Si tratta del tempo… per fare una meridiana!

Concetti chiave
Fisica
Rotazione terrestre
Tempo
Sundial

Introduzione
Hai mai guardato un film ambientato in un’epoca precedente, e quando un personaggio chiede che ora è gli altri personaggi, che non hanno orologi o cellulari, guardano tutti il cielo? Non stanno guardando un gigantesco orologio digitale, stanno usando la posizione del sole nel cielo per dire l’ora, come la gente ha fatto per generazioni.

Il più antico strumento conosciuto per dire il tempo, la meridiana, ci permette di tracciare la posizione del sole con più precisione. Fino all’inizio del 19° secolo le meridiane erano il principale strumento usato dall’uomo per leggere il tempo. Se posizionate correttamente, le meridiane possono essere usate per dire accuratamente l’ora fino al minuto!

In questa attività costruirai la tua meridiana e userai il tuo corpo per seguire il movimento del sole nel cielo!

Fondo
Per millenni le persone hanno usato le meridiane per dire l’ora del giorno basandosi sulla posizione apparente del sole nel cielo. Ci sono molti tipi di meridiane, ma in generale ognuna consiste in uno gnomone, un’asta sottile che proietta un’ombra su un quadrante, e una piastra piatta o piattaforma. Il movimento apparente del sole attraverso il cielo è il risultato della rotazione della Terra sul suo asse. Mentre il nostro pianeta gira, il sole sembra muoversi nel cielo, ma in realtà siamo noi che ci muoviamo!

Quando la posizione del sole cambia nel nostro cielo, l’ombra che proietta si allineerà con le linee che segnano ogni ora indicando l’ora del giorno. La precisione di una meridiana è influenzata da una serie di fattori, tra cui il fatto che l’angolo di rotazione della Terra non è perfettamente perpendicolare, e la Terra non è perfettamente rotonda. Di conseguenza, le meridiane devono essere corrette per tenere conto di questi cambiamenti.

Per questa attività costruiremo una semplice meridiana (usando un orologio per aiutarci!) e seguiremo la posizione del sole osservando le nostre ombre.

Materiali

• Gesso da marciapiede
• Misura a nastro o metro
• Penna o matita
• Grande spazio di cemento senza ombre
• Orologio
• Piatto di carta
• Paglia di plastica
• Ruolo
• Segnapunti o pastelli
• Peso di carta o qualche piccolo sasso
• Aiuto adulto
• Clima soleggiato

Preparazione

• Questa attività funziona meglio se si inizia presto nella giornata, in modo da avere qualche ora di luce per fare i tuoi test. Raccomandiamo di iniziare alle 9 del mattino e continuare a testare fino a mezzogiorno, oppure di iniziare a mezzogiorno e continuare a testare fino alle 3 del pomeriggio.

Procedura

• Inizia scegliendo un posto dove starai sempre durante questa attività. Assicurati che sia al centro dello spazio aperto di cemento, senza ombre nelle vicinanze. Segna questo spazio usando il gesso per delineare le tue scarpe.
• Stai nel posto che hai scelto e chiedi al tuo aiutante di usare il gesso per tracciare il contorno della tua ombra sul cemento.
• Usa il gesso per scrivere l’ora in cima alla tua ombra.
• Ripeti questi passi ogni 30 minuti, ogni volta segnando l’ora del giorno in cima alla tua ombra.

• Mentre aspetti di tracciare la tua ombra, usa una matita o una penna per fare un foro al centro del tuo piatto di carta.
• Controlla l’ora, arrotonda all’ora più vicina e scrivi questo numero sul bordo del piatto con un pastello o un pennarello. Per esempio, se l’orologio dice 9:45, scrivi “10” sul piatto. Usa il tuo righello per tracciare una linea retta dal numero che hai scritto fino al buco al centro del piatto.
• Aspetta che l’orologio legga l’ora che hai scritto prima di procedere al passo successivo (per esempio, se hai iniziato alle 9:45 A.M., dovresti aspettare 15 minuti finché l’orologio legga le 10:00 A.M.).
• Porta il tuo piatto e la cannuccia di plastica fuori. Metti il piatto per terra e fai passare la cannuccia attraverso il buco che hai fatto. Inclina leggermente la cannuccia verso la linea che hai disegnato.
• Ruota con attenzione il piatto in modo che l’ombra della cannuccia si allinei con la linea che hai disegnato. Pensi che l’ombra rimarrà nello stesso posto per tutto il giorno? Perché o perché no?
• Posiziona il fermacarte o le pietre sui bordi del piatto per tenerlo in posizione.
• Ogni ora controlla la tua meridiana e la posizione dell’ombra sul piatto. Se hai iniziato alle 10 del mattino, nota la posizione dell’ombra alle 11 del mattino e scrivi “11” sul bordo del piatto dove cade quest’ombra. Ogni volta che controlli la meridiana, scrivi l’ora sul bordo del piatto dove cade l’ombra. Perché pensi che l’ombra si stia muovendo? Cosa ti ricorda la tua meridiana?
• Dopo diverse ore di tracciatura della tua ombra osserva le posizioni di ogni tracciato. La tua ombra si è mossa durante il giorno? Cos’altro è cambiato della tua ombra con ogni tracciato? Cosa pensi abbia causato questi cambiamenti?

Osservazioni e risultati
In questa attività hai osservato il movimento e i cambiamenti delle ombre nel corso della giornata. Nel caso della tua ombra, il modello che hai notato dipende dall’ora del giorno in cui hai iniziato. Se hai iniziato questa attività al mattino, dovresti aver osservato che la tua ombra è partita lunga e a metà giornata sembrava molto più corta. Se hai iniziato a metà giornata, hai notato il contrario: la tua ombra è partita più corta e si è allungata nel corso del pomeriggio. Indipendentemente da quando hai iniziato, comunque, dovresti aver notato che la posizione della tua ombra è cambiata nel tempo. Man mano che si faceva tardi, la tua ombra si spostava in senso orario dal primo contorno che avevi disegnato – sempre che stessi completando questa attività nell’emisfero settentrionale!

Per la tua meridiana dovresti aver notato qualcosa di simile. Ad ogni ora l’ombra della cannuccia era in una posizione diversa, ogni volta muovendosi in senso orario dalla posizione iniziale. Dopo qualche ora dovresti aver notato che la meridiana assomiglia al quadrante di un orologio con i numeri uniformemente distanziati intorno al piatto.

La ragione del cambiamento di forma e posizione della tua ombra ha a che fare con la rotazione della Terra sul suo asse. Quando la Terra gira, il sole sembra muoversi nel cielo. Il sole è più alto nel cielo a mezzogiorno o mezzogiorno, e in questo punto proietta la sua ombra più corta perché è più direttamente sopra di noi nel cielo. Al mattino e nel tardo pomeriggio il sole è più decentrato e quindi proietta un’ombra più lunga.

La posizione dell’ombra cambia anche quando il sole sembra muoversi nel nostro cielo. Puoi vedere qualcosa di simile se fai brillare una torcia sulla tua mano e poi muovi la torcia. Mentre spostate la luce, la posizione dell’ombra della vostra mano cambierà con il movimento della torcia. La posizione del sole nel nostro cielo è dettata dalla velocità di rotazione della Terra – gira sul suo asse ad una velocità di 460 metri al secondo, o circa 1.000 miglia all’ora! Quando la Terra ruota di 15 gradi sul suo asse, è come se il sole si fosse spostato di 15 gradi nel nostro cielo. Come risultato di questo movimento (e a seconda di dove vivi), l’ombra proiettata dal sole si sposta di circa 15 gradi ogni ora, così che nel corso di 24 ore viaggia per 360 gradi intorno alla tua meridiana.

A Matter of Time, da Science Buddies
Make Moon Cycles-with an Orange, da Scientific American
Changing Constellations, da Science Buddies
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