Come viaggiare sulla Terra senza perdersi

Usare un mappamondo per imparare come si può indicare una posizione sulla Terra
Space Awareness, Leiden Observatory
Goals

Con questa attività, gli studenti imparano le basi della geografia e come descrivere la posizione sulla Terra. È quindi richiesto un vocabolario base come latitudine, longitudine, meridiano, poli. Gli alunni imparano ad usare strumenti come una bussola per trovare la loro latitudine usando le stelle. Sono rinforzate le capacità matematiche, come leggere e misurare angoli.

Learning Objectives
  • Gli studenti saranno in grado di spiegare che la Terra ha una forma sferica, anche se le mappe sono piatte.
  • Saranno in grado di descrivere cosa sono la latitudine e la longitudine e perché sono così utili.
  • Gli studenti saranno in grado di identificare la loro posizione sul mappamondo e calcolare la loro latitudine e longitudine.
  • Saranno in grado di usare la posizione delle stelle per identificare la loro latitudine sul mappamondo.
  • Gli studenti saranno in grado di spiegare perché il Sole ogni tanto è verso nord e ogni tanto verso sud a Capo verde.
Evaluation
  • Chiedere agli studenti di dimostrare come trovare latitudine e longitudine della loro posizione sulla Terra usando i materiali dati.
  • Chiedere agli studenti, divisi in piccoli gruppi, di dare le posizioni di diverse città in termini di latitudine e longitudine.
  • Chiedere agli studenti di disegnare la posizione del Sole nel cielo (con una bussola) e una persona con la loro ombra a mezzogiorno in estate e in inverno a Capo Verde.
Materials

Oggetti per gruppo:

Opzionale:

  • Stringa da arrotolare attorno alla sfera
  • Bussola per mostrare il nord
  • Quadrante
Background Information

La Stella Polare Se guardiamo il cielo ad intervalli regolari durante la notte, vediamo che le stelle si muovono lentamente attorno alla Stella Polare. Nell'emisfero Sud, invece, tutte le stelle si muovono attorno ad un'area molto buia chiamata "Nebulosa Sacco di Carbone". Oggigiorno, la Stella Polare mostra sempre la direzione del vero nord ed è visibile solo nell’emisfero Nord. La nebulosa Sacco di Carbone mostra la direzione del sud ed è visibile solo nell’emisfero Sud.

Le costellazioni sono una sorta di schemi di stelle che formano delle figure immaginarie e che sembrano sempre nella stessa posizione l'una rispetto all'altra. La Stella Polare è una delle stelle presenti nella coda della costellazione dell'Orsa Minore. Puoi vedere l'Orsa Maggiore, Cassiopea e l'Orsa Minore, insieme ad altre nel cielo. Se infatti guardi il cielo notturno da un posto buio le vedrai facilmente. La più difficile da trovare è l’Orsa Minore perché la luce delle sue stelle è debole. Inizia a cercare l'Orsa Maggiore e Cassiopea. Dopo di che puoi cercare l'Orsa Minore utilizzando la posizione delle tre costellazioni come nel diagramma. Se guardi queste costellazioni di nuovo un’ora più tardi, vedrai che hanno leggermente ruotato attorno alla Stella Polare.

Dov'è il Sole

Guardando verso l'orizzonte e conoscendo le direzioni dell’alba e del tramonto, possiamo dire in che direzione ci stiamo muovendo. Se vuoi tornare indietro dovrai semplicemente girarti e andare nella direzione opposta. Questo è facile quando siamo a terra: abbiamo solo bisogno di tenere fissi uno o due punti nell’orizzonte e andare nella direzione opposta, cambiando i punti di riferimento di destra a sinistra e i punti di sinistra a destra. Ovviamente, con una bussola si può più facilmente dire in quale direzione è il nord, il sud e gli altri punti cardinali. Tuttavia è anche possibile trovare la strada senza l'utilizzo di una bussola, perché per esempio, in Portogallo il sole di mezzogiorno è sempre verso sud.

La posizione del Sole durante il giorno

Alba ad est - Tramonto a ovest

La posizione del Sole nell'emisfero settentrionale sopra il Tropico del Cancro

Trovare la strada di notte, nel deserto o in mare è più difficile poiché non abbiamo punti di riferimento sull'orizzonte. Nell'emisfero settentrionale, la Stella Polare è sempre a nord ed è visibile di notte. Quindi se ci giriamo verso la Stella Polare, il Sole sorgerà sempre alla nostra destra e tramonterà alla nostra sinistra. Se vivi a Capo Verde, che si trova tra il Tropico del Cancro e l'Equatore, la Stella Polare a nord è ancora visibile. Tuttavia, in base alla stagione, il sole di mezzogiorno può essere verso nord o verso sud rispetto alla tua posizione. Se viaggiassimo verso l'emisfero Sud della Terra, come i navigatori portoghesi del 15esimo secolo, non vedremo più la Stella Polare, ma la nebulosa Sacco di Carbone ci mostrerà sempre la via verso sud.

Ci sono diversi modi per trovare il polo Nord e il polo Sud. Per esempio, nell'emisfero settentrionale trovare Cassiopea è importante ma non necessario. Vedi: http://apod.nasa.gov/apod/ap070108.html Nell'emisfero meridionale ci sono almeno quattro metodi diversi per trovare il polo Sud, vedi: https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_pole#Finding_the_south_celestial_pole.

Alcuni strumenti per la navigazione

Il quadrante è uno strumento sviluppato da Tolomeo e più tardi migliorato dagli astronomi musulmani. I navigatori lo usavano per misurare la loro latitudine. Si guardava verso una stella attraverso il mirino e si teneva il quadrante fino a quando il piano si trovava in posizione verticale. L'altezza della Stella Polare misurata con un quadrante corrisponde alla tua latitudine se sei nell'emisfero settentrionale. I navigatori usavano lo strumento anche con l'altezza del centro del Sole e lo puntavano di fronte a loro, con il Sole a lato, per evitare di doverlo guardare direttamente.

Latitudine

Osservando il Sole e la regolarità della rotazione terrestre attorno al Sole, gli astronomi e i geografi sono riusciti a trovare dei modi pratici per determinare la nostra posizione sulla Terra.

Le posizioni a nord e a sud dell'equatore sono segnate lungo delle linee parallele circolari disegnate attorno alla Terra. Queste linee sono chiamate paralleli e le loro posizioni sono misurate in gradi: l'Equatore è la linea a zero gradi, il Polo Nord è a 90° N rispetto all'Equatore e il Polo Sud giace a 90° S rispetto all'Equatore. La misura della posizione nord/sud è chiamata latitudine.

Per determinare la latitudine di una località durante il giorno, oltre a conoscere l'angolo del sole di mezzogiorno sopra l'orizzonte, la data, la tua posizione approssimativa sulla Terra, hai anche bisogno di sapere se sei nell'emisfero Nord o Sud e la tua posizione relativa ai tropici. Nell'emisfero Nord l'angolo della Stella Polare al di sopra dell'orizzonte è la latitudine della tua posizione. La latitudine di un luogo è la misura dell'angolo se viaggi dall'Equatore verso il parallelo che passa attraverso questo luogo, perpendicolare all'Equatore. A qualsiasi ora della notte, questo angolo è uguale all'angolo della Stella Polare al di sopra dell'orizzonte. Misurare la latitudine è facile, perché nell'emisfero Nord, la Stella Polare è sempre visibile nel cielo notturno.

Longitudine

La latitudine fornisce informazioni solo su una parte della posizione su un mappamondo. Per dare un'informazione completa sulla posizione di un luogo, abbiamo bisogno di usare un secondo riferimento che mostra la posizione orizzontale su una sfera.

I meridiani o le linee di longitudine collegano i poli Nord e Sud, come i segmenti di un mandarino. Ciascun meridiano attraversa la linea equatoriale. Poiché l'equatore è un cerchio, possiamo dividerlo in 360°. Per ragioni storiche, dal 1884, il conto dei meridiani inizia con la linea che attraversa il Royal Observatory di Greenwich, a Londra (UK). Esso è conosciuto come il primo meridiano, dove la longitudine è 0°. Muovendosi verso est del Primo Meridiano, la longitudine è misurata in gradi fino a 180°, per esempio Parigi ha una longitudine di 2.4° E. Analogamente muovendosi verso ovest, la longitudine è misurata in gradi ovest, per esempio Lisbona ha una longitudine di 9.1° W. Se conosciamo la latitudine e la longitudine di un posto, possiamo localizzarlo su una sfera.

Latitudine e Longitudine sono dette coordinate.

Unità di longitudine e latitudine

Sia la longitudine che la latitudine sono misurate in gradi. Per una località più specifica, si possono usare anche frazioni di gradi. Alternativamente, in modo simile alle ore, i gradi possono essere suddivisi in arcominuti (') e arcosecondi ("), con 60' in un grado e 60" in un arcominuto. Quindi l'inclinazione terrestre, 23°30' è uguale a 23.5°. Questo esercizio usa le frazioni di un grado.

Full Activity Description

Attività 1: La nostra posizione sulla Terra: latitudine

Passo 1:

Gli studenti devono trovare la loro città sul mappamondo. Usa l'applicazione che ti mostra la vista del cielo notturno su un iPad o su un cellulare in base alla tua posizione. L'applicazione può farlo in base alla tua posizione o puoi digitare la tua posizione (o la posizione della città più vicina).

Passo 2:

Se c'è un dispositivo per classe, chiedi a un volontario di localizzare la Stella Polare se sei nell'emisfero Nord o la Nebulosa Sacco di Carbone se sei nell'emisfero Sud.

Passo 3:

Lo studente ruota e muove il dispositivo fino a quando non trova la Stella Polare o la Nebulosa Sacco di Carbone. Usa la bussola inclusa nell'applicazione oppure un altro studente può usare una bussola per trovare Nord e Sud. I modi per localizzare questi oggetti sono inclusi nelle informazioni di background.

Passo 4:

Una volta che hai localizzato l'oggetto chiedi loro di puntare il dispositivo nella stessa direzione.

Passo 5:

Chiedi ad un secondo studente di misurare l’angolo della Stella Polare o della Nebulosa Sacco di Carbone rispetto al pavimento/orizzonte con un goniometro. Alternativamente se hai un quadrante, la vista del cielo notturno può essere presentata su uno schermo verticale e gli studenti guardano attraverso un quadrante per misurare l’angolo dell’oggetto sopra l’orizzonte. Questa attività può anche usare un quadrante per guardare il vero cielo notturno in una notte con il cielo limpido.

Passo 6:

Gli studenti annotano l'angolo da loro trovato (questo angolo è la latitudine del posto in cui ti trovi).

Passo 7:

Chiedi agli studenti se tutti vedono la Stella Polare (o la Nebulosa Sacco di Carbone) allo stesso angolo. Perché/perché no? Prova a inserire diverse località nel mondo in entrambi gli emisferi e a misurare gli angoli della Stella Polare (o della Nebulosa Sacco di Carbone se la vedi nella tua località) al di sopra dell'orizzonte. Ricorda dove si trovano sul mappamondo per fare un confronto. Arriva alla conclusione che le persone nell'emisfero Nord possono vedere la Stella Polare (e le persone nell’emisfero sud non possono) ma fallo vedere a diversi angoli in base al posto in cui si trovano (o l'equivalente con l'emisfero sud e la Nebulosa Sacco di Carbone). Spiega che questo angolo ci dice quanto a Nord o a Sud siamo. Questa è chiamata latitudine. Scrivi questa parola sulla lavagna.

Passo 8:

Mostra agli studenti le linee di latitudine sul globo. Sanno cos'è l'equatore e dove si trova? Mostraglielo e spiega loro che l’equatore divide a metà la Terra. Fissiamo per l'equatore 0°. Se viaggiamo verso Nord, l'angolo aumenta fino a quando non raggiungiamo il Polo Nord che si trova a 90° N, e viaggiando verso Sud dall'equatore, l'angolo aumenta verso il Polo Sud a 90° S.

Passo 9:

Chiedi agli studenti come possiamo usare questa informazione. Arriva alla conclusione che possiamo misurare l'angolo della Stella Polare / Nebulosa Sacco di Carbone per trovare la nostra latitudine e trovare la nostra posizione sulla Terra, come fecero gli esploratori viaggiando per mare.

Attività 2: La nostra posizione sulla Terra: longitudine

Passo 1:

Chiedi agli studenti se conoscere quanto siamo a Nord o a Sud è abbastanza per individuare la nostra esatta posizione sulla Terra. La risposta è no. Anche se conoscessimo quanto siamo a Nord o a Sud, possiamo ancora essere ovunque lungo la stessa linea parallela, per esempio Nizza in Francia e Toronto in Canada sono entrambi a latitudine 43.7° ma sono molto distanti l’una dall’altra.

Passo 2:

Chiedi agli studenti di dire/indicare la posizione di due diverse città sul mappamondo. Secondo loro è necessario un altro pezzo di informazione per distinguere le due città? In cosa sono differenti?

Passo 3:

Arriva alla conclusione che la posizione orizzontale sulla terra, ovvero l'Est-Ovest, è ciò che le differenzia. Spiega che dividiamo la terra usando linee dal Polo Nord al Polo Sud, come i segmenti di un mandarino. Chiedi agli studenti di individuare queste linee. Spiega che queste linee si chiamano longitudine e scrivi questa parola sulla lavagna.

Passo 4:

Chiedi agli studenti di immaginare di viaggiare su un aereo verso Est. L'aereo viaggerebbe su un cerchio. Chiedi agli studenti quanti gradi ci sono in un cerchio. La risposta è 360°.

Passo 5:

Chiedi agli studenti se c’è un punto ovvio da cui iniziare a contare le linee di longitudine. No, non c’è poiché la Terra è una sfera. Spiega che nel 1884 è stato deciso che la linea che attraversa Londra sarebbe stato il Primo Meridiano con una longitudine di 0°. Muovendosi verso Est l’angolo sarebbe aumentato fino a 90° E e poi 180°. Muovendosi verso Ovest, l’angolo sarebbe aumentato fino a 90°W e poi fino a 180°.

Passo 6:

Gli studenti usano una sfera o un mappamondo per trovare la longitudine della loro posizione. Si annotano il risultato. Gli studenti possono ora dare le coordinate complete, longitudine e latitudine della loro posizione.

Passo 7:

Chiedi agli studenti se conoscono un modo per trovare la loro posizione in un modo più preciso rispetto a usare un mappamondo. Possiamo usare la tecnologia? Come si viaggia in macchina?

Passo 8:

Spiega che oggi siamo in grado di dare coordinate molto più precise per una posizione usando il Global Positioning System (GPS). Esso è un network di satelliti che orbitano attorno alla Terra nello spazio. Se un ricevitore GPS può vedere, i.e comunicare, con quattro o più satelliti, la posizione può essere trovata usando la tecnica della triangolazione.

Attività 3: Direzione del Sole

Capo Verde è appena fuori dalla costa ovest dell’Africa del Nord con una latitudine di 15° N ed è posizionata tra l’equatore (0°) e il Tropico del Cancro (23.5° N). Usando questa conoscenza, vogliamo capire come mai gli abitanti di Capo Verde ogni tanto vedono il sole di mezzogiorno a nord e altre volte a sud.

Passo 1:

Assicurati che tutti gli studenti riescano a guardare il mappamondo. Chiedi agli studenti di trovare la loro posizione, l’Equatore e l’asse nord-sud. Puoi avvolgere un pezzo di stringa attorno alla sfera per mostrare la posizione dell’equatore.

Passo 2:

Illumina il mappamondo con una lampada e inclina l’asse leggermente verso la luce così che l’area attorno al Polo Nord, indicata dal Circolo Polare Artico, sia illuminata. Posiziona una matita contro il mappamondo e muovila verticalmente tra Nord e Sud. Mostra che se muovi la matita verso nord la sua ombra punterà a nord e il Sole sarà verso sud. Se muovi la matita verso sud, la sua ombra punterà a sud perché il sole di mezzogiorno è verso nord.

Passo 3:

Chiedi agli studenti cosa vedono. Muovendosi verso nord, chiedi in quale direzione punta l’ombra se la matita è al di sopra del Sole (verso sud). Muovendosi verso sud, chiedi in quale direzione punta l’ombra se la matita è sotto il Sole (verso nord). Dovrebbero anche essere in grado di vedere che c’è un punto dove la matita non proietta alcuna ombra.

Passo 4:

Dì agli studenti che esiste un cerchio, come l’equatore ma che non attraversa il centro della Terra, chiamato Tropico del Cancro e che si trova a 23.5° nord dell’equatore. Possono usare quanto hanno imparato precedentemente per trovare questa linea? Posizionare la matita a questa latitudine.

Passo 5:

Inclina l’asse in modo tale che non ci sia ombra quando la penna è sul Tropico del Cancro. L’asse del mappamondo è ora inclinato a 23.5° rispetto alla verticale. Per chiunque sulla superficie della Terra in quel punto e chi riesca a vedere il Sole nella posizione della lampada, è mezzogiorno del 21 Giugno.

Passo 6:

Dì agli studenti che la latitudine di Capo Verde è 15° N. Possono trovare dov’è sul mappamondo? E’ a nord o a sud del Tropico del Cancro? Potresti posizionare uno sticker per indicarne la posizione.

Passo 7:

Mantenendo sempre la stessa inclinazione (in modo che il Sole sia direttamente sopra il Tropico del Cancro), muovi la matita verso Capo Verde. Chiedi agli studenti in quale direzione punta l’ombra (dovrebbe essere verso sud).

Passo 8:

Ora muovi la Terra in modo che sia verso il lato opposto del Sole per rappresentare la situazione sei mesi dopo. L’asse nord dovrebbe ora puntare dall’altra parte rispetto al Sole con lo stesso angolo con il quale il Polo Sud è illuminato. Assicurati che Capo Verde punti verso il Sole. Chiedi agli studenti sopra quale parte della Terra è diretto il Sole e dimostralo come prima con l’ombra della matita (il Sole è diretto sopra il Tropico del Capricorno che è a 23.5° S).

Passo 9:

Posiziona la matita sopra Capo Verde e chiedi agli studenti cosa notano a proposito della direzione dell’ombra (ora sta puntando verso Nord).

Passo 10:

Quindi le persone di Capo Verde qualche volta hanno l’ombra del sole di mezzogiorno verso Nord o verso Sud in base al periodo dell’anno perché la direzione del sole di mezzogiorno cambia durante l’anno. Infatti, tutte le persone che vedono il sole di mezzogiorno verso nord o sud in base al periodo dell’anno vivono tra il Tropico del Cancro e il Tropico del Capricorno.

Passo 11:

Come l’asse nord-sud della Terra è inclinato relativamente al piano dell’orbita terrestre, il sole di mezzogiorno nel primo giorno d’estate al di sotto del Tropico del Cancro sarà verso nord. Ma in autunno, tra l’equatore e il Tropico del cancro, il sole di mezzogiorno sarà a sud.

Curriculum
Paese Livello Materia Certificazione Argomento
I Scuola primaria Geografia - Conoscenze di localizzazione: Identificare la posizione e il significato di latitudine, longitudine, equatore, emisfero settentrionale, emisfero meridionale, i tropici di Cancro e Capricorno, i circoli artico e antartico, il meridiano primo/di Greenwixh e le zone orarie (inclusi giorno e notte).
I Scuola secondaria di primo grado Geografia - Competenze geografiche e lavoro sul campo: costruire sulle loro conoscenze di mappamondi, mappe e atlanti e sviluppare queste conoscenze abituali in classe e sul campo.
I Scuola primaria: ultimi anni Scienza - Terra e spazio: usare l'idea della rotazione della Terra per spiegare giorno e notte e il moto apparente del Sole attraverso il cielo.
I Scuola primaria: ultimi anni Matematica - Geometria, proprietà delle figure: disegnare angoli e misurarli in gradi (°).
I Scuola secondaria di primo grado Matematica - Geometria e misure: disegnare e misurare segmenti e angoli nelle figure geometriche, incluso il disegno in scala.
Conclusion

Con questa attività, gli studenti imparano che la Terra è una sfera e che possiamo definire una posizione sul globo usando la latitudine e la longitudine. Successivamente, sono in grado di determinare la latitudine di un posto sulla Terra usando la bussola, il cielo notturno e il goniometro. Gli studenti possono trovare la loro posizione sulla Terra e descriverla in termini di longitudine e latitudine. Infine, imparano come mai a Capo Verde, la direzione del sole di mezzogiorno cambia durante l’anno.

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