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I movimenti della terra

geografia astronomica

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I movimenti della terra

La terra compie una serie molto complessa di movimenti: i più importanti sono il moto di rotazione intorno al proprio asse e quello di rivoluzione intorno al sole, ma ne effettua altri meno evidenti detti moti millenari, quali la precessione luni-solare, lo spostamento della linea degli 232f56c apsidi, la variazione dell'inclinazione dell'asse terrestre, la variazione dell'eccentricità dell'orbita. questi movimenti sono dovuto all'attrazione gravitazionale che gli altri corpi del sistema solare esercitano sulla terra o su parti di essa.

La terra è coinvolta nel moto di traslazione che l intero sistema solare compie verso la costellazione d ercole e nel moto di recessione della galassia da tutte le altre, dovuto all'espansione dell'universo. tutti questi movimenti avvengono contemporaneamente, producendo un unico movimento complesso impossibile da descrivere:in conclusione, la terra non passa mai due volte per lo stesso punto dell'universo.

Caratteristiche del moto di rotazione terrestre

la terra compie una rotazione completa intorno al proprio asse in 23h, 56min 4s(giorno sidereo). il movimento avviene in senso antiorario(per un osservatore posto al polo nord celeste):se invece si fa riferimento al piano dell'orizzonte, il moto avviene da ovest verso est. ogni punto della terra compie una rotazione di 360° in un giorno sidereo:tutti i punti della terra possiedono la medesima velocità angolare, intesa come l angolo percorso da un corpo di in rotazione nell'unità di tempo. ciascun punto della superficie terrestre in un giorno una circonferenza di lunghezza diversa in relazione alla sua latitudine, dato che i paralleli sono di diverso diametro. Di conseguenza la velocità lineare di rotazione varia in basa alla latitudine:all'equatore ha un valore massimo di 463m/s mentre al tropici scende a 420m/s e ai poli è nulla.



Prove e conseguenze del moto di rotazione terrestre

il moto di rotazione della terra non è percepito dai nostri sensi, per due motivi:avviene a velocità costane e l atmosfera ruota insieme al pianeta. da alcuni anni le immagini che i giungono dai satelliti artificiali sono una prova inconfutabile della rotazione terrestre, ma l esistenza di questo movimento è stata diostrata già da molto tempo. una prova di tipo indiretto è l analogia con gli altri pianeti.

Esperienza di Guglielmini: egli fece cadere, numerose volte, un peso dalla terra degli asinelli a Bologna. Osservò che il grave caduto da un altezza di 100m, giungeva al suolo spostato rispetto alla verticale di 17 mm verso est. il fenomeno è definito come deviazione dei corpi in caduta libera e non accadrebbe se la terra fosse ferma. quando, infatti, il peso si trova in cima alla torre, partecipa al moto di rotazione terrestre e si muove verso est con una velocità lineare maggiore rispetto al suolo sottostante. mentre sta cadendo, per la legge di inerzia, esso tende a mantenere la propria velocità di spostamento verso est e quindi non cade in verticale. l entità dello spostamento aumenta con l altezza della torre e diminuisce al crescere della latitudine del luogo dell'esperimento.

Esperienza di Foucault: un pendolo, costituito da un filo metallico sottile ma molto lungo(67m) e da un corpo d ottone perfettamente sferico fu appeso tramite un perno girevole alla volta del pantheon. la massa notevole garantiva una lunga durata dell'oscillazione e il perno girevole permetteva al pendolo di oscillare su un qualsiasi piano. alla sfera era applicato uno stilo che sfiorava il terreno cosparso di sabbia umida, lasciandovi un traccia. il pendolo, oscillando, non produceva sempre lo stesso solco nella sabbia ma, con il passare del tempo, lasciava tracce a raggiera, come se il suo piano di oscillazione ruotasse in senso orario. poiché era noto che il piano di oscillazione di un pendolo non varia nel tempo in un sistema di riferimento assoluto, si deduceva che era il pavimento, e quindi il nostro pianeta a ruotare in senso antiorario.

Legge di Ferrel(forza di Coriolis): A causa del moto di rotazione della terra, un corpo che si muove liberamente modificando la propria latitudine, devia dalla sua direzione originaria:verso la sua destra se si trova nel emisfero boreale, verso la sua sinistra se si trova nell'emisfero australe. La forza che causa tale deviazione è definita forza di Coriolis, ed è una forza apparente, ossia un artificio utile per descrivere un fenomeno causato dalla variazione della velocità di rotazione lineare della superficie terrestre alle differenti latitudini. Un corpo che si sposta dalla zona equatoriale verso il polo nord, nel corso del suo viaggio incontra punti della superficie terrestre che possiedono minore velocità lineare di rotazione rispetto all'equatore da cui esso proviene. un corpo si sposta dalla zona equatoriale verso il polo nord, nel corso del suo viaggio incontra due punti della superficie terrestre che possiedono minore velocità rispetto all'equatore da cui esso proviene. Poiché, per la legge di inerzia, il corpo tende a mantenere la velocità lineare di rotazione che aveva al momento della partenza, esso si troverà in anticipo rispetto ai paralleli che sta attraversando:per questo motivo subisce una deviazione verso la sua destra. un corpo che si muove dal polo nord verso l equatore possiede, invece, una velocità lineare di rotazione inferiore rispetto ai luoghi che raggiunge e quindi s troverà in ritardo anche se in questo caso devierà verso la sua destra. Nell'emisfero australe il ragionamento è lo stesso ma ci sarà una deviazione verso la sinistra di chi si muove. l intensità della forza di Coriolis è espressa dalla formula   ,dove F è la forza di Coriolis, m è la massa del corpo in movimento, v la sua velocità, la velocità angolare di rotazione della terra e    la latitudine. Il fenomeno è di grande importanza geografica, perché determina il movimento circolatorio delle correnti atmosferiche e oceaniche. non mancano conseguenze curiose:i tronchi trasportati per via fluviale si ammassano lungo la sponda destra del fiume nel nostro emisfero e lungo quella sinistra in quello australe, le rotaie dei binari ferroviari disposti lungo il meridiano si consumano in modo disuguale perche premono di più su una di esse.

La principale conseguenza del moto di rotazione terrestre è l'alternanza del di e della notte. rispetto al sole il globo terrestre è sempre diviso in due emisferi dal circolo di illuminazione: nella parte illuminata è dì e in quella illuminata è notte. in realtà il circolo di illuminazione non è una linea netta , ma una fascia di una certa larghezza dove l illuminazione varia con gradualità. il motivo per cui il passaggio dal di alla notte detto crepuscolo è la presenza dell'atmosfera. infatti i raggi solari che la attraversano producono fenomeni di diffusione di luce, che sono una delle cause dell'esistenza dell'alba e del tramonto. si producono inoltre fenomeni di rifrazione:i raggi solari che penetrano obliquamente nell'atmosfera, attraversano strati a densità crescente man mano ch si avvicinano al suolo. per effetto dei fenomeni descritti noi vediamo una certa luminosità anche quando il sole deve ancora sorgere o già è tramontato. la durata dei crepuscoli dipende dallo spessore dello strato di atmosfera che la luce ha attraversato:è quindi maggiore alle alte latitudini, dove i raggi solari arrivano al suolo più inclinati.

Movimento di rivoluzione terrestre

La terra esegue un moto di rivoluzione intorno al sole, descrivendo un orbita ellittica in cui il sole occupa uno dei due fuochi (legge di keplero). si muove in senso antiorario per un osservatore posto al polo nord celeste. l orbita, di eccentricità assai ridotta, prende il nome di eclittica e permette i individuare un piano su cui si trovano sia il sole sia la terra, definito come piano dell'eclittica. il nostro pianeta impiega 365d 6h 9min e 10s a compiere una completa rivoluzione e tale periodo è detto anno sidereo. il punto di massima distanza tra terra e sole è detto afelio mentre il punto di massima vicinanza al sole è detto perielio e la linea che unisce afelio e perielio è detta linea degli apsidi.

Le prove del moto di rivoluzione:

Esistono prove indirette del moto di rivoluzione terrestre ma si ritengono però più significative le prove sperimentali,che sono:l'aberrazione stellare,l'effetto Doppler e l'effetto di paralasse.

 

-L'aberrazione stellare annua è un fenomeno ottico che fu scoperto da un astronomo che osservando la posizione di alcune stelle al telescopio notò che essa cambiava in modo significativamente regolare nel corso dell'anno,comprendendo che in realtà era uno spostamento apparente,causato dal moto di rivoluzione terrestre. Questo difatti è spiegabile perché la direzione verso cui noi puntiamo il telescopio per osservare una stella è inclinata leggermente in avanti,nel verso del moto di rivoluzione terrestre,rispetto alla posizione reale;l'angolo tra la direzione vera e quella apparente è l'angolo di aberrazione,che può essere ampio al massimo 20,5'',quindi molto piccolo. La direzione verso cui puntiamo il telescopio non è nient'altro che la risultante della somma di due vettori:uno rappresenta la direzione reale dei raggi stellari e l'altro la velocità di rivoluzione della terra.



Questa appena descritta è l'aberrazione annua,oltre a questa esiste anche l'aberrazione diurna,causata dalla rotazione terrestre che è però minima in quanto la velocità lineare di rotazione è decisamente inferiore alla velocità di rivoluzione.

-L'effetto di parallasse spiega sempre il perché una stella occupa posizioni diverse nel corso dell'anno, tramite lo spostamento della terra da un estremo all'altro della sua orbita;il fenomeno si somma a quello di aberrazione ma è meno evidente,infatti l'angolo di parallasse non supera 1''.

-L'effetto Doppler è la causa per cui lo spettro di emissione prodotto da una stella presenta variazioni annuali causate dal fatto che la terra muove verso la stella o si allontana da essa mentre compie il suo moto di rivoluzione.

Conseguenze del moto di rivoluzione:

Le conseguenze del moto di rivoluzione sono diverse:l'alternanza delle stagioni,la differente durata del dì e della notte nel corso dell'anno,l'esistenza delle zone astronomiche,la diversa durata del giorno sidereo e del giorno solare,il moto apparente del Sole attraverso le costellazioni dello zodiaco.

-L'alternanza delle stagioni : a causa del moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole,l'angolo che l'asse terrestre forma con i raggi solari si modifica. Ne derivano due importanti fenomeni: nel corso dell'anno cambia l'inclinazione con cui i raggi solari colpiscono la terra; nel corso dell'anno si modifica la durata del dì e della notte. Per descrivere questi cambiamenti individuiamo quattro zone particolari occupate dal nostro pianeta durante il moto di rivoluzione:i due equinozi e i due solstizi. Agli equinozi di primavera e d'autunno (21 marzo e 23 settembre) il Sole in culminazione raggiunge lo zenit all'equatore. Al solstizio d'estate (21 giugno) il Sole in culminazione è alo zenit sul parallelo situato a 23°27' a Nord dell'equatore,definito come tropico del cancro. Al solstizio d'inverno (22 dicembre) i raggi del Sole in culminazione arrivano perpendicolari al tropico del Capricorno situato a 23°27' a Sud dell'equatore.

L'inclinazione dei raggi solari contribuisce fortemente al clima di un luogo;un fascio di raggi solari infatti si distribuisce in maniera più o meno ampia a seconda dell'angolo che forma con il suolo:se l'angolo è molto elevato (90°) il fascio si distribuisce su una superficie minore riscaldandola di più,mentre se l'angolo è piccolo (30°) il fascio si distribuisce su una superficie maggiore riscaldandola di meno.  Anche la durata del dì influenza notevolmente il clima di un luogo,perché da essa dipende la quantità di energia che un luogo riceve giornalmente. C'è da ricordare che nei due emisferi le stagioni sono invertite e hanno differente durata. Le stagioni definite facendo riferimento ai solstizi e agli equinozi sono dette stagioni astronomiche. Dal punto di vista astronomico però un equinozio o un solstizio non sono l'inizio di una stagione ma il suo momento centrale.

-Differente durata del dì e della notte: Il dì e la notte sono uguali in ogni luogo della Terra solo nei giorni degli equinozi,quando cioè il circolo di illuminazione taglia tutti i paralleli in due parti uguali;nel corso del resto dell'anno invece il dì e la notte sono diversi,poiché il circolo di illuminazione taglia i paralleli in parti diseguali:d'estate è più lungo il dì e d'inverno di più la notte a seconda del prevalere della parte del parallelo illuminata. Tutto questo dipende dalla variazione dell'angolo tra l'asse terrestre e il piano individuato dal circolo di illuminazione:è nullo (0°) nei giorni degli equinozi,è massimo nei giorni dei solstizi (23°27'). Ovviamente c'è qualche caso particolare:All'equatore il giorno e la notte sono sempre uguali,12 ore,perché il parallelo è sempre tagliato in due parti uguali;nel circolo polare artico nel giorno del solstizio d'estate,il circolo di illuminazione non tagli i circoli polari ma è loro tangente e quindi il sole non tramonta e il dì dura 24 ore e si unisce con il giorno dopo in cui ha la stessa durata per un totale di 48 ore consecutive. Questo fenomeno è detto Sole di mezzanotte;ovviamente mentre il sole non tramonta in quello artico non sorge in quello antartico,quindi il dì ai circoli ha una durata nulla durante il solstizio d'inverno e massima durante quello d'estate. Ai poli invece il dì e la notte sono lunghi rispettivamente 6 mesi;il grande dì va dall'equinozio di primavera a quello di autunno e la grande notte va dall'equinozio di autunno fino a quello di primavera.

-Esistenza delle zone astronomiche: Possiamo dividere il globo in 5 zone climatiche dette zone astronomiche: la zona torrida,tra i due tropici;le due zone temperate,boreale e australe,tra i tropici e i circoli polari;le due calotte polari,entro i circoli polari. La zona torrida ha un clima sempre caldo in quanto i raggi solari formano ampi angoli con il suolo in qualsiasi stagione e non vi è differenza sostanziale tra il dì e la notte. Nelle calotte polari invece il clima è sempre freddo perché i raggi solari formano con il suolo angoli molto piccoli anche d'estate. Nelle zone temperate esistono vere e proprie stagioni in quanto i raggi solari formano ampi angoli d'estate in cui fa caldo,e angoli piccoli d'inverno in cui fa freddo e il di e la notte hanno diversa durata durante l'anno.

-Diversa durata del giorno sidereo e del giorno solare: il giorno sidereo è il tempo che la Terra impiega per compiere una rotazione di 360° intorno al proprio asse: 23h 56min 4s. Si definisce giorno sidereo come il tempo che intercorre tra due successive culminazioni di una stella lontana sul meridiano dell'osservatore.

Il giorno solare è invece l'intervallo di tempo che intercorre tra due successive culminazione del Sole sul meridiano del'osservatore e ha una durata di 24 ore. La differenza di circa 4 minuti è dovuta la fatto che le due successive culminazioni del sole sul meridiano dell'osservatore si verificano solo quando la terra compie una rotazione aggiuntiva di circa un grado,che impiega 4 minuti a compiere.

Moto apparente del Sole attraverso lo zodiaco: Lo spostamento giornaliero del nostro punto di osservazione dovuto al moto di rivoluzione,si traduce per noi in una variazione della posizione del Sole,relativamente vicino, rispetto alle stelle fisse,molto lontane. Ne consegue che il Sole compie un moto apparente attraverso le costellazioni della volta celeste per tornare alla posizione iniziale dopo un anno. Infatti se fissiamo ogni giorno sulla sfera celeste la posizione del Sole a mezzogiorno notiamo che esso descrive un semicirconferenza chiamata eclittica;quest'ultima ci permette di individuare lo zodiaco,una fascia di costellazioni che il Sole attraversa nel corso dell'anno,esse sono circa 12.



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