movimenti della terra - moto di rotazione

movimenti della terra

moto di rotazione

E' quello che la Terra compie intorno al proprio asse da Ovest verso Est passando per Sud in 23 ore 56 minuti  e 4 secondi  a questo movimento possiamo considerare praticamente uniforme, partecipano tuti I punti della superficie terrestre tranne I poli  ed anche l'atmosfera

prove della rotazione

1) deviazione della caduta dei corpi  un corpo lasciato cadere da una torre è soggetto a due movimenti : quello di caduta in senso verticale per la forza di gravità e quello di rotazione verso Est per la rotazione la velocità lineare verso levante di un punto della superficie terrestre  è tanto maggiore quanto più dista dal centro della Terra; sarà perciò più grande  sull'alto di una torre che non ha base. Pertanto un corpo che cade da una torre conservando per inerzia, la velocità lineare della sommità giungerà  al suolo no al piede della torre, ma secondo la risultante tra la verticale del punto di partenza e la velocità lineare. Possiamo dire che se la torre fosse ferma il corpo cadrebbe secondo la direzione del filo a piombo.

2)  apparente deviazione del piano di oscillazione del pendolo. Il fisico  francese Leone Foucault ne l851 fece sospendere alla volta della cupola del Pantheon di Parigi un filo di acciaio lungo m 68 al quale era appesa una sfera di rame di 28 kg  inferiormente appuntita. Messo in moto il pendolo sembrava che il suo piano di oscillazione  si spostasse da levante a ponente completando il giro di 360°in 32 ore. Sappiamo  dalla Fisica che il piano di oscillazione del pendolo rimane invariato nello spazio; la rotazione della Terra da Ovest verso Est causava l'apparente spostamento  del piano di oscillazione del pendolo compie una rotazione completa in 24 ore : a latitudini intermedie in più di 24 ore ; all'equatore non si sposta affatto. Ogni punto all'orizzonte  infatti al polo compie un intero giorno intorno alla verticale in un giorno ; all'equatore  invece il piano dell'orizzonte, essendo parallelo all'asse di rotazione della Terra non ruota intorno  alla verticale perciò il piano di oscillazione del pendolo  non si sposta

conseguenze della rotazione terrestre

1) moto apparente diurno del sole  e della sfera celeste
Il sole  e la sfera celeste sembrano spostarsi da oriente ad occidente. Si tratta di un moto apparente dovuto alla rotazione della Terra

2) alternarsi del giorno e della notte  I raggi solari che a causa della grande distanza arrivano a noi come se fossero paralleli illuminano nello stesso istante  metà della Terra  lasciando al buio  l'altro emisfero , Si chiama circolo di illuminazione il circolo massimo che separa l'emisfero  illuminato da quello oscuro.
Poiché la Terra ruota l'emisfero illuminato si alterna in un giorno con quello oscuro venendosi ad avere un periodo di illuminazione giorno e uno di oscurità notte

3) deviazione dei corpi in movimento. Un punto all'equatore ed uno prossimo al polo impiegano lo stesso tempo 24 ore circa per compiere una intera rotazione. Hanno  cioè ugual velocità angolare, in quanto  si spostano di 15° all'ora  ma diversa velocità lineare , percorrendo un numero diverso di metri nello stesso tempo. Per questa diversa velocità lineare  che non ci sarebbe se la terra non avesse il moto di rotazione I corpi in modo orizzontale sulla superficie terrestre vengono deviati come ha dimostrato  il meteorologo Ferrel : tutti I corpi che si muovono orizzontalmente sulla superfici terrestre purché non all'equatore o un parallelo  vengono deviati rispetto alla direzione della loro provenienza  verso destra nell'emisfero boreale e verso sinistra in quello australe.
Infatti se un corpo si muove liberamente dall'equatore verso Nordi in direzione meridiana, dirigendosi per esempio verso un parallelo posto a 30° di latitudine  incontra punti aventi velocità lineare di rotazione  sempre decrescente perciò  si troverà in vantaggio rispetto ad essi e giungerà non perpendicolarmente al parallelo ma con uno spostamento verso Nord-Est cioè nello stesso senso della rotazione. Viceversa si il corpo è diretto in senso orario cioè da parallelo posto a 30° di latitudine verso l'equatore, incontra punti di velocità lineare di rotazione sempre crescente  perciò  si troverà in svantaggio rimanendo arretrato rispetto ad essi, e si dirigerà non lungo un meridiano, ma in senso contrario al moto della terra, cioè con spostamento verso Sud-Ovest. Lo stesso ragionamento vale per un corpo che sia in moto nell'emisfero australe. Esaminando il movimento del corpo in moto, si vedrà che esso avverrà verso destra rispetto alla direzione teorica, nell'emisfero australe. La forza deviante  prodotta dal movimento di rotazione della Terra prende il nome di  forza di Coriolis un matematico ingegnere francese. La velocità lineare aumenta anche con l'aumentare dell'altezza dal livello del mare

4) schiacciamento polare
La rotazione della terra genera la forza centrifuga massima all'equatore  dove maggiore è la velocità lineare  e minima presso I poli dov'è minore la velocità lineare da ciò deriva lo schiacciamento della sfera terrestre

5)  vario peso dei corpi nelle diverse latitudini
il peso di un corpo P = mg è massimo al polo  e minore all'equatore  non solo perché l'attrazione è maggiore  al polo e minore all'equatore, ma anche perché la forza centrifuga generata dalla rotazione della terra è nulla al polo e massima all'equatore


Il giorno

la rotazione della terra si compie con moto considerato uniforme, perciò  nella misura del tempo si sceglie come unità del periodo di tempo  occorrente per un giro completo di rotazione al quale si dà il nome di giorno. La durata della rotazione terrestre viene calcolata relativamente ad un corpo celeste considerato immobile. Tale corpo  può essere una stessa oppure il sole perciò si ha il giorno sidereo ed il giorno solare

il giorno sidereo

è il tempo che intercorre tra due passaggi successivi di una determinata stesso sullo stesso meridiano. Praticamente  si considera costante, ha la durata di 23 ore 56 minuti 4 secondi e si può ritenere che corrisponda al tempo effettivo di rotazione della Terra. In realtà poichè l'asse terrestre ha un lento spostamento secolare in senso retrogrado (precessione degli equinozi)  e subisce inoltre una perturbazione, dovuta all'attrazione della Luna (nutazione)  il giorno sidereo non ha valore costante.
Negli Osservatori  astronomici il giorno sidereo si misura per mezzo del pendolo astronomico e dello strumento dei passaggi.
Il pendolo astronomico è un orologio a pendolo  rigorosamente preciso  che batte tra due passaggi consecutivi  di una stella al meridiano 86.400 secondi pari a 24 ore. In qualunque istante dà ora siderale e la posizione di una stella nella sfera celeste.
Lo strumento dei passaggi è un cannocchiale astronomico, mobile attorno ad un asse orizzontale  fornito  di un cerchio graduato  posto verticalmente accanto al cannocchiale con cui si può stabilire la distanza angolare di una stella dall'equatore terrestre

il giorno solare

è il tempo che intercorre tra due culminazioni successive del sole sullo stesso meridiano. Per il fatto che la Terra contemporaneamente al moto di rotazione compie anche quello di rivoluzione e per essere il sole molto più vicino alla terra che una stella il girono solare è di circa 4 minuti più lungo di quello sidereo
Le esigenze del vivere civile hanno fatto sorgere la necessità di considerare come unità di base della misura del tempo il giorno solare medio, che rappresenta  la media aritmetica di tutti I giorno solari dell'anno

dimensioni della Terra

dimensioni della terra

considerando la Terra come un solido sferico, possiamo teoricamente calcolarne le dimensioni servendoci delle formule matematiche relative al volume V e alla superficie

misurazione della lunghezza delle circonferenza

Eratostene di Cirene, bibliotecario della biblioteca di Alessandria, con molta approssimazione ottenne il valore della lunghezza della circonferenza terrestre Egli  credeva che Syene (oggi Assuan )  ed Alessandria d'Egitto fossero sullo stesso  meridiano .
Sapeva che la loro distanza, pari a 5000 stadi (uno stadio = m 157 circa). Nel solstizio estivo (21 giugno ), a mezzodì I raggi del Sole di Syene,situata presso il tropico del Cancro  e lo stilo (gnomone)  di un orologio emisferico di rame (scafe)  allora in uso, non dava ombra. Ad Alessandria, nella stessa ora e nello stesso giorno  il raggi solari formavano  con lo stilo dello scafe, un'ombra che copriva uno spazio pari a 1/50 della circonferenza dello stesso scafe . Questo angolo  e quello che la verticale delle due città formano idealmente la centro della terra  sono uguali  perché corrispondenti. A sua volta l'angolo formato al centro della Terra, insiste sulkl'arco di meridiano Syene-Alessandria. Quindi la distanza delle due città corrisponde ad 1/50 della circonferenza terrestre. Moltiplicando 5000 stadi (distanza lineare tra Syrene ed Alessandria per 50 ottenne 250.000 stadi, arrotondati  a 252.000 dallo stesso Eratostene. Tale valore, secondo le più recenti indagini storico-filologiche corrisponde a 39.569 km ed è leggermente inferiore al valore attuale della circonferenza terrestre( circa 40.000 km).

schiacciamento polare

schiacciamento polare

Si è già detto che la Terra ha una forma di una sfera schiacciata in corrispondenza dei due poli, perciò I meridiani devono essere considerati piuttosto delle ellissi e tutto il pianeta è simile a un ellissoide di rotazione. Lo schiacciamento polare, previsto per primo per primo da Newton può essere provato dall'aumento dell'accelerazione di gravità passando dall'equatore ai poli. Tale  aumento può essere dimostrato per mezzo del pendolo. Sappiamo dalla fisica che la durata delle oscillazione di un pendolo (T)  è data dalla seguente formula

essendo L la lunghezza del pendolo e g l'accelerazione di gravità. Ammesso lo schiacciamento polare un pendolo che batta I secondi deve essere più coro all'equatore dov'è minore l'accelerazione di gravità si per la maggiore forza centrifuga  che per la maggior distanza dal centro della Terra), e più lungo verso I poli, dove è maggiore l'accelerazione di gravità. L'astrologo francese Richer recatosi alla Caienna (Guiana francese, 5° lat. N.) nel 1842 trovò che il pendolo che batteva I secondi era in quelle località 3 millimetri più corto che a Parigi.

Nella seconda metà del secolo XVIII, inoltre due missioni francesi  effettuando misure di archi di meridiano nel Perù (presso l'equatore) e d in Lapponia (in vicinanza del polo ) poterono accertare che l'arco di grado di meridiano a lunghezza maggiore al polo che all'equatore. Veniva così confermata la forma ellittica dei meridiani. Indicando con R il raggio equatoriale e con R' il raggio polare lo schiacciamento f  sarà :

f = R - R'

     ______

        R

Dallo studio delle orbite dei satelliti artificiali è emerso che il valore dello schiaciamento terrestre è compreso fra 1/298,2 e 1/298,3. Ciò significa che il diametro equatoriale della Terra eccede il diametro polare di km 42,88 invece di km 9,94 valore accettato  fino al 1957.

reticolato geografico

reticolato geografico

considerando il nostro pianeta dei forma sferica, possiamo  distinguere in esso I seguenti elementi : asse, poli, equatore, paralleli  e meridiani. L'asse è il diametro intorno al quale ruota la Terra  e I suoi estremi si chiamano poli  : Polo Nord o Boreale o Artico  quello rivolto verso la Stella Polare ; Polo Sud o Australe o Antartico  quello opposto

Equatore è la circonferenza massima originata sulla superficie terrestre dal piano perpendicolare all'asse  e passante  per il centro della Terra . Esso divide la Terra in due emisferi  Nord o Boreale o Settentrionale o artico; Sud o meridionale o australe o antartico.
I circoli determinati sulla superficie terrestre dai pinai paralleli a quello che contiene l'equatore, si dicono Paralleli; Essi vanno sempre più a rimpicciolirsi  man mano che si avvicinano ai Poli, così  che il grado di parallelo va da un massimo di chilometri 111,307 all' equatore  ad un minimo al Polo.
IL numero dei paralleli è indefinito, perché possiamo immaginare di far passare un parallelo per ogni punto della superficie terrestre. Ma se dividiamo in 90° l'arco di meridiano compreso tra l'equatore ed il Polo Nord e per ogni grado facciamo passare un parallelo  si avranno 89 paralleli. Facendo lo stesso ragionamento per l'emisfero australe  avremo altri 89 paralleli, cioè complessivamente 178 paralleli (180 con I poli ). Un parallelo  si indica per mezzo della sua latitudine.
Si dicono circoli meridiani  I circoli massimi  determinati sulla superficie terrestre  dai piani passanti per l'asse terrestre. Le semicirconferenze di tali circoli, che vanno da un polo all'altro sono detti meridiani  e antimeridiani  sono le semi circonferenze diametralmente opposte. I meridiani  hanno tutti la stessa lunghezza  ed il grado di meridiano si può considerare costante e pari a 111,121 km.
Anche il numero dei meridiani  è indefinito  potendosene considerare tanti quanti sono I punti della superficie terrestre. Se però immaginiamo di dividere l'equatore in 360° e di far passare un circolo meridiano per un grado e per quello opposto, potremo segnare sulla Terra 180 meridiani e 180 antimeridiani. Il meridiano si indica per mezzo della sua longitudine. I meridiani  ed I paralleli formano un reticolato detto reticolato geografico  che permette di determinare la posizione assoluta di ogni punto

prove della sfericità della terra

prove della sfericità della terra

elenchiamo brevemente le prove che di solito si adducono per dimostrare la sfericità della terra. Esse in realtà comprovano che la superficie del nostro pianeta è convessa e finita;
1) procedendo dall'equatore a un polo l'altezza di una stella cioè l'angolo che essa forma su piano dell'orizzonte aumenta

2) di una nave che si allontani dal porto prima scompare lo scafo poi l'alberatura

3) l'orizzonte sensibile che è sempre circolare si ingrandisce man mano che l'osservatore si innalza verticalmente

4) I viaggi di circumnavigazione non si potrebbero effettuare se la terra non fosse rotonda il primo di tali viaggi fu iniziato da Ferdinando Magellano  nel 1519 e condotto a termine da Sebastiano Cano

5) le superficie dei mari e dei grandi laghi si comporta come uno specchio convesso dando degli oggetti un'immagine diritta virtuale ed impiccionita

6) le fotografie scattate da grandi altezze con macchine fotografiche impiantate su missili satelliti mostrano la rotondità

7) oggetti uguali a diverse latitudini proiettano contemporaneamente un diverso angolo d'ombra

forma della terra

forma della terra

La forma della terra non corrisponde ad una sfera perfetta, ma si avvicina a quella di uno sferoide o di un ellissoide di rotazione, solido generato dalla rotazione di un ellisse intorno al proprio asse minore.
In realtà a causa della superficie accidentata, la Terra presenta una forma propria del tutto particolare, geometricamente indefinibile. I geografi per gli studi geodetici, hanno sostituito  quella reale con una ipotetica, chiamata geoide solido che si avrebbe se la superficie del mare in tranquillità si immaginasse prolungata anche al di sotto dei continenti.
Questa figura grossolanamente sferica presenta la superficie leggermente abbassata nelle zone oceaniche ed elevata in quelle continentali e gode della proprietà che in  ogni suo punto la direzione del filo a piombo  coincide con la perpendicolare alla superficie  terrestre passante per  quel punto. Le dimensioni della terra, ottenute  geodeticamente, sono quelle del geoide  e non dell'ellissoide  di rotazione, anche se la differenza  tra le due forme è solo  di poche diecine di metri. In astronomia però si assume comunemente come forma della Tera l'ellissoide di rotazione cioè la forma di una sfera schiacciata ai poli

la terra

la terra

La terra fino ai tempi di Pitagora era ritenuta di forma pian e limitata intorno dall'oceano. Pitagora  (IV secolo a.C. )  intuì che la terra fosse sferica ed isolata nello spazio. L'idea del grande matematico e filosofo fu convalidata delle concezioni di Aristotele (384-322 a.C.) e dai calcoli di Eratostene (276-194 a.C.).
Che la terra sia sospesa nello spazio si può dedurre da questi fatti :

1) tutti gli astri si vedono sorgere e tramontare. Necessariamente  devono attraversare lo spazio che circonda la terra

2)  tutti gli astri sono isolati nello spazio quindi per analogia deve esserlo anche la terra

3) la superficie delle terre emerse, quella dei mari  e l'atmosfera che avvolge il nostro pianeta possono esser percorse in ogni direzione senza che si incontrino ostacoli