Cosa succede quando i raggi solari colpiscono la superficie terrestre con inclinazioni diverse?

È arrivato il momento, nelle prime,  di affrontare i moti della Terra e le loro conseguenze. I ragazzi non ne vanno pazzi lo sappiamo, ma qualche giorno fa ho fatto con loro una semplice attività che credo li aiuterà a comprendere meglio e quindi ad affrontare questi argomenti con maggiore serenità.

Come sappiamo, l’inclinazione dei raggi solari contribuisce in grande misura a determinare la temperatura del suolo e il clima di un luogo.

Continuando il mio personale “viaggio” di trasformazione della didattica in modo che sia sempre più orientata verso l’inquiry, mi sono messa a cercare un’attività che mi permettesse di ribaltare la sequenza tradizionale di insegnamento.

Prima di spiegare le conseguenze del moto di rotazione e di rivoluzione della Terra, abbiamo, quindi, fatto un piccolo esperimento con cui i ragazzi hanno esplorato cosa succede quando la luce del Sole colpisce in modo diretto una superficie (ossia perpendicolarmente) rispetto a quando invece colpisce la Terra con un certo angolo.

Questa attività nasce da un laboratorio realizzato da un docente americano, Tom Gadza, che generosamente ha condiviso anche con me il suo lavoro. Come sempre la condivisione delle idee migliora la qualità del lavoro di tutti, non credete anche voi?

Come varia l’intensità della luce solare che colpisce la Terra al variare dell’inclinazione dei raggi solari?

Come sappiamo, a causa della grande distanza e della differenza di dimensioni tra il Sole e la Terra (il diametro del Sole è circa 100 volte quello della Terra), i raggi del Sole che colpiscono un’area della superficie terrestre possono essere considerati paralleli tra loro. L’irraggiamento di una superficie dipende dall’angolo di incidenza dei raggi solari, ossia dall’angolo che si forma tra la direzione dei raggi e la superficie terrestre.

Con una torcia elettrica, un righello di legno, del nastro adesivo, un goniometro e un foglio di carta a quadretti abbiamo costruito un modello per formulare una risposta basata sulle evidenze raccolte alla domanda che volevamo investigare.

In questo modello, abbiamo “immaginato” che la torcia elettrica fosse il Sole e che il foglio di carta a quadretti fosse la superficie terrestre.  Per poter misurare con maggiore precisione l’inclinazione dei raggi del nostro “Sole”abbiamo fissato la torcia elettrica al righello con del nastro adesivo.

Sul foglio di carta a quadretti, seguendo con una penna il perimetro del lato corto del righello, i ragazzi hanno disegnato due rettangoli, chiamati A e B, posti sulla stessa riga ma ad una certa distanza tra loro.

Dopo aver acceso la torcia, i ragazzi hanno posto il righello sul rettangolo A, assicurandosi che il righello fosse perfettamente verticale (ossia con un angolo di 90°).

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Con una matita, hanno quindi tracciato  il contorno del circolo luminoso generato sul foglio dalla torcia e hanno fatto alcune osservazioni sull’intensità dell’energia luminosa che lo colpiva.

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Poi hanno spostato il righello sul rettangolo B. Con l’aiuto di un goniometro hanno inclinato il righello in modo che l’angolo tra la torcia e il foglio fosse di 30°, hanno tracciato nuovamente il contorno dell’area luminosa sul foglio.

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In gruppo hanno quindi  discusso le seguenti domande:

  1. La quantità di luce emessa dalla torcia è cambiata durante l’esperimento?
  2. In quale posizione (A o B) il cerchio di luce sul foglio di carta era più intenso (più brillante)?
  3. In quale posizione (A o B) il cerchio di luce sulla carta era meno intenso (più debole)?
  4. Riflettete sulle risposte date alle domande 2 e 3. Secondo voi, cosa ha causato una diversa intensità della luce nelle posizioni A e B?

A questo punto ho chiesto loro di trovare un modo per calcolare l’area di ciascun cerchio luminoso. Dopo una breve discussione, si è deciso di contare quanti quadratini erano contenuti in ciascun cerchio cercando di essere precisi (nei limiti del possibile), ad esempio non contando come pieni i quadratini coperti di luce in modo parziale, e da qui hanno fatto un calcolo approssimativo dell’area disegnata.

  1. Quanto è grande l’area della zona illuminata quando il righello è nella posizione A?
  2. È maggiore l’area luminosa generata quando il righello è posto nella posizione A o quando è nella posizione B?
  3. Il Sole sembra più caldo quando i suoi raggi sono diretti, ossia quando l’angolo di incidenza è pari a 90°, mentre decresce man mano che l’angolo tra i raggi e la superficie diventa più piccolo, fino ad annullarsi per il valore di 0°, ossia quando i raggi sono tangenti alla superficie. Usando ciò che hai imparato con questo esperimento, spiega perché ciò avviene.
  4. Sul diagramma sotto, mostra con un disegno in che modo la forma quasi sferica della Terra fa sì che l’angolo di incidenza tra la direzione dei raggi e la superficie sia diverso ai poli e all’equatore (Suggerimento: immagina che la torcia stia illuminando la Terra).

Terra

Che ne pensate?

Prossima lezione: EXPLAIN!

2 pensieri su “Cosa succede quando i raggi solari colpiscono la superficie terrestre con inclinazioni diverse?

  1. ANch’io ho tentato di prporre un’attività di tipo induttivo per far arrivare i ragazzi a capire che: più i raggi del sole si avvicinano alla perpendicolarità, maggiore è la loro intensità, e quindi l’intensità di calore, luce. Ma non trovo il verso di far acquisire loro l’aspetto quantitativo.
    in realtà i ragazzi sanno che a mezzogiorno è più caldo e c’èpiù luce che al tramonto… FOrse non si sono mai chiesti: perché? ma dentro di loro hanno già la risposta, forse basterebbe esternarla.
    Il fatto è che non associano (per scarsa esperienza personale) che aumentando la latitidine diminuisce l’inclinazione dei raggi solari. Forse è qui che bisogna insistere, facendo misurare con un goniometro l’angolo della luce di una torcia che illumina un globo, magari con poca luce in classe.
    oppure: andare in giardino in momenti diversi del giorno(anno ed osservare la diversa lunghezza dell’ombra, e chiedere loro: perché?
    Io ho fato misurare l’elevation (altezza del sole all’orizzonte) in diversi momenti dell’anno con un quadrante autocostruito (v.materiale on-line).
    Manon riesco a far capire ai ragazzi il perché, stessa data, in Norvegia e a Trento la temperatura è molto diversa. Forse devono avere incamerato molte conoscenze teoriche. Ma allroa decade l’aspetto induttivo, che si limiterebbe all’esperienza quotidiana del fatto che la sera è più fresco che a mezzogiorno.
    Grazie

    • Grazie per aver condiviso la tua esperienza. Le tue sono idee utilissime. Hai ragione… Fanno fatica a capire alcune cose perché sono troppo abituati a memorizzare e poco a ragionare. Non dobbiamo scoraggiarci ma continuare a insistere, insistere e insistere. Sono certa che alla lunga funzionerà! 😄

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