Presentazione progetto LIM “Giriamo nello spazio..seguiti dal tempo”

1. Presentazione progetto LIM “Giriamo nello spazio...inseguiti dal tempo” La genialità dell’uomo si manifestò quando, nella notte dei tempi, egli percepì di essere, di vivere, di pensare, di muoversi in uno spazio, di essere inevitabilmente assoggetto al tempo. Fu così che la curiosità di sapere, di conoscere, di esplorare il mistero della sua esistenza, lo indussero a cercare, oltre al modo di sopravvivere, quello di scoprire il perché, l’essenza stessa della vita e divenne, senza nemmeno accorgersi, filosofo, astronomo, geografo, poeta, storico, scienziato, matematico e tramandò il suo sapere di generazione in generazione fino a raggiungere, non alla certezza, che nemmeno l’uomo moderno possiede, ma al bisogno irrefrenabile della verità. I nostri ragazzi, come gli uomini dei primordi, hanno questa necessità: scoprire l’esistente, indagare su nuovi campi di conoscenza, ricercare quelle verità umane e scientifiche che ancora restano misteriosamente inesplorate e racchiuse nello spazio e nel tempo.

2. Anno scolastico 2009/2010 Istituto di primo grado “Galileo Galilei” Progetto LIM Giriamo nello spazio... inseguiti dal tempo

3. Dove siamo • La sfera celeste • Orientarsi • Orientiamoci con il Sole • Orientiamoci con la Stella Polare • Orientiamoci con la Luna • Orientiamoci con la bussola • Orientiamoci con i Punti Cardinali • Orientiamoci con la Rosa dei Venti • … a proposito di vento • Orientiamoci con la carta geografica • Orientiamoci con le coordinate geografiche • L’antica concezione dello spazio e del tempo • Un po’ di Storia del Tempo • Il Tempo regolato dal ciclo delle stagioni • Tempo ciclico, Tempo lineare • Il calendario giuliano • Il calendario gregoriano • Il campione del Tempo • L’anno tropico • Dal quadrante solare … all’orologio atomico • Un aforisma sul tempo … Sommario

4. LA SFERA CELESTE C’ è una corrispondenza tra la terra e il cielo che è sempre attuale . Conoscerla e capirla giova all’uomo perché l’aspetto del cielo che ci sovrasta ci dice dove siamo sulla terra. “La geografia fisica” ci insegna la morfologia della superficie terrestre: oceani, mari, continenti, montagne, fiumi, laghi ecc.. La “geografia politica” insegna come è ripartita la sovranità su questa superficie, l’astronomia ci insegna la morfologia di una grande sfera che sembra girarci intorno: come si chiamano e dove si trovano le stelle più importanti, ci insegna a riconoscere i pianeti e i loro movimenti rispetto alle stelle, come pure il ”moto” del sole, della luna e ad utilizzare laciclicità di questi moti per misurare il tempo e per orientarci nello spazio.

5. Orientarsi nello spazio geografico risponde alla necessità di conoscere al di là di quanto vediamo, proviene dall'esigenza di muoversi, di spostarsi, di raggiungere una meta. Quando essa è visibile è infatti facile scegliere la direzione per raggiungerla, percependo in maniera naturale la reciproca posizione tra il punto di partenza e quello di arrivo. Ben diverso è l'atteggiamento quando la destinazione è fuori della vista, perché occorre sapere in quale posizione relativa esso sia rispetto al punto in cui ci si trova inizialmente, a patto inoltre di conoscerlo, per poter scegliere in quale direzione avviarsi ed infine stabilire quale tragitto percorrere.

6. Orientiamoci con il sole Il sole è un astro che nel cielo è in movimento, non ha una posizione fissa. In base alla nostra esperienza, però, sappiamo che all'alba e al tramonto il moto del sole interseca la linea dell'orizzonte, individuando rispettivamente su di essa due punti teoricamente fissi EST OVEST

7. Orientiamoci con la Stella Polare L'orientamento con il sole diventa ovviamente impossibile dopo il tramonto. Ma anche di notte, in assenza di strumenti, il cielo ci può ancora aiutare. E' importante ricordare che il tramonto e l'alba sono separate dal buio della notte da due fasi, dette crepuscolo, la cui luminosità è sufficiente per impedire l'osservazione delle stelle e anche, quindi, l'orientamento. La durata del crepuscolo, una volta di più per complicare le cose, varia all'aumentare della latitudine fino ad eliminare di fatto la notte oltre il circolo polare.

8. Orientiamocicon la luna La luna, specialmente se piena, illumina il cielo e rende più difficoltoso individuare le stelle; ostacola cioè l'orientamento. In questo caso conviene far "buon viso a cattivo gioco" e utilizzare la luna stessa come riferimento. Con la luna piena si può utilizzare l'orologio, adottando lo stesso sistema ma ricordando che il punto cardinale trovato è in questo caso il Sud.

9. Orientiamoci con la luna La luna al primo quarto crescente approssimativamente indica : alle ore 18 il Sud, alle ore 24 l‘Ovest. La luna all'ultimo quarto, calante approssimativamente indica alle 24 l‘Est alle ore 6 il Sud. La luna nuova fortunatamente non si vede e così le stelle possono essere utilizzate meglio.

10. Orientiamoci con la bussola La terra possiede un campo magnetico la cui origine non è stata ancora scientificamente scoperta. Essa è costituita da un ago calamitato, che, in virtù della componente orizzontale, orienta un estremo (in genere dipinto di rosso) verso il polo magnetico Nord.

11. La zona sull’orizzonte dove il sole sorge viene detta oriente o est mentre quella in cui tramonta è l’occidente o ovest, tracciando una linea perpendicolare alla congiungente est-ovest negli equinozi, si individuano altri due punti, detti Nord e Sud; quest’ultimo dalla parte in cui si viene a trovare il sole a mezzogiorno, il Nord dal lato opposto. Questi quattro punti di riferimento fondamentali, Est, Sud, Ovest e Nord sono detti punti cardinali; aggiungendo ad essi le direzioni da cui spirano alcuni venti tipici, si ottiene la cosiddetta Rosa dei Venti. Orientiamoci con i Punti Cardinali

12. Orientiamoci con la Rosa dei Venti La rosa dei venti è una rappresentazione grafica dei quattro punti cardinali nord sud est ovest e dei quattro punti intermedi che individuano altrettante direzioni nord-est,sud-est, sud-ovest nord-ovest Tra questi punti se ne possono rappresentare altri otto intermedi nord-nord-est, est-nord-est e così via. Questa rappresentazione fa corrispondere ai quattro punti cardinali e ai quattro punti intermedi i nomi degli otto venti conosciuti da tutti i naviganti.

13. Eolo, personaggio della mitologia greca, è indicato come il dio dei venti … a proposito di venti i loro nomi sono: settentrione o tramontana (da nord) grecale (da nord-est) oriente o levante (da est) scirocco (da sud-est) mezzogiorno o austro (da sud) libeccio (da sud-ovest) occidente o ponente (da ovest) maestrale (da nord-ovest)

14. Orientiamoci con una carta geografica Per prima cosa bisogna prendere dei punti di riferimento che ci consentano di orientare la carta nella maniera giusta. La possibilità di determinare la posizione delle singole località della Terra è molto importante. Infatti serve nei casi di navi in pericolo le quali devono comunicare la loro posizione per essere soccorse, oppure per coloro che percorrono lande desolate senza punti di riferimento e che possono proseguire solo determinando la propria posizione. Per determinare la posizione delle singole località sulla Terra si usano le coordinate geografiche

15. Orientiamoci con le coordinate geografiche La posizione di un punto sulla superficie terrestre viene determinata attraverso le coordinate geografiche. Esse sono la latitudine e la longitudine.La latitudine indica la distanza angolare di un punto dall'Equatore. Essa viene espressa in gradi o frazioni di grado. La latitudine all'Equatore è di 0°. La latitudine al Polo Nord è di +90° o 90°N; la latitudine al Polo Sud è di -90° o -90°S.La latitudine al Tropico del Cancro è di +23°27', al Tropico del Capricorno è di -23°27'; al Circolo Polare Artico essa è di +66°33', al Circolo Polare Antartico è di -33°66'.

16. LE COORDINATE TERRESTRI Sulla sfera terrestre il sistema per orientarsi è abbastanza semplice, si fa uso di due coordinate, che fanno riferimento appunto ai parametri di rotazione, l’equatore e i poli: la latitudine e la longitudine . La latitudine misura la distanza del punto dall’equatore. Si misura lungo il meridiano del luogo ( il cerchio perpendicolare all’equatore che passa per il luogo in cui ci troviamo e per i due poli). E’ una misura angolare: zero gradi all’equatore e 90 gradi al polo (Sud o Nord). I punti aventi la stessa latitudine stanno sullo stesso parallelo La longitudine misura la distanza angolare fra il meridiano del luogo e un meridiano di riferimento (scelto di comun accordo tra le nazioni), attualmente quello che passa per Greenwich).Anche questa coordinata indica un arco sull’equatore, quindi può essere misurata i gradi ( o° a Greenwich fino a 180° andando verso est e -180° andando verso ovest).

17. Per il pensiero antico lo spazio matematico è uno spazio astratto, uniforme; è uno spazio che non dice nulla finché non è confinato, in primo luogo, e differenziato dall'altro. Quindi gli spazi sono luoghi e i luoghi sono ubicabili nel momento in cui sono a loro volta contornati da altri spazi che presentano diverse qualità: è l'aspetto qualitativo che determina il luogo. Analogamente al caso dello spazio, che non è una realtà diversa dalla qualità fisica dello spazio o del luogo, anche il tempoè regolato essenzialmente dalla ciclicità: è il tempo delle stagioni, è il tempo del ciclo solare (Giorgio Stabile, filosofo contemporaneo)

18. Il tempo esiste perché dipende dal ritardo e dall'anticipazione, le cose non accadono tutte insieme, c'è un prima e un dopo, un movimento in cui si distingue un tempo … ed ora un po’ di storia … del Tempo

19. Il contadino riusciva a riconoscere la stagione non certo consultando un calendario o un manuale di agricoltura, ma guardando la vegetazione. Uno schema che è regolato sui sei mesi di produzione e sui sei mesi di stanca dell'attività agraria. Mesi in cui la produzione vegetale suggerisce la qualità del tempo. Un tempo, quello agrario, che non può essere né sollecitato né invertito. Dice Dante: "Occorre aspettare il tempo opportuno"(Giorgio Stabile, filosofo contemporaneo) Fino a tempi brevi le nostre nonne riconoscevano un giorno più per il santo che non per il numero che qualificava il giorno.

20. La concezione del tempo ciclico e del tempo lineare Il tempo è la dimensione nella quale si concepisce e si misura il trascorrere degli eventi. Tutti gli eventi possono essere descritti in un tempo che può essere passato, presente o futuro. La complessità del concetto è da sempre oggetto di studi e riflessioni filosofiche e scientifiche da parte dell'uomo. Il tempo non può essere altro che la ruota in cui tutti gli esseri eternamente rinascono Nel contesto biblico è introdotta la concezione del tempo procedente a senso unico, dove lo svolgimento storico dell'umanità è irreversibile, senza possibilità di ritorno e con una serie di istanze nelle quali le libere decisioni dell'uomo, con il loro apporto di male o di bene, sono destinate a rimanere tali per tutta l'eternità. .

21. Il calendario di Giulio Cesare In epoca repubblicana i Romani usavano il cosiddetto calendario di Numa che fu soggetto ad abusi ed errori che portarono a uno sfasamento medio di tre mesi rispetto alle stagioni; l'estate era slittata a ottobre e a novembre, mesi che ai tempi di Numa erano autunnali. Per rimettere ordine in questa situazione Giulio Cesare, verosimilmente durante la sua spedizione in Egitto del 47 a.C. (-46), incaricò l'astronomo alessandrino Sosigene di progettare un nuovo calendario più funzionale (da Plinio). Tale calendario, che prese il nome di giuliano, entrò in vigore nel 46 a.C. (-45) che fu un anno del tutto eccezionale; per riallineare i mesi alle stagioni tradizionali si dovettero inserire due mesi straordinari tra novembre e dicembre oltre ad un'ultima intercalazione del mese Mercedonio (da Svetonio)); si ritiene dunque che quell'anno sia stato di 456 giorni.

22. Il calendario andò a regime nel 45 a.C. (-44): abolito il mese mercedonio, ogni 4 anni doveva essere intercalato un giorno in più, detto bis - sextum perché inserito il giorno dopo il 24 febbraio (giorno VI dalle calende di marzo); questo anno speciale prese il nome di bisestile. In questo modo l'anno viene ad avere una durata media di 365 giorni e 6 ore, alcuni minuti più del vero (e già Ipparco aveva calcolato tale lunghezza in 365g 5h e 55m, solo 7 minuti più della stima moderna), un errore che evidentemente Sosigene considerò trascurabile, ma che porterà molti secoli più tardi all'introduzione del calendario gregoriano.

23. Il calendario gregoriano Nel 325 al concilio di Nicea fu rilevato che l'equinozio di primavera invece di cadere il 25 marzo, come era al tempo di Cesare, era anticipato al 21 marzo per l'imprecisione intrinseca nel calendario giuliano, che è basato su una durata media dell'anno di 365 giorni e 6 ore, dodici minuti più del vero. Per evitare che il problema si ripresentasse in futuro, venne introdotto, sempre su progetto del Giglio, un nuovo calendario leggermente modificato che ebbe il nome di Gregoriano in onore del papa allora regnante Gregorio XIII.  Le novità di questo calendario sono: Gli anni secolari (ovvero divisibili per cento) non sono più bisestili. Il secolo dura dunque 36524 giorni e la durata media dell'anno si avvicina al reale. Gli anni secolari divisibili per 400, come il 1600 o il 2000, sono invece di nuovo bisestili, e la durata media dell'anno gregoriano viene così ad essere di 365.2425 pari a 365g 5h49m12s un valore ancor più vicino alla durata dell'anno tropico che è di 365g 5h 48m 46s.

24. IL CAMPIONE DEL TEMPO Per l’uomo la misura del tempo ha due scopi: uno a lunga scadenza (per esempio, pianificare la mietitura) e uno a breve termine (sapere quando farà buio). Riguardo al lungo termine, la terra ci fornisce due unità affidabili con il giorno e l’anno. Sfortunatamente, per i periodi più brevi non ci sono unità equivalenti. Per misurare un intervallo di tempo è sufficiente contare il numero di volte in cui un qualunque fenomeno si ripete con regolarità. Per questo motivo il tempo non ha mai avuto un campione da conservare in cassaforte come è successo per la lunghezza e il peso. Il campione di tempo ce l’abbiamo sotto il naso ogni giorno, è…il giorno!

25. L’ANNO TROPICO All’inizio di un nuovo anno, come ogni gennaio che si rispetti, bisogna sostituire il vecchio calendario con quello nuovo. Ma come si fa a misurare il tempo che trascorre tra il primo gennaio e il 31 dicembre di uno stesso anno? Non è così semplice stabilire la durata di un anno. L’idea base di un calendario è quella di seguire il ciclo delle stagioni. Ma a che cosa corrispondono le stagioni dal punto di vista astronomico? Per capirlo, bisogna sapere che l’asse di rotazione della terra, intorno al quelle la terra ruota in un giorno, non è perpendicolare al piano dell’orbita terrestre ma è spostato di 23 gradi circa. Ci sono dunque dei momenti dell’anno in cui l’emisfero Nord prende la luce del Sole in piena faccia e altri momenti in cui è l’emisfero Sud che ne ha diritto: al Sud è estate quando è inverno al Nord. C’è un momento in cui le situazioni si incrociano: questo avviene quando nessuno dei due emisferi viene “avvantaggiato”, vale a dire quando il piano che contiene l’equatore terrestre passa per il centro del sole. In quel preciso momento, che si verifica due volte l’anno, la situazione dei due emisferi si inverte e uno va verso l’inverno, l’altro verso l’estate. È l’equinozio. Nel giorno in cui la terra passa per il punto dell’equinozio, la durata del dì è uguale a quella della notte.

26. QUANTO TEMPO DURAUN ANNO Ecco allora un’ idea: mettiamoci nel punto dell’equinozio, facciamo partire un cronometro e aspettiamo il ritorno a questo equinozio. Il cronometro si fermerà sulla seguente misurazione: 365 giorni, 5 ore, 48 minuti, 46 secondi. Questo è chiamato anno tropico. Quello che chiamiamo comunemente giorno è il giorno solare che è stato diviso per convenzione in 24 ore. Il secondo è l’intervallo di tempo che si ottiene dividendo il giorno solare medio in 86400 parti uguali .Nel 1967 La Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure(CGPM) ha ridefinito il secondo come il tempo impiegato da un isotopo di cesio per vibrare 9192631770 volte in particolari condizioni. Così si sfrutta la vibrazione atomica perché e un fenomeno ciclico più preciso della rotazione terrestre.

27. Misuriamo il tempo I fisici definiscono il tempo attraverso la sua misura e ciò presenta alcune aporie. È necessario avere uno strumento che sia ripetitivo e contemporaneamente possegga un qualche elemento di novità. Ad esempio in un orologio analogico con datario le lancette ruotano ripetitivamente (tempo circolare) e il datario (tempo lineare) che cambia allo scoccare della mezzanotte. Dunque il tempo possiede ripetizione e differenza, caratteristiche che di solito troviamo separate. Candela marcatempo

28. L’orologio ad acqua Fra i più antichi strumenti usati per misurare il tempo si possono ricordare le clessidre ad acqua, nelle quali il trascorrere del tempo veniva indicato dall'abbassamento del liquido contenuto in un recipiente e fatto defluire lentamente attraverso un piccolo foro; le prime di esse sono dovute agli Egizi e risalgono al XVI secolo a.C., mentre sono molto più recenti (IX secolo d.C.) quelle a sabbia. Ctesibio (scienziato Alessandrino – 124 a.C.), uno dei massimi inventori dell'antichità, progettò e costruì nel I secolo d.C. un orologio ad acqua, o clessidra, capace d'indicare automaticamente tale escursione.In dettaglio funzionava mediante uno stillicidio tra due recipienti. Il livello dell'acqua nel superiore era mantenuto costante per la regolarità del deflusso. Nell'inferiore, invece, si innalzava lentamente in 24 ore. Con l'acqua saliva un galleggiante e scendeva il contrappeso vincolatogli con una catenella, il cui andirivieni poneva in rotazione un indice in ragione del trascorrere del tempo. Dopo 24 ore un sifone esauriva l'acqua riavviando il ciclo. 

29. Meridiana o quadrante solare L’ orologio solare è uno strumento tecnologicamente molto semplice, costituito da un oggetto il cui scopo è quello di generare un'ombra. In base alla posizione e alla lunghezza dell'ombra, l'uomo desume l'ora. Per poter leggere questa informazione occorre che l'ombra si muova su uno sfondo opportunamente contrassegnato da linee di riferimento.L'oggetto che genera l'ombra prende il nome di gnomone e può assumere la forma, le dimensioni e l'aspetto più strani e curiosi possibili, anche se normalmente lo si ritrova a forma di asta o di lamiera tagliata a triangolo.Lo sfondo sul quale viene raccolta l'ombra e si legge l'ora prende il nome di quadro o quadrante. Anch'esso può avere le forme più disparate sebbene la forma più frequentemente usata sia quella della superficie piana.Sistemati, in maniera opportuna, questi due oggetti (e ovviamente tracciati i riferimenti sul quadro) non c'è da fare altro.A tutto il resto penserà il Sole.

30. L’orologio meccanico Nel 1309 Milano fu la prima città al mondo ad avere un orologio meccanico in ferro, posto sul campanile della chiesa di S. Eustorgio. Questi grandi orologi pubblici sono costruiti per volere delle autorità civili in opposizione alla scansione del tempo tramite le campane delle chiese, quindi contro le autorità religiose; dunque accanto al campanile del duomo appare la torre del comune. Inizialmente era notevole la dimensione di questi orologi, così come la loro imprecisione, ma in seguito saranno miniaturizzati e perfezionati per permetterne l'uso sulle navi. La parola "orologio" deriva dal greco horológion "che indica l'ora" composto di hora- "ora" e -lógion derivante dal tema di légo "io conto". L'orologio meccanico è un'invenzione cinese

31. Dopo il viaggio di Colombo il perfezionamento degli orologi s'intreccia con la navigazione a mare aperto: l'unico modo di calcolare la longitudine è avere un orologio che non risenta del rollio della nave. Proprio nella navigazione risulterà evidente la contraddizione fra tempo circolare e tempo lineare. Nel diario del veneto Pigafetta (imbarcato con Magellano nella circumnavigazione del mondo) è annotata una scoperta per l'epoca sconcertante. Quando a termine del viaggio verso ovest approdarono a San Lucar si accorsero di aver perso un giorno. Per la prima volta gli europei si interrogarono sull'effettiva natura del tempo, prima ritenuto proprietà di Dio. Questa scoperta rese contraddittorio il concetto di tempo agli europei, non riuscivano infatti a spiegarsi perché mai navigando a ovest si perdesse un giorno e nella direzione contraria invece lo si guadagnasse.

32. DAL QUADRANTE SOLARE … Certamente i quadranti solari permisero molto presto di dividere il giorno in varie parti, ma l’operazione era poco precisa e, soprattutto lr meridiane potevano essere usate solo con il bel tempo. Fu necessario dunque inventare altri strumenti . I primi furono dei sistemi a flusso come la clessidra che, però, non erano molto precisi e davano una definizione di unità di tempo che variava, a seconda dello strumento. Nel X secolo fecero la loro comparsa i primi orologi che , invece di lasciar scorrere un fluido, utilizzavano la caduta di un peso attaccato ad una catena per azionare una ruota. Ma anche questi avevano un margine di errore di un’ora al giorno. Nel 500 si racconta che, durante una messa, Galileo, ancora bambino, notò che le oscillazioni del lampadario appeso al soffitto della chiesa avvenivano a intervalli di tempo regolari . Crescendo mise in piedi una teoria nella quale dimostrava che, quando un pendolo non fa movimenti troppo ampi, la frequenza di questi movimenti ( numero di oscillazioni per unità di tempo) è effettivamente costante. Questa proprietà venne sfruttata per la costruzione di orologi a pendolo e permise di guadagnare una buona precisione della misura del tempo. … ALL’OROLOGIO ATOMICO

33. “Una volta era facile: lo spazio da un lato, il tempo dall’altro. E poi è arrivato Einstein, e con lui un altro modo di vedere il mondo. Decisamente questi fisici ci rovinano il tempo!” [Le Monde de Camille di Chérif Zananiri]