L’attività sperimentale proposta ha lo scopo di determinare la linea meridiana che passa per il luogo in cui si trova l’osservatore e individuare i quattro punti cardinali. Questa esperienza permette di dimostrare e visualizzare alcuni concetti che affrontati esclusivamente dal punto di vista teorico possono risultare complessi, mentre se osservati praticamente sono più semplici da comprendere, come per esempio verificare che alle nostre latitudini il Sole non raggiunge mai lo zenit, che il mezzogiorno vero differisce dal mezzogiorno dell’orologio e che ogni luogo ha una linea meridiana che lo attraversa.
Questo esperimento è presente anche nella versione per le scuole secondarie di II grado: Determinazione della linea di meridiana
Scheda esperimento
| Classi | 1° anno (individuazione punti cardinali) 3° anno (approfondimento collegato ai moti della terra ed all’altezza del Sole sull’orizzonte) |
| Tipologia | Laboratorio povero |
| Durata | 4h |
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Scheda sintetica delle attività
L’attività deve essere svolta all’aperto durante una giornata con cielo sereno; deve essere eseguita necessariamente nelle ore centrali della giornata, un paio di ore prima e dopo il mezzogiorno; può essere ripetuta in diversi momenti dell’anno, ad esempio nei giorni di solstizio e di equinozio.
Può essere svolta in due varianti:
- esperienza svolta dall’intero gruppo classe in modo da realizzare una grande linea meridiana nel giardino della scuola (modalità 1)
- esperienza svolta in singoli gruppi di lavoro, formati da da 3-4 alunni, con la costruzione della propria linea meridiana (modalità 2)
Risorse
Per l’esperienza da realizzare a terra nel giardino (modalità 1, figura 1):
- un’asta, che fungerà da gnomone con un supporto che la mantenga perpendicolare al suolo, ad esempio uno stativo da laboratorio
- una corda
- una squadra metrica da carpentiere
- una livella
- un metro
- dei gessetti colorati
Nella variante dell’esperienza su carta (modalità 2):
- foglio da disegno 50cm x 33cm circa
- una matita nuova appuntita di circa 7 cm
- una matita per disegnare
- una gomma da cancellare
- un compasso
- una riga
- un nastro adesivo di carta
- una gomma adesiva (patafix o similari) o un tappo di sughero
- un supporto di base rigido (es. compensato) per fissare il foglio da disegno (figura 2)
Prerequisiti
- Conoscenza della forma e delle dimensioni della Terra, dei suoi movimenti e delle loro conseguenze geografiche
- Conoscenza del reticolo geografico
- Conoscenza della circonferenza e le sue parti
- Saper individuare il punto medio di un segmento e l’asse del segmento
- Conoscenza del significato di solstizi ed equinozi
- Capacità di utilizzo di una livella
- Capacità di utilizzo di un compasso
Obiettivi di apprendimento
- Comprendere che a ogni punto sulla superficie terrestre può essere associato un meridiano
- Conoscere e determinare i punti cardinali di un luogo
- Spiegare perché il mezzogiorno vero di un luogo differisce da quello dell’orologio
- Spiegare perché l’ora solare differisce da quella civile
- Comprendere la diversa durata del dì nelle varie stagioni
Dotazioni di sicurezza
Nessuna
Svolgimento
Modalità 1
La mattina, su una superficie orizzontale si posiziona lo gnomone costituito da una canna di bambù resa perfettamente verticale usando filo a piombo o una squadra metrica da carpentiere e una livella (figura 3).
Una volta fissato lo gnomone, si prende la prima misura segnando l’estremità dell’ombra dello gnomone a terra, con una corda, fissata da un lato allo gnomone e dall’altro ad un gessetto, puntando alla base dello gnomone, si traccia una circonferenza con raggio pari alla lunghezza dell’ombra (figura 4).
Per facilitare il disegno della circonferenza si potrà inserire all’estremità della corda un anello da portachiavi da inserire nello gnomone (figura 5). La stessa operazione va ripetuta dopo circa un’ora tracciando una seconda circonferenza. Le due circonferenze, ovviamente, sono concentriche con il centro rappresentato dalla base dello gnomone (figura 6).
Dopo il mezzogiorno si deve individuare il momento esatto in cui l’estremità dell’ombra dello gnomone cade sulle circonferenze tracciate al mattino e segnare quel punto sulla circonferenza.
Si congiungono con un segmento i due punti presenti sulla stessa circonferenza (corda), ripetendo la procedura per ogni circonferenza tracciata. Su ogni corda ottenuta si individua il punto medio (figura 7).
Si congiungono i punti medi di tali corde con il centro dello gnomone (asse del segmento). Questa linea retta (che passa per i tre punti allineati) rappresenta la linea meridiana del luogo, ossia la direzione Nord-Sud (figura 8).
La parte della linea meridiana che contiene la corda più corta volge in direzione Nord, il Sud si trova nella direzione opposta (cioè quella che contiene la base dello gnomone), quella rivolta verso il Sole. Una volta individuata la direzione Nord-Sud è facile individuare anche quella Est-Ovest che è perpendicolare alla prima (figura 9).
Ponendo le spalle verso il Sud e allargando le braccia l’Est è a destra (dove sorge il sole) e l’Ovest a sinistra (dove tramonta) (figura 10).
Le misure vanno effettuate in ore a cavallo del mezzogiorno (almeno due misure al mattino altre due nel pomeriggio). Aumentando il numero di misurazioni sarà possibile tracciare anche le linee orarie e quindi costruire un orologio solare in maniera empirica.
Ripetendo l’attività in diversi momenti dell’anno con lo stesso gnomone, ad esempio nei giorni di solstizio e nei giorni di equinozio si potranno disegnare sull’orologio solare la linea degli equinozi (linea retta) e quella dei solstizi (ramo d’iperbole). Questa ulteriore misura permette di definire la diversa altezza del Sole sull’orizzonte nel corso dell’anno, evidenziando come alle nostre latitudini il Sole non raggiungerà mai lo zenit!
Modalità 2
Sul foglio bianco se ne individua il centro, in seguito vengono tracciate circonferenze concentriche, partendo dalla prima di raggio 2 cm e aumentando il raggio delle successive di 2 cm fino al massimo consentito dalle dimensioni del foglio (figura 11).
Si fissa con la colla un supporto in sughero al centro delle circonferenze su cui è stato fatto un foro, in modo da potervi inserire la matita appuntita, che rappresenta lo gnomone (oppure si fissa la matita con uno strato di patafix) (figura 12).
In una giornata soleggiata disporre il foglio sul pavimento di uno spazio soleggiato (figura 13).
A partire dal mattino, qualche ora prima del mezzogiorno solare, attendere che l’estremità dell’ombra dello gnomone attraversi una qualsiasi delle circonferenze. Tracciare un segno su quel punto della circonferenza (figura 14).
La lunghezza dell’ombra è geometricamente legata all’altezza del Sole in quel momento. Fare più misure possibili prima del mezzogiorno.
Ripetere l’operazione nel pomeriggio, se non è possibile per tutto il pomeriggio almeno fino alle 14:00: quando l’estremità dell’ombra cade in un altro punto della stessa circonferenza, tracciare un secondo segno. In quell’istante pomeridiano il Sole raggiunge di nuovo la stessa altezza dell’istante segnato al mattino.
A fine giornata o la mattina successiva individuare due punti, uno del mattino ed uno del pomeriggio, che cadono sulla stessa circonferenza e unire con un segmento, trovare il suo punto medio, si traccia in tal modo l’asse di un segmento (figura 15)
Unire con una retta il punto medio del segmento col centro della circonferenza: la retta rappresenta la linea di meridiana del luogo (figura 16). Questa linea rappresenta un semplice orologio solare. La linea diurna durante gli equinozi è una linea retta.
Se si uniscono i punti simmetrici registrati durante il giorno sulle circonferenze rispetto alla linea di meridiana, si ottiene una linea curva: un ramo d’iperbole che rappresenta la linea diurna (figura 17 e 18).
Note e storia
Gli orologi solari sono estremamente affascinanti. Tra i diversi tipi di orologi solari noti dall’età classica, Vitruvio nel “De Architectura” libro IX (25 A.C.) ne descrive 13 tipi fondamentali.
Uno dei più famosi orologi solari è l’horologium fatto costruire dall’imperatore Augusto nel 10 a.C., una delle opere più maestose della Roma antica, le cui dimensioni erano di ben 160 metri per 175 metri. Di questo prodigio, meraviglioso e ancora in parte misterioso, si erano perse, nei secoli, le tracce. Oggi questo orologio si trova a otto metri di profondità rispetto al piano stradale attuale e può essere visitato su richiesta. Visitando questo luogo segreto e misterioso, si può avere un’idea della grandiosità dell’opera immaginata da Augusto e realizzata dal matematico Facundus Novius. Come è noto l’obelisco che faceva da gnomone, fatto trasportare dall’imperatore dall’Egitto, attualmente è posizionato sul piazzale di Montecitorio, di fronte all’edificio che ospita oggi la Camera dei deputati.
Bibliografia
- https://eratostene.vialattea.net/wpe/misurare/tracciare-la-linea-meridiana/cerchi-indu
- https://www.capitolivm.it/meraviglie-di-roma/la-grandiosa-meridiana-augusto
Autori
Giovanna Bergamini, Scuola secondaria di I grado “F. Montanari”, Mirandola (MO)
Daniele Brioschi, I. C. di Figino Serenza (CO)
Massimo Malerba, I.C. “C. Melone”, Ladispoli (RM)
Eleonora Santolini, Scuola secondaria di I grado “G. Manzi” di Civitavecchia, Roma