezzogiorno solare, quando l’ombradello gnomone cade sullo stesso cerchio verso NE;
4. Unire gli estremi dei segmenti tracciati con le ombre: il suo puntomedio collegato alla base dello gnomone indicherà la bisettricedell’angolo formato dalle due ombre;
5. Essa indica la direzione NORD – SUD detta linea meridiana omeridiano locale.
Osserviamo il moto del Sole
TITOLO
Il moto apparente del Sole
SCOPO DELL’ESPERIMENTO
Osservare i movimenti apparenti del Sole attraverso l’ombra proiettata da uno gnomone.
MATERIALE UTILIZZATO
Cartellone colorato
2-4 banchi scolastici
Gnomone in cartoncino rigido
Gessetti colorati
Pennarelli colorati
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima 6
Osserviamo il moto del Sole
PROCEDURA
Posizionare i banchi in modo che durante il trascorrere dei mesi la luce del Sole arrivi sullo gnomone;
Attaccare i cartelloni ai banchi e lo gnomone in posizione centrale;
Ogni due settimane ad intervalli di 60’ segnare la posizione dell’ombra proiettata dallo gnomone;
Ripetere questa procedura per 3-4 mesi;
Unire i punti dello stesso colore realizzando le curve proiettate dallo gnomone.
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima 7
Osserviamo il moto del Sole
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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OSSERVAZIONI E CONCLUSIONI
Al termine dell’esperimento gli studenti devono essere in grado di rispondere alle seguenti domande:
1. Il Sole sorge sempre esattamente ad est?
2. Il Sole tramonta sempre esattamente ad ovest?
3. Qual è il moto del Sole durante l’arco della giornata?
4. Il Sole ha sempre le stesse dimensioni apparenti nel cielo?
5. Le stagioni dipendono dalla distanza tra la Terra ed il Sole?
6. Che forma ha il moto del Sole nel Cielo?
Misura dell’altezza del Sole9
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Misura dell’altezza del Sole
TITOLO
Altezza del Sole
SCOPO DELL’ESPERIMENTO
Determinare l’altezza del Sole utilizzando semplici gnomoni in
cartoncino auto-costruiti.
MATERIALE UTILIZZATO
Cartoncini colorati
Base di polistirolo
Righello graduato al millimetro
Spilli
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima 10
Misura dell’altezza del Sole
PROCEDURA
Realizzare gli gnomoni in cartoncino;
Posizionare gli gnomoni avendo cura che sitrovino perpendicolari alla base dipolistirolo;
Fissare uno spillo alla base dello gnomone(punto di partenza dell’ombra)
Coordinare l’esperimento in modo dafissare un secondo spillo(contemporaneamente) nel punto dovetermina l’ombra dello gnomone;
Misurare, utilizzando il righello, lalunghezza dell’ombra dello gnomone;
Misurare, utilizzando il righello, l’altezzadello gnomone;
Riportare tutti i dati in una tabella.
Realizzare un triangolo rettangolo(TRIANGOLO DEL SOLE) avente comecateti l’altezza dello gnomone e lalunghezza dell’ombra;
Misurare con un goniometro l’angoloopposto all’angolo retto (ALTEZZA DELSOLE);
Riportare i dati in tabella.
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Strumenti auto-costruiti12
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Quadrante fisso
NOME
Quadrante fisso
SCOPO
Determinazione altezza del Sole
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante graduato
Gnomone fisso
perpendicolarità
DIFFICOLTA’
Bassa
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Quadrante mobile
NOME
Quadrante mobile
SCOPO
Determinazione altezza del Sole
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante graduato
Mirino solare
Cerniera per traguardare il sole
Freccia segna altezza
DIFFICOLTA’
Bassa
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Teodolite semplice
NOME
Teodolite
SCOPO
Determinazione altezza e azimut del Sole
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante graduato
Mirino solare
Cerniera per traguardare il Sole
Freccia segna altezza
Base graduate per la misura dell’azimut
Freccia segna azimut
DIFFICOLTA’
media
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Teodolite con cannocchiale
terrestre
NOME
Teodolite con cannocchiale terrestre
SCOPO
Determinazione altezza e azimut del Sole
Osservare il disco solare
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante graduato
Mirino solare
Cerniera per traguardare il Sole
Freccia segna altezza
Base graduate per la misura dell’azimut
Freccia segna azimut
Cannocchiale terrestre auto-costruito
Vetrino da saldatore (per osservare il Sole)
DIFFICOLTA’
alta
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Meridiana analemmatica
NOME
Orologio solare analemmatico
SCOPO
Determinazione ora solare
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante solare
Gnomone mobile
DIFFICOLTA’
altaLaboratorio di Astronomia - Classe
Prima17
Orologio solare
NOME
Orologio solare
SCOPO
Determinare l’ora solare
ELEMENTI ESSENZIALI
Quadrante graduato libero di ruotare
Filo a piombo
DIFFICOLTA’
Media
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Meridiana equatoriale
NOME
Meridiana equatoriale
SCOPO
Determinazione l’ora solare
ELEMENTI ESSENZIALI
Doppia coppia di semicirconferenze
graduate posizionate perpendicolari tra loro
Filo gnomonico
DIFFICOLTA’
Media
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Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
Misura del Meridiano
Terrestre20
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
La Rete di Eratostene
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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La misurazione della Terra è una delle
principali proposte della Rete di
Eratostene.
Si svolge attraverso la collaborazione
di più scuole. Il coordinamento avviene
attraverso la mailing-list.
Il metodo
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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Il metodo si basa sulla determinazione della lunghezzadell’ombra proiettata da parte di uno gnomone e lamisurazione dell’angolo che i raggi solari formano con ilpiano orizzontale.
Gli alunni hanno realizzato 12 gnomoni in cartoncino chesono stati posizionati su di una base in polistiroloperfettamente planare. Tutti gli gnomoni sono statiaccuratamente posizionati all’interno delle propriepostazioni in modo da verificare, per ognuno, la verticalità.
Tutte le misure di lunghezza sono state ottenuteutilizzando righe, squadre e righelli con sensibilità di 1mm.
La procedura
Per misurare l’altezzadel Sole abbiamoutilizzato la stessatecnica vista per lamisura dell’altezza delSole (TECNICA DELTRIANGOLO DELSOLE).
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
La procedura
Per calcolare la distanza tra le due località (arco di meridiano terrestre) abbiamo utilizzato una carta geografica dell’Italia in scala 1:1000000. Tuttavia, le località interessate dalle misurazioni, non si trovano sullo stesso meridiano terrestre, per cui abbiamo dovuto trasportare idealmente una delle località sul meridiano dell’altra e utilizzare come distanza proprio il segmento che unisce questi due punti sulla carta geografica moltiplicato per il fattore di scala.
ESEMPIO DI CALCOLO
se la distanza tra le due località (con la correzione di cui sopra) è di 250 mm, l’arco di meridiano corrisponde a:
d = (250 1) mm x 1000000 = (250 1) km.
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima 24
Calcolo della lunghezza del
meridiano terrestre
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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Per determinare la misura del meridiano terrestre abbiamo seguito la seguente procedura operativa:
si calcola la distanza d tra le due località in linea d’aria situate virtualmente sullo stesso meridiano;
si calcolano le 12 misure dell’altezza del Sole come indicato in precedenza;
si determina la media aritmetica;
si calcola l’errore della media calcolando la semidistersione;
Errmedio = (max - min):2
si calcola la differenza ∆ delle altezze del Sole tra le due località tenendo conto anche degli errori sperimentali;
si calcola la circonferenza terrestre C corrispondente al meridiano secondo la formula:
C = 360xd/∆
RTerra = C/2.
Esempio di misurazione
Luogo: Belfiore
Data: 18 marzo 2008
Ora: culminazione del Sole
Valore medio: medio = 43,6 (43°36’)
Valore massimo max = 44,0 (44°00’)
Valore minimo min = 43,3 (43°18’)
Errore sul valore medio = Errmedio = (max - min):2 = 0,35 (21’)
Sulla base dei dati elaborati abbiamo stimato l’altezza del Sole:
(medio Errmedio) = (43°36’ 21’).
Postazione A ltezza gnom one
(m m)
Lunghezza om bra
(m m)
A ltezza del Sole 1
(°)
1 200 211 43 ,5
2 200 212 43,3
3 198 205 44,0
4 200 212 43,3
5 200 212 43,3
6 200 209 43,7
7 200 209 43,7
8 200 208 43,9
9 199 Errore nella m isura
10 200 210 43,6
11 200 208 43,9
12 201 211 43 ,6
1 Il valore r iportato in tabella è quello ottenuto utilizzando il modulo d i calcolo on -line.
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Determiniamo la lunghezza del
meridiano terrestre
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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Determinata l’altezza del Sole possiamo, utilizzando i dati provenienti dalle altre scuole, calcolare la misura del meridiano terrestre.
Nota la misura della circonferenza terrestre, utilizzando una semplice formula è possibile ricavare la lunghezza del raggio terrestre e confrontarlo con il valore vero[1]. In tal modo possiamo avere anche una stima dell’errore commesso sull’intero sistema di misurazione utilizzato.
[1] Come valore vero del raggio terrestre abbiamo considerato la misura riportata sul libro di Scienze in dotazione RTerra = 6371 km
Le misurazioni dello scorso
anno
Laboratorio di Astronomia - Classe Prima
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Sulla base dei dati ottenuti, abbiamo infine calcolato ilvalore medio del meridiano terrestre ed il corrispondenteraggio della Terra:
Circonferenza della Terra (valore medio) = 39728 kmRaggio della Terra (valore medio) = 6326 km
Confrontando il valore ottenuto con quello teoricopossiamo verificare di quanto abbiamo sbagliato.
Errore commesso = 6371 km – 6326 km = 45 km!Un errore di 45 km su 6371 km corrisponde ad un errorepercentuale di 0,7%.Per essere stata una esperienza didattica abbiamoricavato un valore veramente vicino a quello corretto.