Rotazione e rivoluzione
Alle 7:30 il Sole sorge dietro gli Appennini, a mezzogiorno è alto sopra Roma, la sera tramonta sul mare. Eppure siamo noi a muoverci, non il Sole. Quali moti compie la Terra? Con che velocità? E perché il giorno dura 24 ore e non 23 h 56 min? Alla fine della pagina saprai rispondere.
La rotazione terrestre
La rotazione è il moto della Terra attorno al proprio asse, la retta immaginaria che passa per i due poli. Un giro completo dura circa 24 ore.
Se guardi la Terra dal Polo Nord, la rotazione avviene in senso antiorario: da ovest verso est. Per questo il Sole, la Luna e le stelle sembrano spostarsi da est verso ovest: è un moto apparente, causato dal nostro movimento.
Un giro di 360° in 24 ore significa:
$$\frac{360°}{24\ \text{h}} = 15°/\text{h}$$Ogni ora la Terra ruota di 15°. È la base dei fusi orari.
La Terra compie un giro completo attorno al proprio asse in circa 24 ore. a) Come si chiama questo moto? b) Di quanti gradi ruota la Terra in un'ora? c) In quale verso…
La Terra compie un giro completo attorno al proprio asse in circa 24 ore.
- a) Come si chiama questo moto?
- b) Di quanti gradi ruota la Terra in un'ora?
- c) In quale verso avviene la rotazione se la si osserva dal Polo Nord?
Marco osserva che il Sole sorge a est e tramonta a ovest. a) Questo movimento apparente del Sole da quale moto della Terra è causato? b) Spiega in una frase la…
Marco osserva che il Sole sorge a est e tramonta a ovest.
- a) Questo movimento apparente del Sole da quale moto della Terra è causato?
- b) Spiega in una frase la differenza tra giorno solare (24 h) e giorno sidereo (circa 23 h 56 min).
Il Foucault in un museo di Pisa è un pendolo che, in un punto vicino ai poli, ruoterebbe il suo piano di oscillazione di 360° in 24 h. a) Quale moto della Terra dimostra…
Il Foucault in un museo di Pisa è un pendolo che, in un punto vicino ai poli, ruoterebbe il suo piano di oscillazione di 360° in 24 h.
- a) Quale moto della Terra dimostra questo esperimento?
- b) Di quanti gradi ruota il piano di oscillazione in 6 ore ai poli?
- c) Perché a latitudini minori la rotazione del piano è più lenta?
Quanto va veloce un punto della Terra?
Tutti i punti compiono un giro in 24 h, ma percorrono circonferenze diverse. La velocità angolare è uguale per tutti (15°/h); la velocità lineare invece dipende dalla latitudine $\varphi$, perché il parallelo ha raggio $R\cos\varphi$ e diventa sempre più piccolo andando verso i poli.
$$v = \frac{2\pi R\cos\varphi}{T}$$Non sentiamo questa velocità perché è costante e tutto ciò che ci circonda (aria compresa) si muove con noi.
Roma si trova a circa 42° di latitudine nord. Il raggio terrestre è di circa $6.370$ km. a) Calcola la velocità angolare di rotazione della Terra in gradi all'ora. b)…
Roma si trova a circa 42° di latitudine nord. Il raggio terrestre è di circa $6.370$ km.
- a) Calcola la velocità angolare di rotazione della Terra in gradi all'ora.
- b) Calcola la velocità lineare di un punto all'equatore, in km/h, usando $v = \frac{2\pi R}{T}$ con $T = 24$ h.
- c) Calcola la velocità lineare di un punto a Roma, sapendo che il raggio del parallelo è $R\cos\varphi$ (usa $\cos 42° \approx 0{,}743$).
La rivoluzione e l'anno
La rivoluzione è il moto della Terra attorno al Sole lungo un'orbita ellittica, poco schiacciata e quasi circolare, in circa 365 giorni e 6 ore (365,25 giorni). Anche questo moto è antiorario se visto dal Polo Nord. Il fenomeno periodico legato a questo moto è l'anno, con il susseguirsi delle stagioni (le stagioni sono spiegate nella pagina «Inclinazione dell'asse e stagioni»; anche i fusi orari, legati ai 15° all'ora della rotazione, hanno una pagina dedicata).
Il 3 gennaio la Terra è al perielio (distanza minima, circa $147 \cdot 10^6$ km); il 4 luglio è all'afelio (distanza massima, circa $152 \cdot 10^6$ km). Per la seconda legge di Keplero (aree uguali in tempi uguali) la Terra è più veloce al perielio e più lenta all'afelio.
Anno bisestile. Il calendario ha 365 giorni, ma l'anno dura 365 giorni e 6 ore. Le 6 ore in più, accumulate per 4 anni, fanno $4 \cdot 6 = 24$ ore: un giorno intero, il 29 febbraio.
Il moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole dura circa 365 giorni e 6 ore. a) Quale fenomeno periodico è legato a questo moto? b) Perché ogni quattro anni si…
Il moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole dura circa 365 giorni e 6 ore.
- a) Quale fenomeno periodico è legato a questo moto?
- b) Perché ogni quattro anni si aggiunge un giorno al calendario (anno bisestile)?
La distanza media Terra-Sole è di circa $150 \cdot 10^6$ km e la Terra compie un'orbita (supposta circolare) in $365$ giorni. a) Calcola la lunghezza dell'orbita…
La distanza media Terra-Sole è di circa $150 \cdot 10^6$ km e la Terra compie un'orbita (supposta circolare) in $365$ giorni.
- a) Calcola la lunghezza dell'orbita terrestre.
- b) Calcola la velocità media orbitale in km/s.
- c) Confronta il risultato con la velocità di rotazione all'equatore (circa $0{,}46$ km/s).
Un'affermazione comune dice: «In estate fa caldo perché la Terra è più vicina al Sole». La Terra è al perielio (circa $147 \cdot 10^6$ km) il 3 gennaio e all'afelio…
Un'affermazione comune dice: «In estate fa caldo perché la Terra è più vicina al Sole». La Terra è al perielio (circa $147 \cdot 10^6$ km) il 3 gennaio e all'afelio (circa $152 \cdot 10^6$ km) il 4 luglio.
- a) Spiega perché l'affermazione è sbagliata, usando i dati.
- b) Indica quale fenomeno spiega davvero le stagioni.
- c) Come cambia la durata delle stagioni nell'emisfero boreale, data la seconda legge di Keplero?
Giorno solare e giorno sidereo
Il giorno sidereo è il tempo che la Terra impiega a compiere un giro di 360° rispetto alle stelle fisse: circa 23 h 56 min. Il giorno solare è il tempo tra due passaggi consecutivi del Sole sullo stesso meridiano: 24 h.
Perché 4 minuti in più? In un giorno la Terra si sposta anche lungo l'orbita:
$$\frac{360°}{365{,}25} \approx 0{,}986° \approx 1°$$Dopo 23 h 56 min il Sole non è ancora di nuovo sul meridiano: la Terra deve ruotare ancora di circa 1°. Ricordando che 15° richiedono 60 min, cioè 1° richiede 4 min:
$$0{,}986° \cdot 4\ \text{min/°} \approx 3{,}9\ \text{min} \approx 4\ \text{min}$$Satelliti geostazionari. Per restare fermo sopra un punto, un satellite deve compiere un giro nello stesso tempo in cui il punto compie un giro rispetto alle stelle: il giorno sidereo (23 h 56 min), non 24 h. L'orbita geostazionaria deve essere circolare e giacere nel piano dell'equatore: solo così il satellite resta sulla verticale di un punto, perché il piano di ogni orbita passa per il centro della Terra. Un satellite sopra Milano (45° N) avrebbe un'orbita con centro nel centro della Terra, il cui piano taglierebbe l'equatore: il satellite oscillerebbe a nord e a sud di esso e non resterebbe fermo sopra Milano. Un satellite con periodo di 12 h compie due giri mentre il punto ne compie uno: non può rimanere fermo.
Un astronomo afferma che, se la Terra ruotasse in 23 h 56 min ma non si spostasse sull'orbita, il Sole sorgerebbe alla stessa ora ogni giorno. a) Spiega perché in realtà…
Un astronomo afferma che, se la Terra ruotasse in 23 h 56 min ma non si spostasse sull'orbita, il Sole sorgerebbe alla stessa ora ogni giorno.
- a) Spiega perché in realtà il giorno solare dura 24 h e non 23 h 56 min.
- b) Calcola di quanti gradi si sposta la Terra sull'orbita in un giorno (orbita di 360° in 365,25 giorni).
- c) Verifica che questo angolo giustifica la differenza di circa 4 minuti tra giorno solare e sidereo.
Un satellite in orbita geostazionaria sopra l'equatore resta fermo rispetto a un punto della superficie terrestre. a) Quale periodo orbitale deve avere, e perché si usa…
Un satellite in orbita geostazionaria sopra l'equatore resta fermo rispetto a un punto della superficie terrestre.
- a) Quale periodo orbitale deve avere, e perché si usa il giorno sidereo?
- b) Dimostra che un satellite con periodo di 12 h non può restare fermo sopra un punto.
- c) Spiega perché un satellite geostazionario non può stare sopra Milano.
Vuoi riprendere il gancio iniziale? Il Sole «si muove» nel cielo perché la Terra ruota da ovest a est, e il giorno dura 24 h (e non 23 h 56 min) perché nel frattempo la Terra avanza di circa 1° sull'orbita.
In sintesi
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La rotazione è il moto della Terra attorno al proprio asse: dura circa 24 h (giorno), è antioraria (da ovest a est) e vale $15°/\text{h}$. Il moto del Sole da est a ovest è apparente.
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La velocità lineare di rotazione è $v = \frac{2\pi R\cos\varphi}{T}$: circa $1.667$ km/h all'equatore, minore alle latitudini maggiori.
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La rivoluzione dura 365,25 giorni; l'orbita è un'ellisse quasi circolare con velocità media di circa 30 km/s. Le 6 ore in più ogni anno spiegano l'anno bisestile.
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Perielio (3 gennaio) e afelio (4 luglio): la distanza dal Sole non causa le stagioni, che dipendono dall'inclinazione dell'asse.
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Giorno sidereo = 23 h 56 min; giorno solare = 24 h. La differenza di circa 4 minuti è dovuta allo spostamento di circa 1° sull'orbita.