Comprendere l’effetto Coriolis

Tra le conseguenze della rotazione terrestre, come ben sapete, c’è anche l’effetto Coriolis ossia la deviazione della traiettoria che i corpi in movimento  libero sulla Terra subiscono quando si muovono in direzione nord-sud o sud-nord.

coriolis

Non so se anche per i vostri studenti è così, ma questo effetto non è così semplice da capire  perché è un concetto troppo lontano dall’esperienza quotidiana e rimane una nozione “appiccicata” come un post it. Poiché questo è effetto è importante anche per comprendere l’andamento globale delle correnti marine e dei venti (concetti che discuteremo in classe più avanti), credo valga la pena dedicarvi un po’ di tempo facendo qualche semplice attività di modellizzazione.

Se guardate su internet ce ne sono parecchie, ma oggi vi racconto quella che solitamente faccio io (naturalmente inquiry-oriented)  con i miei ragazzi. È semplice, utilizza materiali facilmente reperibili, ma soprattutto funziona.

Come al solito, i ragazzi raccoglieranno evidenze per rispondere alla seguente domanda investigabile: QUAL È L’EFFETTO DELLA ROTAZIONE?

Cosa serve

  • Vassoio girevole (io l’ho comprato all’IKEA)
  • un cerchio di cartoncino del diametro del vassoio
  • forbici
  • righello
  • pennarello
  • nastro adesivo

Senza titolo

Cosa fanno i ragazzi

Con un pennarello, gli studenti cercheranno di tracciare delle linee rette su un cerchio di cartoncino posto sul vassoio che faranno ruotare prima in senso orario e poi in senso antiorario.

Prima di cominciare l’investigazione spiego la procedura agli studenti e chiedo ai ragazzi di disegnare due cerchi sul quaderno indicando la direzione di rotazione del cerchio con una freccia. Poi, chiedo di disegnare in ciascun cerchio quale pensano possa essere la direzione delle linee che tracceranno partendo da centro del cerchio, specificando anche perché pensano che il pennarello farà il percorso che previsto.

Terminata la fase di previsione, i ragazzi iniziano quindi a far ruotare lentamente il vassoio in senso orario (cercando di imprimere al vassoio una velocità che gli faccia compiere un giro completo in 5 secondi) e con un pennarello cercano di tracciare una linea dritta che va dal centro del cartoncino alla sua estremità mentre il vassoio ruota.

Muovere il pennarello in linea retta e a velocità costante non è facile, ma la riuscita dell’attività dipende proprio da questo, quindi, prima di effettuare la prova, è bene far fare un po’ di pratica usando le dita o con il pennarello su altri cerchi di “brutta” di cartoncino. Una volta effettuata la prova, i ragazzi riportano sul quaderno, nel cerchio corrispondente alla direzione di rotazione del vassoio, l’effettiva linea ottenuta.

Quindi, si fa ruotare il vassoio nella direzione opposta, si ripetono tutti i passaggi e alla fine, in gruppo, rispondono alle seguenti domande:

  • Confrontate le previsioni fatte con i risultati ottenuti. C’è differenza? Perché secondo voi?
  • In che modo la forma della linea varierebbe se si modificasse la velocità del vassoio rotante?
  • E se, invece, variasse la velocità con cui avete disegnato la linea? (Più velocemente gira il vassoio più la linea sarà curva. Più lentamente ruoterà il vassoio più la linea sarà dritta. Più velocemente si muove la penna, meno curva sarà la linea. Più la penna si muoverà lentamente più curva sarà la linea.)
  • Questo modello rappresenta la Terra osservata da lontano e il centro del cerchio rappresenta un Polo. Qual è il senso di rotazione del vassoio rotante che corrisponde a quello della superficie terrestre nell’emisfero settentrionale? Qual è quello nell’emisfero meridionale?
  • Come si modifica la forma della linea quando la rotazione del vassoio ha lo stesso senso di rotazione della Terra nell’emisfero settentrionale? E in relazione all’emisfero meridionale? (La forza di Coriolis fa deviare gli oggetti verso destra (senso orario) nell’emisfero nord e verso sinistra (antiorario) nell’emisfero sud.)

Se il tempo a disposizione lo permette si può anche far testare queste ultime previsioni fatte.

Che ne dite? Quali strategie utilizzate voi per aiutare i ragazzi a comprendere l’effetto Coriolis? Vi va di raccontarcelo? Scrivete le vostre esperienze nei commenti e condividete le vostre idee!!!

Per saperne di più:

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!