Il sistema Terra-Luna: forma, dimensioni e alternanza delle stagioni

Il sistema Terra-Luna

La forma e le dimensioni della Terra

Grazie ai filosofi greci Pitagora e Aristotele si ipotizzò che la Terra fosse sferica. Nei secoli successivi molte prove furono portate a sostegno di questa ipotesi. Per esempio:

• l'ombra proiettata dalla Terra sulla Luna durante le eclissi di Luna è sempre circolare
• l'orizzonte visivo da una torre o da una montagna si fa sempre più ampio

P P orizzonte di P orizzonte di P orizzonte di P"La forma e le dimensioni della Terra

• l'altezza della Stella Polare, cioè l'angolo tra la direzione della stella e il piano dell'orizzonte, varia secondo la posizione dell'osservatore
• le attuali fotografie scattate dai satelliti artificiali evidenziano la sfericità della Terra

Stella Polare Stella Polare h h L'altezza della Stella Polare diminuisce se ci spostiamo dai poli all'equatore (angolo in rosso).

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La forma e le dimensioni della Terra EDUCATION

Un'altra prova della sfericità dellla Terra è data dal fatto che, se osserviamo una nave che si avvicina alla costa, vediamo prima l'albero e le vele e solo successivamente lo scafo. Se la superficie non fosse curva, l'oggetto apparirebbe sempre tutto intero, anche se molto piccolo per la lontananza Se la Terra fosse piatta, vedremmo la barca sempre tutta intera

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La Terra non è perfettamente sferica EDUCATION

La Terra non ha esattamente la forma di una sfera: è infatti schiacciata ai poli e rigonfia all'equatore. Responsabile di questa deformazione è la forza centrifuga, generata dal moto di rotazione del pianeta Il raggio terrestre quindi non è costante: quello polare ha lunghezza minore di quello equatoriale (circa 21 km) a -b 21 km circolo meridiano 40 009 km raggio polare b = 6357 km raggio equatoriale a = 6378 km circolo equatoriale 40 077 km Elissoide: la forma e le misure della Terra

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Le dimensioni della Terra EDUCATION

Le misure della Terra riportate nella tabella mostrano una differenza di circa 21 km tra il raggio polare e quello equatoriale; il raggio medio terrestre è di circa 6370 km e l'equatore è lungo circa 40 000 km

TABELLA 1 Le dimensioni della Terra (dati approssimati) raggio polare (b) 6357 km raggio equatoriale (a) 6378 km schiacciamento polare (a - b/a) 1/297 equatore 40 077 km circolo meridiano 40 009 km superficie totale 510 069 140 km2 volume 1 083 321 000 000 km3 massa 6 . 1024 kg densità media 5,5 g/cm3

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Il solido geometrico che più assomiglia alla Terra EDUCATION

Il solido geometrico che più assomiglia alla Terra è l'ellissoide di rotazione (o astrogeodetico), che si ottiene facendo ruotare un'ellisse intorno all'asse minore L'ellissoide, utilizzato per la cartografa, non riesce però a rappresentare le numerose, anche se spesso minime, irregolarità presenti nella forma della Terra: si è quindi introdotto il geoide, definito come un solido ideale delimitato da una superficie in ogni suo punto perpendicolare alla direzione del filo a piombo

• ellissoide
• geoide verticale geocentrica verticale fisica

Il geoide, perpendicolare in ogni suo punto alla verticale fisica (filo a piombo), si innalza al di sopra dell'ellissoide nelle zone montuose e si abbassa nei mari

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I sistemi di riferimento EDUCATION

N 1 - T 1 1 1 meridiano fondamentale P 1 1 0 C latitudine E 1 equatore 1 1 1 1 1 I 1 1 1 I S Per facilitare l'orientamento di chi si muove sulla sfera terrestre, sono stati fissati alcuni riferimenti, costituiti da punti e linee immaginarie. Il polo Nord e il polo Sud (detti poli geografici) sono i due punti della superficie terrestre da dove emerge l'asse ideale intorno al quale ruota il nostro pianeta (asse terrestre). L'Equatore è una circonferenza, disegnata sulla sfera terrestre, situata su di un piano perpendicolare all'asse terrestre e passante per il centro della Terra. L'equatore divide il pianeta in due emisferi: il boreale verso Nord e l'australe verso Sud

1 1 longitudine 1paralleli sono circonferenze poste su piani paralleli al piano dell'equatore, 90 a Nord e 90 a Sud dell'equatore, (parallelo zero), e distano 1º uno dall'altro I meridiani sono le semicirconferenze, tracciate sulla superficie terrestre, che uniscono i due poli. Sono convenzionalmente 360, alla distanza di 1º d'angolo l'uno dall'altro. Si contano a partire da un meridiano fondamentale, noto come meridiano di Greenwich I meridiani e i paralleli si intersecano ad angolo retto per formare il reticolato geografico N parallelo equatore parallelo S I piani paralleli al piano dell'equatore individuano i paralleli N meridiano A meridiano B meridiano C antimeridiano C antimeridiano B antimeridiano A C I piani passanti per i poli individuano i circoli meridiani (meridiani e antimeridiani)

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Reticolo Geografico EDUCATION

Polo Nord paralleli Reticolo Geografico Equatore meridiani Polo Sud

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Le coordinate geografiche EDUCATION

Le coordinate geografiche permettono di determinare la posizione di qualsiasi punto sulla superficie terrestre, in modo univoco e indipendente dalla posizione dell'osservatore:

• latitudine
• longitudine
• altitudine

La latitudine di un punto P e la sua distanza angolare dall'equatore, si misura in gradi e varia da 0 a 90 º N, o da zero a 90 ° S. La longitudine di un punto p e la sua distanza angolare dal meridiano fondamentale, varia tra 0 ° e 180 ° e si misura verso est o verso ovest. L'altitudine viene misurata in metri rispetto al livello medio del mare e può essere positiva, al di sopra del livello marino, Q negativa, se si trova al di sotto N 1 1 1 1 P 1 O E CI latitudine 1 1 equatore 1 S

meridiano fondamentale longitudineI moti della Terra

MOTO DI RIVOLUZIONE

ORBITA ELLITTICA hub SCUOLA

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I moti della Terra EDUCATION

La Terra compie una serie molto complessa di movimenti:

• moto di rotazione intorno al proprio asse
• moto di rivoluzione intorno al Sole
• moti millenari

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Il moto di rotazione EDUCATION

La Terra ruota intorno a un asse immaginario (asse di rotazione), a velocità sostanzialmente uniforme, da Ovest ad Est. Compie un giro intero (360º ) in un tempo di 23h 56min 4s, detto giorno sidereo. A noi è però molto più familiare il giorno solare, che dura circa 24h e corrisponde al tempo che intercorre tra due successive culminazioni solari, che sono i momenti della giornata in cui il sole tocca il punto più alto della sua traiettoria nel cielo raggi stellari Sole a 4min a P P orbita terrestre T' T Giorno solare e giorno sidereo differiscono mediamente di 4 min

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La velocità lineare di rotazione EDUCATION

Ogni punto della Terra compie una rotazione di 360° in un giorno sidereo, ma percorre una circonferenza di lunghezza diversa a seconda della sua latitudine, proprio perché i diversi paralleli hanno un diametro diverso. A differenza della velocità angolare di rotazione che è identica per qualsiasi punto della terra, eccetto per i poli dov'è nulla, la velocità lineare di rotazione varia da un massimo di 463 m/s all'equatore, sino a un valore nullo ai poli v = 0 v = 187 m/s A' circolo polare 1 1 v = 420 m/s tropico 1 B B' v = 463 m/s equatore C C' equatore ( s ) La velocità lineare. L'angolo percorso dai punti A, B e C è identico, mentre l'arco di parallelo cresce con l'avvicinarsi all'equatore

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Prove e conseguenze del moto di rotazione EDUCATION

Sono "prove sperimentali" della rotazione terrestre:

• la deviazione dei corpi in caduta libera
• l'esperienza di Foucault

S2 t V2 V2 filo di sospensione oscillazione del pendolo 1 2 3 4 5 5 4 3 2 pavimento rotazione del piano di oscillazione del pendolo rotazione della Terra IL PENDOLO DI FOUCAULT Foucault fece oscillare a lungo un grande pendolo appeso al soffitto del Pantheon di Parigi. Il pendolo oscillando, non produceva sempre lo stesso solco nella sabbia ma con il passar del tempo si spostava gradualmente lasciando pensare che seguisse il modo di rotazione del nostro pianeta L'ESPERIMENTO DI GUGLIELMINI La velocità lineare v2 posseduta inizialmente dal corpo che viene lasciato cadere dalla torre è maggiore della velocità v, del suolo: questo perché il tratto percorso dalla cima della torre s2 è maggiore del tratto percorso dal suolo s1 nello stesso periodo di tempo. Di conseguenza il corpo cade spostato verso est rispetto alla verticale

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Conseguenze della rotazione terrestre EDUCATION

Le due più importanti conseguenze della rotazione terrestre sono:

• l'alternanza dì e notte
• la deviazione dei corpi in movimento sulla superficie terrestre forza di Coriolis)

direzione apparente del raggio solare direzione reale del raggio solare N dì circolo di illuminazione notte fascia del crepuscolo S strati dell'atmosfera Il circolo di illuminazione divide il dì dalla notte ed è sempre perpendicolare alla direzione dei raggi solari 1A1 1. A2 emisfero boreale A 23° 30' O E A4 A3 0° B2 emisfero australe 66°30' La forza di Coriolis

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Il moto di rivoluzione EDUCATION

La Terra esegue un moto di rivoluzione intorno al Sole, descrivendo un'orbita ellittica in cui il Sole occupa uno dei due fuochi (I legge di Keplero). L'orbita prende nome di eclittica e permette di individuare un piano su cui si trovano sia il Sole sia la Terra, definito come piano dell'eclittica Il punto di massima distanza tra la Terra e il Sole è l'afelio, mentre il punto di massima vicinanza al Sole è il perielio Il nostro pianeta impiega 365d 6h 9min 10s a compiere una completa rivoluzione: tale periodo è detto anno sidereo ed è di circa 20 minuti più lungo dell'anno solare, che dura 365d 5h 48min 46s

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Il moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole EDUCATION

solstizio d'estate 21 giugno primavera equinozio di primavera 21 marzo inverno 152 milioni di km 147 milioni di km afelio perielio estate autunno equinozio d'autunno 23 settembre solstizio d'inverno 21 dicembre Il moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole

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Le conseguenze del moto di rivoluzione EDUCATION

Le più importanti conseguenze del moto di rivoluzione sono:

• l'alternanza delle stagioni
• la diversa durata del dì e della notte nel corso dell'anno
• la suddivisione della Terra in zone astronomiche

L'asse terrestre è costantemente inclinato di 66° 33' rispetto al piano dell'eclittica (23° 27' rispetto alla perpendicolare del piano 23° 27' 66° 33' 23° 27' piano dell'eclittica | piano dell'equatore