Autori: Dall’Antonia Barbara*, Finato Barbara **, Giannessi Maggiorana*
(*ANISN Pisa, ** ??)
Discipline
Scienze della Terra-Astronomia
Livello scolare
Scuola secondaria I grado e II grado (Biennio)
Prerequisiti
Misurare lunghezze, registrare dati, conoscenze di
base sul sistema Solare e fenomeni periodici
terrestri (moto di rotazione e rivoluzione).
Breve descrizione
Dopo una fase in cui gli alunni indagano le
dimensioni del sistema Terra-Sole-Luna utilizzando
modellini concreti, il percorso prosegue attraverso
attività di vario tipo includenti osservazioni dirette
della Luna (integrabili con risorse digitali di varia
natura), simulazioni basate su giochi di movimento
e costruzione di modelli. Nelle varie attività di
simulazione gli alunni sperimentano direttamente i
fenomeni osservati e vengono guidati ad applicare
le procedure tipiche del metodo scientifico
costruendo modelli coerenti con i dati sperimentali.
Si giunge così ad interpretare alcuni dei più evidenti
fenomeni celesti che riguardano la Luna: il moto
giornaliero apparente; il ritardo costante rispetto al
Sole; l’invarianza dell’emisfero visibile dalla Terra;
il ciclo delle fasi lunari.
Inquiry/articolazione del percorso
1. Cosa sappiamo della Luna? Attraverso domande
si stimola la curiosità e si indagano le
preconoscenze.
2. Modello in scala del sistema Terra-Luna-Sole.
Utilizzando alcune sfere come modelli gli alunni
fanno ipotesi sulle dimensioni e distanze del sistema
Terra-Luna-Sole e le verificano per costruire una
rappresentazione in scala.
3. Osserviamo la Luna. Mediante osservazioni
dirette, integrabili con risorse digitali, si raccolgono
dati sul moto giornaliero della Luna, sulle
caratteristiche della sua superficie, sulle fasi lunari,
si individuano regolarità e ciclicità nei fenomeni
osservati.
4. Il moto giornaliero apparente della Luna.
Attraverso giochi di movimento gli alunni
sperimentano il moto diurno apparente della Luna
dovuto al moto di rotazione terrestre e rilevano che
il ritardo giornaliero della Luna rispetto al Sole
implica che essa è in moto rispetto alla Terra.
5. La rivoluzione della Luna. Si simula il moto di
rivoluzione lunare attorno alla Terra sia nel caso in
cui questo avvenga in senso orario che antiorario, se
ne analizzano le conseguenze. Si conclude che il
ritardo della Luna rispetto al Sole è dovuto al suo
lento moto di rivoluzione in senso antiorario.
6. La rotazione della Luna. Attraverso simulazioni e
modellizzazioni si riproducono la rivoluzione e la
rotazione della Luna evidenziandone la sincronia e
si giunge a spiegare perché la Luna mostra sempre
la stessa faccia alla Terra.
7. Le fasi lunari. Mediante simulazioni e
modellizzazioni con materiali semplici gli alunni
rappresentano e spiegano le fasi lunari come visioni
prospettiche dalla Terra di posizioni relative tra
Terra, Sole e Luna.
8. L’ora di levata e tramonto della Luna. Gli alunni
sperimentano che le ore di levata, culminazione e
tramonto della Luna dipendono dalla sua fase
(ovvero dalla sua posizione lungo l’orbita).
Parole chiave
Luna, Terra, Sole, moto apparente, levata,
culminazione, tramonto, rivoluzione, rotazione, fasi
lunari.
Obiettivi di apprendimento
-Descrivere le dimensioni astronomiche del sistema
Terra-Luna-Sole.
-Osservare/descrivere fenomeni del cielo
individuando invarianze, cambiamenti, regolarità e
ciclicità.
-Costruire modelli interpretativi di alcuni dei più
evidenti fenomeni celesti che riguardano la Luna
associandoli al moto di rotazione terrestre e alle
caratteristiche del moto di rotazione e rivoluzione
della Luna attorno alla Terra.
Durata
15-16 ore
Materiale
Asta di legno lunga circa 125 cm, chiodini, spago,
righelli, metro, palloni (d = 22 cm), sfere di
polistirolo di diverse dimensioni (d =12, 6, 4, 1 cm),
pallone chiaro, calotta emisferica nera, nastro
adesivo di carta, tappi a corona, feltrini adesivi neri
circolari, pennarelli neri indelebili, stecchini da
spiedino, torce, PC, spazio esteso per svolgere le
simulazioni.
Che fai tu Luna nel ciel? 13-15
Anni
Authors: Dall’Antonia Barbara*, Finato Barbara **, Giannessi Maggiorana*
(*ANISN Pisa, ** ??)
Disciplines
Earth Sciences –Astronomy
School level Lower secondary school and first two classes of
upper secondary school
Prerequisites measure lengths, record data, possess basic
knowledge about the Solar System and periodic
terrestrial phenomena (rotation and revolution)
Short description After a phase in which the pupils investigate the
dimensions of the Earth-Solar-Moon system using
concrete models, the project continues with
different kinds of activities including direct
observations of the Moon (which can be integrated
with various types of digital resources), simulations
based on games of movement and model building.
During the simulation activities the pupils
experience directly the phenomena observed and
are guided towards the application of the
procedures typical of the scientific method by
constructing models consistent with the
experimental data. Thus we interpret some of the
most obvious celestial phenomena concerning the
Moon: its apparent daily motion; the constant delay
with respect to the Sun; the invariance of the
hemisphere visible from the Earth; the cycle of the
lunar phases.
Inquiry/articulation of the workshop 1. What do we know about the Moon? Through
questions, curiosity is stimulated and
preconceptions are investigated.
2. Scale model of the Earth-Moon-Solar system. Using some spheres as models, pupils make
hypotheses about the dimensions and distances of
the Earth-Moon-Solar system and verify them to
construct a scale representation.
3. Let's observe the Moon. By means of direct
observations, which can be integrated with digital
resources, data are collected on the Moon's daily
motion, the characteristics of its surface and the
lunar phases. Regularity and cyclicity are identified
in the observed phenomena.
4. The apparent daily motion of the Moon. Through games of movement the pupils experience
the apparent daily motion of the Moon due to the
Earth's rotation motion and they find that the daily
delay of the Moon with respect to the Sun implies
that the Moon is moving with respect to the Earth.
5. The revolution of the Moon. The lunar
revolution motion around the Earth is simulated, in
both a clockwise and an anticlockwise sense, and
the consequences are analyzed. The conclusion is
that the delay of the Moon with respect to the Sun is
due to its slow anticlockwise revolution.
6. The rotation of the Moon. Through simulations
and modelling the revolution and the rotation of the
Moon are reproduced, highlighting its synchrony,
and thus we explain why the Moon always shows
the same face to the Earth.
7. The lunar phases. Using simulations and
modelling with simple materials, the pupils
represent and explain the phases of the moon as
prospective visions, from the Earth, of relative
positions between Earth, Sun and Moon.
8. The time of rising and setting of the Moon. The students see from experiments that the times of
rising, culmination and setting of the Moon depend
on its phase (i.e. on its position along the orbit).
Keywords
Moon, Earth, Sun, apparent motion, rising,
culmination, setting, revolution, rotation, lunar
phases.
Learning objectives
Become familiar with the astronomical
dimensions of the Earth-Moon-Solar system.
Observe/describe phenomena of the sky by
identifying invariances, changes, regularities and
cyclicality.
Construct interpretative models of some of the
most evident celestial phenomena concerning the
Moon, associating them with the motion of
terrestrial rotation and with the characteristics of
the rotation and revolutionary motion of the
Moon around the Earth.
Duration
15-16 hours in class with direct observations of the
sky of variable duration over time.
Materials
Wooden rod about 125 cm long, small nails, string,
rulers, measuring tape, balls (d = 22 cm),
polystyrene balls of different sizes (d = 12, 6, 4, 1
cm), light coloured ball, black hemispherical cap,
paper tape, crown tops, circular black felt pads,
indelible black markers, skewers, torches, PC, large
space for the simulations.
What are you doing, moon, up in the sky? Age:
13-15
Programma Erasmus+ KA2 Settore Istruzione Scolastica - TEST
Il percorso proposto si sviluppa secondo un approccio prevalentemente qualitativo, sono comunque possibili
approfondimenti facoltativi che prevedono attività di matematizzazione dei fenomeni indagati, alcuni di questi, inseriti
nelle attività descritte sono contrassegnati con un asterisco* e racchiusi tra parentesi quadre [ ], altri sono disponibili
nell’Allegato - Approfondimenti.
Attività 1 Cosa sappiamo della Luna?
Obiettivi specifici Coinvolgimento e indagine sulle preconoscenze
Materiali Nessun materiale specifico
Svolgimento
L’attività ha lo scopo di stimolare la curiosità e far emergere le conoscenze dei ragazzi riguardo la Luna. Le
domande proposte sono suddivise in 6 gruppi (da A a F). Le successive attività avranno proprio lo scopo di cercare
di trovare risposte condivise a queste domande. L’insegnante può decidere se proporle tutte in questa fase iniziale o
successivamente e separatamente come fasi propedeutiche allo svolgimento delle varie attività di osservazione della
Luna nel cielo.
A) Ordina Sole - Luna –Terra dal più piccolo al più grande. È più lontano da noi il Sole o la Luna?
B) Hai osservato la Luna muoversi nel cielo in uno stesso giorno? Sorge e tramonta come il Sole?
C) La Luna si vede solo di notte?
D) Hai certamente notato che la Luna cambia “forma”. Disegna le differenti “forme” della Luna che hai
potuto osservare. Secondo te si succedono nel tempo seguendo qualche regola? Perché secondo te la Luna
cambia “forma”?
E) Hai mai osservato delle macchie sulla superficie della Luna? Se sì, hai notato se rimangono sempre uguali
o se invece cambiano?
F) Quali movimenti compie la Luna? Orbita intorno alla Terra? Se sì, in quanto tempo? Ruota su se stessa?
Se sì, in quanto tempo?
Si sintetizzano alla lavagna le varie ipotesi e si spiega agli allievi che effettueranno osservazioni dirette e
simulazioni per cercare di convalidarle o meno.
Tempo circa 1 ora
Attività 2 Modello in scala del sistema Terra-Luna-Sole
Quanto sono grandi Terra e Luna? Quanto sono distanti? E il Sole?
Obiettivi specifici - sperimentare alcuni procedimenti per misurare il diametro di una sfera
- familiarizzare con distanze e dimensioni in campo astronomico esprimendo diametri e
distanze di corpi celesti in unità di misura diverse (diametri terrestre e lunare)
- rappresentare in scala le dimensioni del sistema Sole–Terra-Luna e osservare che le
dimensioni di Luna e Terra sono trascurabili rispetto alla distanza che le separa dal Sole
- definire e calcolare il diametro apparente di un corpo; riconoscere che i diametri apparenti di
Sole e Luna osservati dalla Terra sono molto simili (facoltativo vedi Approfondimenti)
Materiali Asta di legno lunga circa 125 cm, chiodini o nastro adesivo, righelli, metro, spago.
Per ogni gruppo: pallone d = 22 cm, sfere di polistirolo di varie dimensioni d =12, 6, 4, 1 cm
Svolgimento L’attività è finalizzata ad approfondire le risposte alle domande del gruppo A. Utilizzando
come modellini alcune sfere si fanno ipotesi sulle dimensioni di Terra, Luna e Sole e sulle
loro distanze, si verificano le ipotesi attraverso misure e consultazioni di fonti scientifiche,
infine, si giunge alla rappresentazione di un modello in scala del sistema Terra-Luna-Sole.
Fase A Diametro di Luna, Terra e Sole a confronto
Dopo aver consegnato a ciascun gruppo il set di sfere l’insegnante pone la seguente richiesta:
Secondo voi qual è la coppia di sfere, tra tutte quelle che avete a disposizione, che rappresenta meglio le
dimensioni di Terra–Luna a confronto (in scala)?
Si possono prevedere risposte individuali con successiva condivisione nei gruppi.
Si prosegue ponendo la seguente domanda a livello di piccolo gruppo:
Come misurereste il diametro (le dimensioni) delle varie sfere?
Ipotizzate un metodo e procedete alla misura.
Si ritiene probabile che vengano ipotizzati e utilizzati i seguenti
procedimenti:
- stima del diametro sovrapponendo semplicemente un righello alla sfera;
- misura della circonferenza massima con spago (2r) e calcolo del diametro;
- utilizzo dei blocchetti di legno o libri con copertina rigida (vedi figura).
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Dalla condivisione tra i vari gruppi, dovrebbe emergere che il primo metodo permette una misura poco accurata, il
secondo è di difficile applicazione soprattutto per le sfere più piccole, il terzo risulta, pertanto, il metodo più
adeguato.
Una volta ottenute le misure delle diverse sfere si passa a consultare fonti cartacee/digitali per ottenere dati reali
delle dimensioni di Sole e Terra. Si affronta quindi la fase di verifica delle diverse ipotesi formulate sulla coppia di
sfere che meglio rappresenta Luna e Terra, ponendo le seguenti richieste:
Quante volte il diametro terrestre è maggiore del diametro lunare? (Quanti diametri lunari occorrono per
fare il diametro della Terra?) Esprimete la misura del diametro della Terra in un’unità di diametri lunari.
Verificate se questo (rapporto) vale anche per la coppia di sfere scelte e se ciò non accade individuate la
coppia più idonea per rispettare questo rapporto.
Dovrebbe emergere che la coppia più idonea è quella
costituita da sfere con diametro di 4 cm, la Terra, e 1 cm, la
Luna. Si può costruire una tabella e concludere che il
diametro della Terra è circa 4 volte quello della Luna (in
rosso sono riportati i dati che dovrebbero essere elaborati
dagli alunni).
Fase B Distanza Terra-Luna e confronto con il Sole
Si affronta il problema della distanza tra i corpi celesti chiedendo:
Quante “Terre” occorrono per rappresentare la distanza Terra-Luna?
Come in precedenza si condividono le ipotesi e si ricorre alla consultazione di documenti per verificarle. Si prosegue chiedendo:
Nel nostro modello quanto vale la distanza Terra-Luna?
Si dovrebbe concludere che occorrono circa 30 Terre (384.000 : 12.750 ≈ 30) e che alla scala utilizzata la distanza
Terra-Luna è pari a circa 120 cm (30 ∙ 4 = 120).
Si procede ad inserire nella tabella i dati reali relativi al Sole e si pone la seguente domanda:
Nel nostro modello quali dimensioni avrebbe il diametro del Sole e a quale distanza dalla Terra si
troverebbe?
I dati ottenuti dovrebbero permettere di realizzare una tabella come la seguente e giungere alle conclusioni di
seguito sintetizzate.
- La Terra ha un diametro 4 volte maggiore di quello della Luna, il Sole circa 400 volte maggiore.
- La distanza Terra-Luna corrisponde a 30 diametri terrestri, la distanza Terra-Sole a circa 12.000 .
- Utilizzando come modelli di Terra e Luna sfere con diametri di 4 cm e 1 cm, la distanza Terra-Luna è circa 120 cm, il
Sole ha un diametro di circa 4 metri e dista dalla Terra circa 500 m (è utile che si faccia anche un esempio concreto di
questa distanza visualizzabile da tutti es. distanza cancello scuola – incrocio, ecc.).
- Le dimensioni di Luna e Terra sono trascurabili rispetto alla distanza che le separa dal Sole.
Si procede quindi alla realizzazione materiale del
modello in scala del sistema Terra-Luna.
Anche in previsione della successiva trattazione del fenomeno delle eclissi è possibile svolgere un’attività di
Corpo d (km) Quanti diametri lunari occorrono per
fare un diametro del corpo celeste?
(approssima ad un n° intero)
Terra 12.750 12750
3470= 3,7 ≅ 4
Luna 3.470 1
Corpo d (km) Quanti diametri lunari occorrono per
fare un diametro del corpo celeste?
(approssima ad un n° intero)
Distanza
Terra-corpo
celeste (km)
Quanti diametri terrestri occorrono per coprire la
distanza Terra - corpo celeste?
(approssima ad un n° intero)
Terra 12.750 12750
3470= 3,7 ≅ 4 Lune X X
Luna 3.470 1 Luna 384000 384000
12750≅ 30 Terre (30 ∙ 4 ≅ 120 Lune)
Sole 1.400.000
1.400.000
3470≅ 403 Lune
150.000.000
150.000.000
12750= 11765 ≅ 12000 Terre
(1200 ∙ 4 ≅ 48000 Lune)
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approfondimento sul diametro apparente di Sole e Luna osservati dalla Terra (vedi Allegato - Approfondimenti).
Tempo circa 2-3 ore
Attività 3 Osserviamo la Luna
Come appare e cambia la Luna nel tempo?
Obiettivi specifici - osservare fenomeni naturali del cielo ricercandone eventuali regolarità e ciclicità
- utilizzare tecniche di registrazione e presentazione di dati
- riconoscere che il moto giornaliero della Luna è analogo a quello del Sole (arco in senso
orario, levata, culminazione, tramonto)
- rilevare che il moto giornaliero della Luna non è sincrono con quello del Sole
- rilevare che la visibilità della Luna nei diversi momenti del giorno varia nel tempo
- riconoscere la costanza delle caratteristiche superficiali della Luna
- individuare le principali fasi lunari e la ciclicità del fenomeno
Materiali Allegato - Osservazioni, calendari lunari cartacei o digitali.
PC con software quali Stellarium e Skymap, …. binocolo, sestante e bussola (facoltativo)
Svolgimento L’attività è finalizzata a promuovere negli alunni abilità di osservazione del cielo e a trovare risposte condivise ad
alcune delle domande poste nell’Attività 1 inerenti le caratteristiche del moto apparente giornaliero della Luna,
della sua superficie e delle sue fasi. Si prevede sia la realizzazione di osservazioni dirette, che gli allievi
svolgeranno prevalentemente a casa in orario extrascolastico, sia la visione di animazioni digitali che
costituiscono un indispensabile supporto per integrare i dati sperimentali. Sarebbe comunque opportuno poter
affrontare almeno una prima osservazione a scuola, si ricorda a questo proposito che la Luna è visibile al mattino
anche inoltrato in prossimità della fase di Ultimo Quarto. Le modalità di osservazione con indicazioni per allievi e
insegnanti sono descritte nell’Allegato-Osservazioni, queste hanno carattere prettamente qualitativo, ma a
descrezione dell’insegnante possono essere accompagnate anche da stime/misure dirette dell’altezza e azimut
della Luna, alcune indicazioni a riguardo sono fornite nell’allegato stesso. L’attività sperimentale di seguito
descritta, se svolta interamente, richiede almeno 4-5 settimane. È possibile comunque raccogliere le stesse
informazioni riducendo le attività sperimentali e integrandole con la visione di animazioni digitali.
Le osservazioni A e B possono essere affrontate dalla classe in parallelo e necessitano di tempi brevi (alcuni
giorni), l’osservazione C delle fasi lunari richiede invece varie settimane.
ATTIVITÀ DI OSSERVAZIONE
A) Moto giornaliero della Luna
Si esplicita che l’osservazione è finalizzata a rispondere alle domande del gruppo B) Hai
osservato la Luna muoversi nel cielo in uno stesso giorno? Sorge e tramonta come il
Sole? Si forniscono le indicazioni per compiere l’osservazione che prevede almeno 2 o 3
rappresentazioni mediante immagini (disegni e/o fotografie) della forma e posizione della
Luna in uno stesso giorno intervallate tra loro di circa 1 ora.
B) Posizioni nel cielo di Luna e Sole a confronto in giorni consecutivi
La domanda coinvolta è quella del gruppo C) La Luna si vede solo di notte?
Lo scopo è quello di individuare in quali momenti del giorno la Luna è visibile e se questi momenti variano nel
tempo. Si tratta quindi di analizzare la posizione della Luna nel cielo rispetto al Sole, questo, infatti, con il suo
moto apparente scandisce i giorni, le ore, …
Per introdurre l’osservazione, si propone la seguente domanda aggiuntiva, che può essere accompagnata da un
disegno/foto: Immagina di aver osservato la Luna ad una certa ora in un dato giorno da un preciso luogo di
osservazione, la Luna si trovava esattamente sulla verticale di un camino, cosa ti aspetti di osservare se
ripeti l’osservazione il giorno successivo alla stessa ora?
Si raccolgono le risposte senza discuterle e si forniscono quindi le indicazioni per compiere l’osservazione che
prevede almeno 2 o 3 registrazioni mediante immagini (disegni e/o fotografie) della forma e posizione della Luna
in giorni consecutivi alla stessa ora.
C) Superficie della Luna e fasi lunari
Si esplicita che l’osservazione prolungata per varie settimane permetterà di raccogliere dati fondamentali per
rispondere alle domande del gruppo D) Hai certamente notato che la Luna cambia “forma”. Disegna le
differenti “forme” della Luna che hai potuto osservare, secondo te si succedono nel tempo seguendo qualche
regola? Perché secondo te la Luna cambia “forma”? e E) Hai mai osservato delle macchie sulla superficie
della Luna? Se sì, hai notato se rimangono sempre uguali o se invece cambiano?
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Si consegna agli alunni una fotocopia della tabella in cui riportare le osservazioni giornaliere (vedi Allegato-
Osservazioni).
CONDIVISIONE DEI DATI RACCOLTI NEL CORSO DELLE VARIE OSSERVAZIONI
Una volta raccolte le osservazioni si procederà alla messa in comune e sintesi di queste. Dopo aver individuato tra
gli studenti quelli che hanno fatto osservazioni sufficientemente accurate, si invitano questi ultimi ad illustrarle,
confrontarle e discuterle con il resto della classe. Nella fase di discussione per chiarire possibili divergenze tra le
osservazioni, per completare eventuali mancanze di dati e come attività di riepilogo/sintesi si suggerisce di
avvalersi delle numerose risorse digitali disponibili sul web (vedi Bibliografia -Sitografia).
A) Moto giornaliero della Luna
Quanto emerso da questa osservazione dovrebbe consentire senza grandi
difficoltà di stabilire che la Luna si muove su un arco in senso orario e sorge e
tramonta come il Sole. Si tratta di un moto apparente dovuto alla rotazione della
Terra.
B) Posizioni nel cielo di Luna e del Sole a confronto
L’osservazione dovrebbe consentire di stabilire che la Luna dopo 24 ore non si trova nella stessa posizione nel
cielo, ma è situata più ad Est.
Si proporranno quindi le seguenti domande:
La Luna ogni giorno raggiunge in anticipo o in ritardo la stessa posizione nel cielo? É in anticipo o in
ritardo rispetto al Sole/al giorno precedente?
Dovrebbe emergere che la Luna risulta in ritardo rispetto al giorno precedente e l’insegnante preciserà che le
misure compiute dagli astronomi indicano un ritardo medio giornaliero di 48,8 minuti.
* [Riguardo il ritardo giornaliero della Luna rispetto al Sole è possibile svolgere alcune attività aggiuntive di
seguito descritte.
- Si può proporre un’attività di trasformazione da a misure di tempo a misure angolari ponendo la seguente
domanda:
A quanti gradi corrisponde il ritardo di 48,8 minuti?
Impostando una semplice proporzione si arriverà a stabilire quanto segue:
ritardo(°)
360° =
48,8
24 ∙ 60 → ritardo(°) =
48,8
24 ∙ 60 ∙ 360° = 12,2°
- Si può proporre un’ulteriore attività di osservazione in modo da registrare direttamente l’intervallo di tempo tra
due momenti consecutivi in cui la Luna si trova sulla verticale di uno stesso punto, tale intervallo dovrebbe
risultare di circa 24 h e 50
m e il ritardo pertanto approssimabile a circa 50 minuti;
- È possibile utilizzare il software Stellarium per valutare/verificare il ritardo giornaliero sia come misura angolare
(circa 12°) sia come intervallo di tempo (http://vo-for-education.oats.inaf.it//download/es13_luna.pdf) e anche
effettuare una stima del ritardo giornaliero come misura angolare mediante osservazioni/misure dirette (vedi
Allegato-Osservazioni).
C) Fasi lunari e superficie della Luna
Si procede alla condivisione di quanto emerso dall’osservazione prolungata nel
tempo della “forma” della Luna, utilizzando per la verifica e il completamento
dei dati risorse cartacee o digitali.
Si pone molta attenzione nel mettere a confronto i vari disegni degli alunni tra
di loro e con immagini/riproduzioni corrette disponibili su libri e sul web. Si
ritiene infatti probabile che molti disegni siano errati non riproducendo il
terminatore come un arco che ha per estremi due punti diametralmente opposti
della circonferenza lunare, cosa che molto spesso accade in contesti non
scientifici (disegni da colorare, fumetti, pubblicità, ….).
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Si sofferma l’attenzione degli alunni su questo, facendo fare le opportune correzioni, e sul fatto che la Luna è un
corpo sferico, opaco che non emette luce propria.
Si potranno porre le seguenti domande (se necessario si forniscono agli alunni sfere di polistirolo e torce):
Chi illumina la Luna? [R. Il Sole]
Il fatto che il confine tra parte illuminata e parte oscura sia sempre un arco che ha per estremi due punti
diametralmente opposti è in accordo con il fatto che Luna sia sferica e illuminata dal Sole? [R. Sì. Infatti,
quando illuminiamo una sfera accade sempre che metà sia in ombra e metà sia illuminata. Non è possibile per
il momento però spiegare perché alcune volte la metà illuminata è visibile solo in parte.]
Si definiscono in questa fase le principali “forme” ovvero fasi della Luna ponendo attenzione nell’illustrare il
significato del termine “gobba” (parte ricurva, esterna, della porzione di Luna illuminata) e nell’osservarne
l’orientamento.
1-Nuova, 2-Falce Crescente, 3-Primo quarto, 4-Gibbosa crescente,
5-Piena, 6-Gibbosa calante, 7-Ultimo quarto, 8-Falce Calante
Una volta emerso che le fasi si ripetono con regolarità ovvero ciclicamente, si pongono le seguenti richieste:
Descrivi l’intero ciclo delle fasi lunari.
Quanto tempo intercorre tra le 4 principali fasi (Nuova, Primo
quarto, Piena, Ultimo quarto)?
Quanto tempo intercorre tra due fasi uguali?
L’attività può essere affrontata a livello di piccolo gruppo con
successiva condivisione in classe o direttamente in modo collettivo;
può essere utile chiedere agli alunni di creare/completare tabelle
come quella rappresentata in figura.
Si dovrebbe giungere ad una sintesi come la seguente:
la Luna non è visibile, poi diviene una falce con gobba ad Ovest che cresce fino al Primo Quarto (semicerchio
rivolto ad Ovest), la parte visibile continua a crescere fino alla Luna piena, la parte visibile inizia a ridursi a partire
da Ovest, fino ad arrivare all’Ultimo Quarto (semicerchio rivolto ad Est), continua poi a diminuire e assume
l’aspetto di una falce con gobba a Est, infine non è più visibile e a questo punto il ciclo ricomincia;
il tempo che intercorre tra due fasi principali è di circa 7-8 giorni e quello che intercorre affinché una stessa fase si
ripeta è di circa 29 giorni.
Grazie all’osservazione prolungata per varie settimane si ritiene che quasi tutti i ragazzi abbiano osservato la
invariabilità delle caratteristiche superficiali della Luna. Se così non fosse l’insegnante può procedere
anche ad utilizzare siti internet che mostrano in diretta la Luna assicurandosi così che questo dato sia
acquisito da tutti gli studenti (ad es.: http://www.fourmilab.ch/cgi-bin/Earth, http://lunaf.com/lunar-
calendar/, http://observethemoonnight.org/, http://aa.usno.navy.mil/imagery/moon). Sarà quindi possibile porre la seguente domanda:
Se nella parte visibile osserviamo sempre le stesse macchie cosa possiamo dire della superficie della Luna
che è rivolta verso la Terra?
Senza incontrare difficoltà gli alunni dedurranno che la superficie della Luna che è rivolta verso la Terra è sempre
la stessa, ovvero che la Luna mostra alla Terra sempre la stessa faccia (emisfero). Tempo durata variabile discussa nell’attività
Attività 4 Il moto giornaliero apparente della Luna
Perché la Luna sorge, culmina e tramonta come il Sole?
Obiettivi specifici - spiegare che la Luna sorge, culmina e tramonta come il Sole a causa della rotazione terrestre
- rilevare che il ritardo giornaliero della Luna rispetto al giorno precedente esclude la
possibilità che essa sia ferma rispetto alla Terra
Materiali Spazio esteso, pallone
Svolgimento
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L’attività presuppone che gli alunni abbiano già sperimentato con giochi di movimento il moto di rotazione
Terrestre, il conseguente moto giornaliero del Sole e che siano in grado di descrivere, assumendo il punto di vista
di un osservatore che dall’emisfero Nord in prossimità dell’equatore guarda il Sole, il moto di quest’ultimo in
termini di altezza sull’orizzonte e di posizione rispetto ai punti cardinali. Se così non fosse si consiglia di svolgere
come attività propedeutica la simulazione di seguito descritta.
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Il moto apparente giornaliero del Sole Svolgimento (1 ora circa)
Un gruppo di alunni in numero pari, preferibilmente 8 o 12, si dispongono in
cerchio rivolti verso l’esterno (tenendosi per mano) in modo che vi siano solo
coppie diametralmente opposte, simulando di essere osservatori del cielo situati
nell’emisfero Nord in prossimità dell’equatore; un alunno si trova all’esterno
del cerchio, tiene in mano un pallone e rappresenta il Sole. Si evidenzia che per
rappresentare e descrivere le simulazioni e i diversi movimenti della Terra e del
Sole è necessario concordare una modalità di rappresentazione comune a tutta
la classe e si sceglie quella vista dall'alto. Si dedica un po’ di tempo a far sì che
ogni alunno abbia ben compreso l’orientamento del proprio corpo rispetto ai punti cardinali: Cielo-davanti; Terra-
alle spalle, Est-a sinistra; Ovest-a destra, Polo Nord–in alto alle spalle; Sud-in basso di fronte.
È necessario tenere in considerazione che gli alunni spesso hanno difficoltà a cambiare prospettiva
rispetto alla rappresentazione propria delle carte geografiche in cui l’osservatore ha le spalle verso
il Sole e guarda la Terra, pertanto ha l’Est a destra e l’Ovest a sinistra. Può essere utile utilizzare
anche un globo terrestre e un disegno ritagliato di una figura umana per far comprendere la
disposizione dell’osservatore.
L’insegnante invita l’alunno-Sole che tiene in mano un pallone a riprodurre il movimento giornaliero del Sole
intorno alla Terra in senso orario e chiede che ogni ragazzo sulla Terra nel momento in cui
vedrà il Sole passargli proprio di fronte pronunci il proprio nome ad alta voce. Mentre il Sole
compie alcuni giri si annota la successione dei nomi e si pongono le seguenti domande.
Da quale parte ciascuno di voi vede apparire/sorgere il Sole (alba) da destra/Ovest o da
sinistra/Est? [R. Sinistra/Est]
Da quale parte vede sparire/tramontare il Sole (tramonto) a destra/Ovest o a
sinistra/Est? [R. Destra/Ovest]
Si conclude osservando che in questa simulazione il Sole ha prodotto il dì e la notte sulla
Terra e ha compiuto un movimento in senso orario analogo a quello che osserviamo tutti i giorni. Può essere
interessante far osservare che l'effetto sarebbe lo stesso se il Sole ruotasse in senso opposto (antiorario), ma le
direzioni (sinistra/Est-destra/Ovest) di alba e tramonto sarebbero invertite.
Si prosegue chiedendo:
È possibile ottenere gli stessi “effetti” (alternanza di dì e notte, alba e tramonto), se il Sole rimane fermo e la
Terra gira su se stessa, cioè invertendo i ruoli dei due corpi? Spontaneamente gli alunni proporranno di far ruotare la Terra alcuni in senso orario altri in senso antiorario. Si
procederà a sperimentare entrambe le possibilità in modo da rilevare che per ottenere gli stessi “effetti” (stessa
successione di nomi, alba a Est e tramonto a Ovest) è necessario che la Terra ruoti in senso antiorario.
Ci si sofferma quindi a sperimentare/descrivere i principali momenti della
giornata (alba, mezzogiorno, tramonto, mezzanotte). Periodicamente si ferma il
movimento e si chiede agli alunni di cercare di guardare il Sole ruotando solo
la testa, ma non il corpo e si pongono le seguenti domande:
Chi vede il Sole solo ruotando completamente la testa verso destra/Ovest?
Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R. tramonto] Il
Sole è basso o alto sull’orizzonte? [R. basso]
Chi ha il Sole proprio alle spalle? Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R. mezzanotte]
Chi vede il Sole solo ruotando completamente la testa verso sinistra/Est e quando la rotazione riprenderà lo
vedrà passare davanti a sé? Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R. alba] Il Sole è basso
o alto sull’orizzonte? [R. basso]
Chi ha il Sole proprio davanti a sé? Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R. mezzogiorno]
In quale direzione si trova il Sole? [R. Sud] Il Sole è basso o alto sull’orizzonte? [R. alto, ha raggiunto la
massima altezza, sta culminando]
Nello stesso momento per tutti è la stessa ora? [R. No] L’ora sulla Terra cambia da luogo a luogo? [R. Sì]
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Si potrà quindi concludere che il moto diurno del Sole può essere spiegato come moto “apparente” del Sole dovuto
al fatto che la Terra ruota da Ovest verso Est (vista dall’alto ruota in senso antiorario) in 24 ore.
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Riprendendo in considerazione la Luna si pone alla classe la seguente domanda:
Perché la Luna sorge, culmina e tramonta come il Sole?
Si ritiene che gli alunni rispondano che, analogamente al Sole, la Luna compie un moto giornaliero apparente
dovuto alla rotazione della Terra. Si procede quindi alla realizzazione di due giochi di movimento per simulare
questo moto. In entrambe queste prime simulazioni la Luna è considerata fissa nel cielo e questo viene evidenziato
alla classe.
Simulazione 1 Nella prima simulazione non si prende in
considerazione il Sole e si simula il sorgere, la culminazione e
il tramonto della Luna attraverso una rotazione antioraria della
Terra, come già fatto per il Sole, ma in questo caso il ragazzo
all’esterno rappresenta la Luna.
Periodicamente si ferma il movimento, si chiede ai ragazzi di
cercare di guardare la Luna ruotando solo la testa e si pongono
le seguenti domande:
Chi ha la Luna proprio davanti a sé? Per te la Luna sta sorgendo, transitando
(culminando) nel cielo, tramontando o non è visibile? [R. Transitando
(culminando) nel cielo]
Chi ha la Luna proprio alle spalle? Per te la luna sta sorgendo, transitando
(culminando) nel cielo, tramontando o non è visibile? [R. Non è visibile]
Chi vede la Luna solo ruotando completamente la testa verso destra/ovest? Per
te la luna sta sorgendo, transitando (culminando), tramontando o non è visibile?
[R. Tramontando]
Chi vede la Luna solo ruotando completamente la testa verso sinistra/est? Per te la luna sta sorgendo,
transitando (culminando), tramontando o non è visibile? [R. Sorgendo]
Gli studenti dovrebbero rilevare il moto giornaliero della Luna osservato è spiegabile come effetto apparente
dovuto alla rotazione Terrestre, così come accade per il Sole.
Simulazione 2 Nella seconda simulazione si introduce anche
il Sole e si posizionano i ragazzi che rappresentano il Sole e
la Luna in modo che essa sia dalla parte opposta al Sole (in
opposizione). Si tratta evidentemente di una fase di Luna
Piena, ma al momento non ci sofferma su questo. Inoltre, nel
caso piuttosto probabile in cui nascessero interventi e
domande sul fenomeno delle eclissi, si rimanda la questione
ad un momento successivo.
Si pongono domande come:
Quando la Luna si trova dalla parte opposta al Sole rispetto alla Terra si vede di giorno o di notte?
E più in dettaglio:
Chi ha il Sole proprio davanti a sé? Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R.
Mezzogiorno]
Dove si trova la Luna? Per te la Luna sta sorgendo, culminando, tramontando o non è visibile? [R. Alle
spalle e non è visibile]
Chi ha il Sole proprio alle spalle ? Per te è l’alba, mezzogiorno, il tramonto o mezzanotte? [R. Mezzanotte]
Dove si trova la Luna per te? Per te la Luna sta sorgendo, culminando, tramontando o non è visibile? [R.
Davanti a me, a Sud e sta culminando]
Chi vede il Sole solo ruotando completamente la testa verso destra/ovest? Per te è l’alba, mezzogiorno, il
tramonto o mezzanotte? [R. Tramonto] Dove si trova la Luna per te? Per te la Luna sta sorgendo,
culminando, tramontando o non è visibile? [R. A Est, sta sorgendo]
Chi vede il Sole solo ruotando completamente la testa verso sinistra/Est? Per te è mattina, mezzogiorno, sera
o notte? [R. Alba] Dove si trova la Luna? Per te la Luna sta sorgendo, culminando nel cielo, tramontando o
non è visibile? [R. A Ovest, sta tramontando]
Si simula quindi una rotazione completa della Terra e si chiede:
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Se immaginiamo la Luna fissa nel cielo rispetto alla Terra per quanto tempo essa è visibile nel cielo per
ciascuno di voi? [R. Per tutta la notte, dal tramonto all’alba, per 12 ore]
Sole e Luna, sebbene sempre in posizioni diametralmente opposte, si muovono assieme e simultaneamente
nel cielo (in modo sincrono)? [R. Sì, quando il Sole sorge la Luna tramonta e quando il Sole tramonta la Luna
sorge]
Ora che è passato un giorno (24 ore) la Luna per ciascuno di voi è esattamente nella stessa posizione del
giorno precedente? [R. Sì, esattamente nella stessa posizione]
Come attività conclusiva si pone la seguente domanda:
Il nostro modello è in accordo con i dati sperimentali ricavati dall’osservazione del moto giornaliero della
Luna nel cielo? È in accordo con il fatto che la Luna non è sempre visibile nella stessa fascia oraria del
giorno, è visibile a volte di mattina, altre di pomeriggio, altre di notte, e che ogni giorno è in ritardo rispetto
al Sole?
Gli alunni dovrebbero rilevare che il modello riesce a spiegare il moto apparente della Luna (in assoluto), ma è in
contrasto con il ritardo giornaliero della Luna rispetto al giorno precedente e con il fatto che l’intervallo di
visibilità della Luna varia nel tempo: la Luna pertanto non può essere ferma rispetto alla Terra, si deve muovere
rispetto a questa. Si introduce in questo modo l’attività successiva
Tempo circa 1- 2 ore; variabile in base al fatto che gli alunni abbiano o meno familiarità con giochi di
movimento per simulare il moto giornaliero degli astri, in particolare del Sole.
Attività 5 La rivoluzione della Luna
Perché la Luna è sempre in ritardo rispetto al giorno precedente?
Se la Luna non è ferma rispetto alla Terra allora come si muove?
Obiettivi specifici - spiegare che la Luna ogni giorno sorge, transita e tramonta in ritardo rispetto al giorno
precedente perché orbita intorno alla Terra in senso antiorario con un moto di rivoluzione
lento (periodo di circa 28-29 giorni)
- osservare che l’intervallo di visibilità della Luna dipende dalla sua posizione lungo l’orbita
- stimare il periodo del moto di rivoluzione della Luna rispetto al Sole per un osservatore posto
sulla Terra in base al ritardo giornaliero che essa presenta rispetto al Sole (facoltativo)
Materiali Spazio esteso, pallone.
Svolgimento Si richiama quanto emerso a conclusione dell’attività precedente ovvero il fatto che la Luna non può essere ferma
rispetto alla Terra. L’insegnante quindi cerca di far emergere gli altri due casi possibili (la Luna orbita attorno alla
Terra in senso orario oppure antiorario) ponendo domande quali:
In analogia con corpi altri celesti possiamo ipotizzare che la Luna compia un moto di rivoluzione attorno alla
Terra. In quale senso deve avvenire questo moto per essere in accordo con l’osservazione del ritardo
giornaliero della Luna rispetto al Sole?
Una volta raccolte le risposte, senza discuterle, si procede a simulare la rivoluzione della Luna attorno alla Terra nei
due sensi orario e antiorario. È importante che l’insegnante suggerisca di considerare il moto di rivoluzione della
Luna un moto molto lento, consigliando ad esempio di far compiere all’alunno che rappresenta la Luna 1 o 2 passi
mentre la Terra, in 1 giorno, compie una rotazione completa su se stessa (giro su se stesso degli studenti in cerchio).
Di seguito è illustrata una simulazione nella quale la Luna è in congiunzione con il Sole (sono possibili altre scelte).
Nota. Nelle simulazioni proposte il Sole viene supposto fisso nel cielo, non si tiene pertanto conto del suo moto
apparente annuale rispetto alla Terra, che avviene con una velocità angolare di 360°/365,25 g = 0,9856 °/g
Simulazione 1. Si può iniziare simulando un moto di rivoluzione lunare in senso orario.
Dopo aver fatto descrivere agli alunni la situazione di partenza (figura a sinistra) evidenziando in particolare che
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l’alunno che si trova a mezzogiorno vede la Luna culminare, si simula il passaggio di un giorno (figura a destra) e si
pongono le domande di seguito indicate.
Dopo che è passato un giorno e avete compiuto una rotazione completa della Terra, la Luna si trova per voi
nella stessa posizione? Se no, si trova a Est (destra) o a Ovest (sinistra)? [R. No, si trova ad Ovest]
Chi ha la Luna proprio davanti a sé? Per te è mattina, mezzogiorno, pomeriggio? [R. Mattina]
Il ragazzo che è a mezzogiorno ha già visto transitare la Luna o la deve ancora vedere? [R. L’ha già vista
transitare]
La Luna è in ritardo o in anticipo rispetto al Sole? [R. In anticipo rispetto al Sole]
La simulazione è in accordo con le nostre osservazioni? [R. No]
Gli alunni dovrebbere rilevare che nella simulazione appena compiuta la Luna ogni giorno anticipa il Sole, quindi la
Luna non può orbitare intorno alla Terra in senso orario.
Simulazione 2.
Si passa quindi a sperimentare l’altra possibilità,
ovvero un moto di rivoluzione lunare in senso antiorario.
Si propongono le stesse domande fatte in precedenza.
Dovrebbe emergere che dopo 1 giorno la Luna si trova a Est
rispetto alla posizione di partenza, è quindi in ritardo rispetto al
Sole.
Si simula il passaggio di alcuni giorni si osserva che il la Luna
accumula rispetto al Sole un ritardo crescente. Questo è in accordo con
i dati sperimentali: la Luna pertanto orbita attorno alla Terra in senso
antiorario.
A questo punto si può semplicemente esplicitare agli alunni che il
periodo di rivoluzione della Luna attorno alla Terra prendendo come
riferimento il Sole (si tratta del Mese Sinodico, periodo tra due
successivi allineamenti Terra-Luna-Sole ovvero tra due fasi uguali
successive) è pari a circa 28-29 giorni (29,5 giorni).
In alternativa è possibile affrontare l’attività di seguito descritta.
*[Si propongono domande come quelle di seguito indicate a cui gli allievi risponderanno lavorando in piccolo
gruppo.
Il fatto che il ritardo medio giornaliero della Luna sia di 48,8 minuti (12,2°) ci permette di ottenere
informazioni sul suo periodo di rivoluzione rispetto al Sole osservato dalla Terra?
Per un osservatore sulla Terra quanto tempo impiega la Luna per ritornare nella stessa posizione rispetto al
Sole dopo un'orbita?
Dopo quanti giorni potremmo osservare di nuovo la Luna e il Sole allineati rispetto alla Terra (in
congiunzione) e quindi il ritardo di 48,8 minuti (12,2°) che la Luna accumula ogni giorno rispetto al Sole si
annullerà?
Ed eventualmente ancora: Dopo quanti giorni questo ritardo sarà pari a 24 h (360°)?
Si dovrebbe giungere così a calcolare la durata del mese sinodico: 24 ∙ 60 m
48,8mg
= 29,5 g o 360°
12,2 °/g = 29,5 g ]
Come consolidamendo si possono proporre altre simulazioni relative alle condizioni di quadratura di Luna e Sole.
Questo permetterà di far sperimentare agli alunni che l’intervallo di visibilità della Luna dipende dalla sua
posizione lungo l’orbita. Tuttavia non essendo state ancora trattate le fasi lunari, non si affronterà in dettaglio la
questione. Tempo circa 2 ore
Attività 6 La rotazione della Luna
Perché vediamo sempre la stessa faccia della Luna?
Obiettivi specifici - stabilire che la Luna mostra alla Terra sempre la stessa faccia, perché il periodo di rotazione
su se stessa coincide con il periodo di rivoluzione intorno alla Terra
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- descrivere i movimenti della Luna prendendo come riferimento sia il Sole che le stelle fisse
rilevando che il periodo di rotazione della Luna coincide con il periodo della sua rivoluzione
attorno alla Terra rispetto alle stelle fisse, ovvero il mese siderale, e stimare la durata di
quest’ultimo (facoltativo vedi approfondimento)
Materiali Spazio esteso, pallone, tappi a corona, feltrini adesivi neri circolari, pennarelli neri indelebili.
Svolgimento
Si richiama quanto emerso nell’Attività 3 riguardo l’osservazione della costanza delle caratteristiche della
superficie lunare e la deduzione che quindi la Luna mostra alla Terra sempre la stessa faccia (stesso emisfero).
Si pone la seguente domanda:
Sappiamo che la Luna orbita intorno alla Terra piuttosto lentamente in circa 28-29 giorni in senso orario e
sappiamo che mostra sempre la stessa faccia alla Terra (la faccia opposta pertanto non è mai visibile dalla
Terra) come è possibile questo? La Luna ruota su se stessa oppure no? Se sì, in quanto tempo?
Si ritiene probabile che tra le varie ipotesi emerga quella secondo cui “la Luna non ruota su se stessa, ma rimane
ferma”, si procede quindi alla realizzazione della seguente simulazione.
Simulazione 1 - Rivoluzione senza rotazione della Luna
L’alunno all’esterno che rappresenta la Luna guarda verso la Terra, l’insegnante
gli chiede di compiere una rivoluzione attorno alla Terra cercando sempre di
fissare con gli occhi un oggetto sul muro davanti a lui per evitare di ruotare con
il corpo su se stesso e facendo un passo ogni giorno, corrispondente a una
rotazione della Terra.
Quando ha compiuto un 1/4 di orbita (7 passi) si pongono le seguenti domande
Quale parte della Luna si vede dalla Terra? [R. Lato sinistro]
Vediamo sempre la stessa parte della Luna? [R. No]
La Luna guarda sempre nella stessa direzione? [R. Sì]
La Luna ha ruotato su se stessa? [R. No]
Si ripetono le stesse domande dopo che la Luna ha compiuto un 1/2 e 3/4 di orbita e infine 1 orbita completa, si
rileva così che questa simulazione in cui la Luna è priva di un moto di rotazione su se stessa, è in netto contrasto
con il fatto che essa mostra alla Terra sempre la stessa faccia.
Una volta stabilito che la Luna deve necessariamente ruotare su se stessa, l’insegnante guida gli alunni a
sperimentare il caso in cui la Luna compie una rotazione sincrona con il suo moto di rivoluzione, come di seguito
descritto.
Simulazione 2 - Rivoluzione e rotazione sincrona della Luna
Si chiede allo studente Luna di compiere un giro attorno alla terra cercando
sempre di guardare verso la Terra.
Quando avrà compiuto un 1/4 di orbita si pongono le seguenti domande
Quale parte della luna si vede dalla Terra? [R. Parte anteriore] Vediamo sempre la stessa parte della Luna? [R. Sì]
La Luna guarda sempre nella stessa direzione? [R. No]
La luna ha ruotato su se stessa? [R. Sì]
Di quanto ha ruotato? [R. 1/4 di giro]
Si ripetono le stesse domande dopo che la Luna ha compiuto un 1/2 e 3/4 di
orbita e infine 1 orbita completa, si rileva così che questa simulazione, in cui il
tempo impiegato dalla Luna per compiere un giro su se stessa è identico al tempo che essa impiega per fare una
rivoluzione intorno alla Terra, è in accordo con il fatto che essa mostra alla Terra sempre la stessa faccia (dalla
Terra è pertanto visibile solo un emisfero della Luna; il 50 % della sua superficie).
Come consolidamento è utile proporre individualmente o a coppie l’attività di seguito descritta in cui si utilizzano
tappi a corona sui quali è stato stilizzato un viso e un foglio su cui è stato disegnato un cerchio che rappresenta la
Terra (l’attività è propedeutica per il successivo lavoro di modellizzazione delle fasi lunari, pertanto è opportuno
disegnare il viso su un solo semicerchio in modo da poter poi evidenziare l’emisfero visibile dalla Terra e quello
opposto mai visibile).
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Si chiede agli alunni di ricostruire le due simulazioni effettuate muovendo in senso antiorario il tappo in modo che
il viso rappresentato guardi sempre nella stessa direzione (1° modello) oppure in modo che guardi sempre la Terra
(2° modello). Si pongono quindi le seguenti richieste:
Illustra con disegni/fotografie i due modelli. Spiega nei 2 casi
se la Luna ruota su se stessa oppure no e se dalla Terra si
osserva sempre la stessa faccia. Quanto tempo impiega la
Luna a compiere una rotazione su se stessa nel secondo
modello? Quale dei 2 modelli rispecchia meglio ciò che noi
osserviamo nella realtà? Quale parte/frazione della superficie
lunare è visibile dalla Terra?
Al termine dell’attività può essere utile analizzare ancora il modello bidimensionale focalizzando l’attenzione su
alcune proprietà geometriche. Utilizzando un foglio su cui sono stati tracciati l’orbita lunare e la congiungente
Terra-Luna in varie posizioni dell’orbita (vedi figura successiva) si chiede di disporre correttamente i tappi-Luna
nelle varie posizioni e di coprire con feltrini adesivi ritagliati a semicerchio la faccia non visibile dalla Terra.
Si stimola l’osservazione ponendo domande quali:
Come è disposto il diametro che individua le due facce della Luna, quella visibile e quella nascosta alla Terra,
rispetto alla congiungente Terra-Luna?
Dovrebbe emergere che il diametro che individua i due semicerchi è sempre perpendicolare alla congiungente
Terra-Luna. A questo punto è possibile annerire con pennarelli la faccia non visibile, fino ad ottenere un modello
completo.
È possibile svolgere un’attività di approfondimento sul mese siderale (vedi Allegato - Approfondimenti).
Tempo circa 2 ore
Attività 7 Le fasi lunari
Perché la Luna cambia “forma” e si verifica il ciclo delle fasi lunari?
Obiettivi specifici - interpretare le fasi lunari come visioni prospettiche dalla Terra di posizioni relative tra Terra,
Sole e Luna
Materiali Spazio esteso (giardino-palestra), pallone (bianco, giallo), calotta nera emisferica, nastro
adesivo di carta, tappi a corona, feltrini adesivi neri circolari, pennarelli neri indelebili, sfere di
polistirolo di almeno due diverse dimensioni, stecchini per spiedini, torcia, Allegato - Attività
fasi lunari.
Svolgimento
Si ripropongono alcune domande di cui alcune già introdotte in precedenza:
Perché la Luna cambia “forma” e non la vediamo sempre illuminata per metà? Perché questi cambiamenti si
susseguono secondo il ciclo delle fasi lunari? Perché il periodo delle fasi lunari coincide con il periodo di
rivoluzione della Luna attorno alla Terra (rispetto al Sole)?
Si raccolgono le risposte senza discuterle e si presentano i nuovi elementi che saranno introdotti nelle simulazioni:
- un pallone di colore chiaro che rappresenta la Luna; sul quale si chiederà alla classe di evidenziare l’emisfero
visibile dalla terra disegnandovi un viso stilizzato, l’emisfero non visibile, che sarà annerito, e infine la
circonferenza che li separa (si può utilizzare anche del nastro adesivo);
- una calotta nera emisferica che se correttamente orientata dalla parte opposta al
Sole, rappresenta l’emisfero
della Luna non illuminato dal
Sole.
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Dopo aver disposto almeno 8 alunni in cerchio in uno spazio piuttosto esteso (giardino-palestra) si sceglie un
elemento, anche fittizio, come Sole, che dovrà trovarsi molto lontano (si precisa, se necessario, che nella
simulazione il Sole per semplicità è considerato fisso, ovvero non si distingue tra mese sinodico e siderale) e si
specifica che lo scopo dell’attività è quello di simulare i moti di rivoluzione e rotazione della Luna avendo cura di:
- far orbitare la Luna attorno alla Terra in senso antiorario compiendo 1 passo ogni giorno ovvero 7 passi per 1/4 di
giro (per facilitare una corretta visualizzazione delle fasi è importante che
l’alunno Luna si trovi distante dalla Terra);
- orientare sempre la calotta nera dalla parte opposta al Sole;
- orientare sempre la faccia visibile della Luna verso la Terra.
Per assicurarsi che i ragazzi sappiano realizzare correttamente la simulazione sarà
necessario fare varie prove.
Si può cominciare analizzando dapprima le situazioni più semplici che
corrispondono alle 4 posizioni principali:
In ognuna delle 4 posizioni principali (Luna Nuova, Primo Quarto, Luna piena, Ultimo quarto) come viene
vista la Luna dai ragazzi-Terra? La forma della Luna è in accordo con le osservazioni dirette effettuate
nell’attività 3?
Durante la simulazione è fondamentale evidenziare attraverso domande i seguenti aspetti.
- “Fase” come porzione della superficie lunare illuminata e visibile dalla Terra.
È importante stimolare l’osservazione degli alunni sul fatto che
“la porzione di Luna che noi vediamo” è ciò che rimane della sua
superficie dopo aver “eliminato” sia la faccia/emisfero non
visibile dalla Terra (perché ad essa opposta - diametro
perpendicolare alla congiungente T-L) sia la faccia/emisfero non
illuminata dal Sole (perché ad esso opposta - diametro
perpendicolare ai raggi solari). Queste due facce in generale non
coincidono, questo accade solo nella fase di Luna Piena. Non
esiste una “faccia sempre oscura della Luna” e la “faccia
opposta/nascosta alla Terra” non è sempre in ombra.
Perché non riusciamo a vedere sempre tutta la faccia che la
Luna rivolge alla Terra?
La faccia che la Luna rivolge alla Terra è sempre illuminata?
La faccia opposta al Sole, che è quindi in ombra, come è
disposta? La metà non illuminata è sempre la stessa?
Quale porzione della Luna è visibile dalla Terra?
- Posizioni reciproche di Sole, Terra, Luna e relazioni geometriche tra la congiungente Terra-Luna e i raggi solari.
Nelle fasi principali di Luna Nuova e Luna piena i 3 corpi sono allineati, inoltre Luna e Sole sono rispettivamente in
congiunzione e opposizione; i raggi solari sono paralleli alla congiungente Terra-Luna. Nelle fasi di Primo e Ultimo
quarto i 3 corpi sono in quadratura; i raggi solari sono perpendicolari alla congiungente Terra-Luna.
Come sono disposti Terra-Luna e Sole nelle 4 fasi principali?
- Velocità e verso del moto di rivoluzione della Luna, orientamento della porzione visibile della Luna (orientamento
della “gobba”).
Per ogni quarto di giro, da una fase principale all’altra, passa circa una settimana (7 passi della Luna e quindi 7
rotazioni-giorni sulla Terra)
Quanto tempo passa tra la Luna Nuova e il Primo Quarto? Tra il Primo Quarto e la Luna Piena? …..
Il Primo e Ultimo Quarto differiscono per l’orientamento della Gobba e si possono presentare i vari proverbi
(Gobba a levante luna calante e gobba a ponente luna crescente; La luna è bugiarda quando dice “D” non decresce,
ma cresce e quando dice “C”, non cresce ma decresce).
Come sono orientati rispettivamente il Primo e Ultimo Quarto, cioè come rivolta per un osservatore terrestre
la gobba: verso Est (sinistra) o verso Ovest (destra)? La Luna sta crescendo o decrescendo (calando)?
Può essere utile far notare che anche l’orientamento della Gobba nel corso del ciclo di lunazione ci può
confermare che la Luna orbita in senso antiorario se vista dal Polo Nord, se ruotasse in senso orario il Primo
Quarto avrebbe la Gobba a levante e l’Ultimo Quarto la Gobba a ponente, sarebbero cioè invertiti.
Tutti gli abitanti della Terra vedono la stessa fase di Luna in una certa data, infatti, se si fa ruotare la Terra di 360°
(24 ore), la Luna non si muove molto (1 passo circa 12°).
In grigio emisfero opposto alla Terra
In nero emisfero opposto al Sole
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Tutti sulla Terra vedono la stessa fase? Mentre fate un giro passa un giorno, di quanto si sposta la Luna? Il
suo aspetto cambia molto?
Si prosegue approfondendo le fasi di Falce e Luna Gibbosa calanti e crescenti, soffermandosi ancora
sull’orientamento della “gobba” e sul concetto di “fase” come porzione della superficie lunare che rimane dopo
aver “eliminato” sia la faccia non visibile dalla Terra sia la faccia non illuminata dal Sole.
Per evidenziare che le fasi della Luna dipendono dal nostro
punto di vista terrestre può essere molto interessante
chiedere ad un gruppo di alunni di allontanarsi il più
possibile da Luna e Terra e di descrivere che cosa osservano
dal quel diverso punto di vista. Si ripete l’osservazione in
posizioni diverse. Dovrebbe emergere che se prendiamo un
punto di vista esterno alla Terra, se questo è molto lontano
dalla Terra si vedrà sempre la stessa “fase” e la “fase”
(porzione illuminata della superficie lunare) dipenderà dalla
sua posizione nello spazio.
Come attività di consolidamento in piccolo gruppo è possibile far svolgere alcune simulazioni tra cui quella classica
in cui avendo a disposizione due sfere di polistirolo di dimensioni diverse (più piccola la Luna e più grande la
Terra), stecchini e una torcia (il Sole) si simulano la rivoluzione lunare e il ciclo delle fasi lunari.
Si ritiene tuttavia molto utile affrontare a coppie o individualmente la costruzione di un modello bidimensionale
utilizzando tappi a corona e feltrini adesivi, già introdotti nell’attività precedente.
Si può proporre la seguente richiesta: Prova a realizzare un modello bidimensionale del sistema
Terra-Luna-Sole che spieghi il fenomeno del ciclo lunare
utilizzando i seguenti materiali:
figura in cui è disegnata l’orbita lunare, alcuni punti
fondamentali lungo questa e la direzione dei raggi solari
(vedi figura e Allegato - Attività fasi lunari);
tappi che rappresentano la Luna, sui quali è evidenziata la
faccia non visibile dalla Terra;
semicerchi neri adesivi che rappresentano la faccia non
illuminata dal Sole;
disegno delle fasi lunari da copiare e/o ritagliare.
Gli alunni dovrebbero produrre un modello quale quello di
seguito rappresentato. Per analizzare e confrontare i modelli
prodotti può essere utile proporre la visione di un’animazione di
Geogebra https://ggbm.at/WSSYGAJS.
Conclusioni
Attraverso una discussione collettiva si cerca di far emergere i seguenti aspetti:
- le fasi della Luna sono legate alla sua rivoluzione intorno alla Terra rispetto al Sole (mese sinodico);
- la Luna è sempre illuminata per metà dal Sole, ma dal nostro punto di vista non vediamo sempre la stessa
porzione illuminata, le fasi lunari dipendono quindi dalle posizioni reciproche di Sole, Terra e Luna;
- un osservatore posto molto lontano dalla Terra vede la Luna sempre nella stessa fase;
- la “faccia nascosta” alla Terra non è sempre in ombra e non esiste una “faccia (sempre) oscura” della Luna,
l'emisfero non illuminato, infatti, varia con la rotazione della Luna intorno al proprio asse e non in conseguenza del
moto di rivoluzione. Tempo circa2 ore
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Attività 8 L’ora di levata e tramonto della Luna
Tutte le fasi lunari sono visibili in ogni ora del giorno?
Obiettivi specifici - rilevare che le ore di levata, culminazione e tramonto della Luna dipendono dalla sua
fase/posizione lungo l’orbita di rivoluzione attorno alla Terra
Materiali Quelli dell’attività precedente
Svolgimento Ripetendo la simulazione proposta nell’attività precedente si pongono domande quali:
Tutte le fasi lunari sono visibili in ogni momento del giorno?
È possibile vedere la Luna Crescente a mezzanotte?
È possibile vedere la Luna Piena di giorno?
È possibile vedere l’ultimo Quarto al Tramonto?
A che ora sorge e tramonta la luna Piena? e la Luna Nuova? …
Al termine della simulazione si può chiedere di integrare il modellino prodotto nell’attività precedente, di
costruire tabelle e disegni come quelli di seguito illustrati.
Tempo circa 1 ora
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BIBLIOGRAFIA – SITOGRAFIA
Di seguito sono elencate le fonti fondamentali consultate, selezionate fra le molte esistenti.
http://www.astronomianews.it/dettaglio.aspx?ID=289808D0434A347469DD1A0D663D379C
http://wwwas.oats.inaf.it/aidawp5/ita_download.html?fsize=medium
http://www.angeloangeletti.it/MATERIALI%20OLIASTRO/oliastro_materiali_2012.htm
http://planet.racine.ra.it/testi/costell.htm
http://www.les.unina.it/Le%20attivita/temi/terra/prendi_la_luna.htm
http://www.comprensivobosisio.it/attivita-di-approfondimento/studiare/abbiamo-studiato-scienze/
http://physique.paris.iufm.fr/stellarium/
http://www.fondation-lamap.org/fr/page/11398/les-phases-de-la-lune
http://www4.ac-nancy-metz.fr/ia54-circos/ienpompey/spip.php?rubrique51
http://archive.oapd.inaf.it/pianetav/
http://archive.oapd.inaf.it/pianetav/L11_00S.html
www.filippin.it/.../Articolo%20Aristarco%20%20Parte%2
http://solarsystem.nasa.gov/educ/lesson-view.cfm?LS_ID=1115
http://solarsystem.nasa.gov/educ/lesson-view.cfm?LS_ID=1116
http://python.bretagne.iufm.fr/t1sciences/ressources/astro/lune.htm
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/pages/primaire-2ecycle.html#soleil
http://www.coe.unt.edu/dallas-xtreem-science-and-mathematics-institutes/teaching-8th-grade-science
http://www.stellarium.org/it/
http://www.treccani.it/enciclopedia/luna/
http://www4.ac-nancy-metz.fr/ia54-
circos/ienpompey/sites/ienpompey/IMG/doc/Astronomie_sequence_pedagogique.doc
Risorse digitali online
http://www.nauticoartiglio.lu.it/almanacco/Aa_lunaonline.htm
http://archive.oapd.inaf.it/pianetav/
http://astro.unl.edu/classaction/coordsmotion.html
http://astro.unl.edu/classaction/animations/lunarcycles/lunarapplet.html
http://astro.unl.edu/classaction/animations/lunarcycles/moonbisector.html
http://astro.unl.edu/animationsLinks.html
http://astro.unl.edu/classaction/animations/lunarcycles/phaseDemonstrator.html
http://astro.unl.edu/classaction/animations/lunarcycles/moonphases.html
http://www.solarsystemscope.com/
Osservazione reale Luna-Terra e calendari lunari
http://www.fourmilab.ch/earthview/vplanet.html
http://observethemoonnight.org/,
http://aa.usno.navy.mil/imagery/moon,
http://lunaf.com/lunar-calendar/.
http://stardate.org/nightsky/moon
Animazioni
http://www.mogi-vice.com/Pagine/Scaricamento.html
http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/tides/media/supp_tide05.html
http://archive.oapd.inaf.it/pianetav/
SOFTWARE STELLARIUM http://www.stellarium.org/it/
Moduli didattici e gli esempi di utilizzo di Stellarium
http://vo-for-education.oats.inaf.it/ita_download.html?fsize=medium in particolare
http://vo-for-education.oats.inaf.it//download/es13_luna.pdf
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Verifica – risorse a disposizione: schema muto fasi lunari
1a) Prova a stimare le seguenti distanze utilizzando come unità di misura la lunghezza del diametro terrestre, pari a circa
12.750 km. Scegli la risposta che ritieni più vicina a quella corretta.
Diametro lunare: Diametro solare: Distanza Terra-Luna: Distanza Terra-Sole:
○ 1
10 ○
1
4 ○
1
2 ○
3
4
di un diametro terrestre
○10 ○1000 ○100 ○10000
diametri terrestri
○ 10 ○ 3 ○ 100 ○ 30
diametri terrestri
○ 400 ○ 30 ○ 1000 ○ 12000 diametri terrestri
1b) Immagina ora di voler rappresentare il Sole con una sfera di 12 metri di diametro. Mantenendo tutte le lunghezze in
proporzione, quali sarebbero i diametri di Terra e Luna?
1c*) Approssimando il diametro terrestre a 12.000 km, a quale scala avrai rappresentato il sistema Sole-Terra-Luna?
Giustifica le risposte.
2a) La luna sorge approssimativamente a: ○ sud ○ est ○ nord ○ ovest
2b) Stai guardando la Luna culminare nel cielo alle 4 del pomeriggio, dove si troverà la Luna 3 ore dopo?
○ La Luna si sarà spostata verso Est ○ La Luna dopo 3 ore non si sarà spostata.
○ La Luna si sarà spostata verso Ovest ○ La posizione della Luna dopo 3 ore non è prevedibile.
Giustifica le risposte.
3) Oggi Anna ha guardato e disegnato la Luna. Osserva il suo disegno e la figura
che rappresenta (visti dal Polo Nord celeste) Anna che guarda la Luna, l’orbita
lunare e i raggi solari.
a) A che ora Anna ha realizzato il disegno? ○ 6 ○ 12 ○ 18 ○ 24
b*) La Luna per Anna … ○ è sorta da poco ○sta culminando ○sta per
tramontare
c) In quale direzione si trova la Luna nel disegno di Anna?
○ sud-ovest ○ sud-est ○ sud ○ nord-est
d) Disegna la Luna nel punto dell’orbita in cui si troverà domani sera?
e) A quale ora domani Anna potrà vedere nuovamente la Luna sulla verticale del
campanile davanti a casa? Giustifica la risposta.
4) Dalla Terra vediamo sempre la stessa faccia della Luna perché ….
○ la Luna non ruota su se stessa ○ il periodo di rotazione della Luna è uguale a quello di rivoluzione
○ l’altra faccia della Luna non è mai illuminata ○ il periodo di rotazione della Luna è uguale a quello della Terra
5) Individua la risposta errata. Le fasi lunari …
○ sono dovute al moto di rivoluzione della Luna ○ sono una conseguenza della rotazione della Luna
○ avvengono in un intervallo di tempo di circa un mese ○ dipendono dalle posizioni di Terra, Luna e Sole
6a) Scrivi sotto ogni casella il nome con cui viene indicata la corrispondente “forma” della Luna.
A) B) C) D) E)
b) Quale percentuale della superficie lunare è illuminata dal Sole in ogni momento? …………..
c) Quale percentuale della superficie lunare vediamo illuminata nell’immagine E? …………..
d) E nel caso delle immagini C? …………..
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7a) Se stasera c’è la Luna Piena, tra una settimana la Luna sarà
calante o crescente (considera una durata del ciclo lunare di
28 giorni)? ………………..
b) Come apparirà la Luna vista dalla Terra? Come è detta
questa fase?
Lettera: …. Nome fase: ………………...
c) In quale posizione dell’orbita si troverà la Luna?
[Disegna una X vicino alla corretta posizione]
d) Verifica le risposte precedenti annerendo sia la faccia della
Luna non illuminata dal Sole sia la faccia non visibile dalla
Terra.
8) Jane questo mese ha osservato e fotografato la Luna. Alcune volte a causa delle nuvole non è riuscita ad osservala.
La foto più vecchia è a sinistra, la più recente a destra.
a) Quanti giorni approssimativamente separano la prima foto dall’ultima?
b) Se Jane avesse iniziato ad osservare la Luna un giorno prima come la
avrebbe vista? Fai un disegno e indica il nome della fase corrispondente.
Giustifica le risposte [Considera una durata del ciclo lunare di 28 giorni].
9a) Indica con LP la posizione in cui si verifica la fase di Luna
Piena, poi cerchia l’osservatore che vede sorgere la Luna Piena.
A quale ora sorge la vede sorgere? ………………..
A quali ore la vedrà culminare e tramontare? ………
e ………
9b) Indica la posizione in cui si verificano le seguenti fasi:
Primo quarto, Falce crescente, Falce calante, Ultimo
Quarto
(PQ) (F Cre) (F Cal) (UQ)
Quale tra queste fasi non può essere osservata dopo l'alba e
prima di mezzogiorno? Giustifica la risposta.
10*) In quale fase si può avere un’eclisse di Sole? E una di Luna? Perché le eclissi non si verificano ogni mese?
Luna e Matematica
A) Considerando la durata media del ciclo lunari uguale a 29,5 giorni, qual è il massimo numero di Lune piene che si
possono vedere in un anno di 365 giorni?
B) * Assumendo che il ciclo delle fasi lunari sia esattamente 30 giorni e che un anno duri esattamente 400 giorni, calcola
quanti anni dovrebbero passare per poter rivedere la stessa fase lunare nello stesso giorno dell’anno.
*ES 1c, 3b, B - A discrezione dell’insegnante per difficoltà elevata; Es. 10 in quanto le eclissi non vengono trattate nel percorso
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Schema muto fasi lunari
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Allegato-Osservazioni
A) Osservazione da svolgersi in unico giorno in ore successive
1. Scegli un luogo di osservazione (balcone, finestra, giardino, …) da cui si vede la Luna.
2. Prendi nota del punto esatto da quale stai osservando e disegna su un foglio l'orizzonte che vedi davanti a
te (altre case, alberi, colline/monti, mare, cielo, … ).
3. Osserva la Luna e disegnala come appare (riproduci con cura la forma reale e le caratteristiche della
superficie che riesci ad osservare: macchie scure, chiare, …*) e nella posizione in cui si trova nel cielo
utilizzando come riferimento i dettagli visibili all'orizzonte, registra il giorno e l’ora di osservazione.
4. Ripeti l’osservazione almeno dopo 1, 2, 3 ore facendo molta attenzione a posizionarti esattamente nello
stesso punto e disegna ciò che osservi sullo stesso foglio riportando sempre l’ora di osservazione..
5. Se possibile per ogni osservazione determina e annota l’altezza e l’azimut della Luna
B) Osservazione da svolgersi in vari giorni consecutivi alla stessa ora
1. Osserva la Luna, disegnala come appare (riproduci con cura la forma reale e le caratteristiche della
superficie che riesci ad osservare: macchie scure, chiare, …*) e nella posizione in cui si trova nel cielo
utilizzando come riferimento i dettagli visibili all'orizzonte, registra il giorno e l’ora di osservazione.
2. Ripeti l’osservazione il giorno dopo (e se possibile anche nei giorni seguenti) sempre alla stessa ora
facendo molta attenzione a posizionarti esattamente nello stesso punto. Disegna ciò che osservi sullo
stesso foglio riportando la data e l’ora di osservazione.
3. Se possibile per ogni osservazione determina e annota l’altezza e l’azimut della Luna
C) Osservazione da svolgersi in varie settimane almeno una volta al giorno
1. In una tabella disegna con cura la forma reale della Luna con le caratteristiche della superficie che riesci
ad osservare: macchie scure, chiare, …*; indica i punti cardinali e registra sempre la data e l’ora di
osservazione
* Per osservare la forma reale della Luna e le caratteristiche della sua superficie utilizza se possibile un
binocolo.
Note per l’insegnante
È importante che l’insegnante insista su alcuni aspetti rigorosi dell’indagine da compiere:
data e ora precisa,
stesso punto di osservazione con rappresentazione sintetica dell'orizzonte,
buon orientamento del disegno (orizzontalità),
rappresentazione accurata della forma della Luna e delle macchie osservabili.
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Calendario lunare Alunno …………………………….. Classe …………. Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
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Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Giorno Ora
Stima di distanze angolari nel cielo alcuni suggerimenti
Altezza – Per misurare l’altezza angolare di un corpo basta costruire un
sestante utilizzando un goniometro ad angolo piatto (si può utilizzare anche
un disegno ingrandito del goniometro incollato su un cartone). Si fissa con
nostro adesivo sulla direzione 0°-180° del goniometro un tubo e al centro
del goniometro si inserisce un filo a cui si appende un piccolo peso, in
modo che il filo stia ben teso.
* Materiali per la costruzione del
sestante: cartoncino (almeno 20 x 32),
fotocopia goniometro, filo sottile o
lenza, piombino, scotch, puntina per
sughero (o fermacampione), tubo di
plastica con l ≈ 40-45 cm, d ≈1 cm (es.
canalina elettrica).
Sestante come acchiapparaggi (misura dell’altezza del Sole):
Essendo impossibile puntare direttamente il Sole, si orienta il
tubo verso il Sole e poi per tentativi si varia l’inclinazione
(cercando di mantenere verticale il piano del goniometro) fino
a quando si riesce a vedere nitidamente una macchia luminosa
(il cartoncino quadrato all’estremità del tubo permette di
visualizzare meglio la macchia di luce). In queste condizioni i
raggi solari riescono ad attraversare il tubo ed è possibile
misurare la loro inclinazione rispetto al piano orizzontale
ovvero l’altezza del Sole.
(http://www.iapht.unito.it/giocattoli/schede/schede_giochi.pdf, http://www.iapht.unito.it/scin/materiali/piramidi-e-Sole.pps)
Distanze angolari tra due corpi nel cielo
Utilizzo del corpo
http://didascienze.formazione.unimib.it/senisquipo/luce/htm/lucomb/lucomba/lucomba-3-1-7.htm
http://www.istpangea.it/files/legNat_6_Il_cielo_e_di_tutti_2b_L.
http://planet.racine.ra.it/testi/costell.htm
Traguardare con la bussola
“Orientometro” – misura dell’angolo tra un corpo celeste e un
riferimento fisso sull’orizzonte.
Materiale: goniometro, due bastoncini di legno dello spessore di 1/2 cm
circa, chiodi.
Costruzione: Fissare uno dei due bastoncini lungo la direzione 0°-180°
del goniometro. Poi, con un chiodo, fissare il secondo bastoncino al
Gli angoli in grigio sono uguali in
quanto complementari dello stesso
angolo.
figura da http://planet.racine.ra.it/testi/costell.htm
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centro del goniometro, in modo che esso possa ruotare come indicato in figura.
Utilizzo: Puntare l'estremità del bastoncino fisso verso l’oggetto sull’orizzonte, poi muovere l'altro fino a
puntare il secondo oggetto. Leggere sul goniometro l'angolo tra i due bastoncini (da
http://archive.oapd.inaf.it/othersites/polare/cielofile/modulo5.pdf)
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Goniometro per sestante
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Allegato - Attività fasi lunari
MODELLO FASI LUNARI Classe Alunno/i data
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FASI LUNARI
1
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Allegato - Approfondimenti
Attività 2 - Diametro apparente di Sole e Luna
Può essere molto utile anche in previsione della trattazione del fenomeno delle eclissi affrontare un
approfondimento sul diametro apparente di Sole e Luna.
Si può iniziare ponendo le seguenti domande: Hai scoperto che Luna e Sole hanno sia dimensioni che
distanze dalla Terra molto diverse. In base alla tua esperienza quotidiana la Luna e il Sole visti dalla
Terra appaiono di dimensioni diverse o simili? Prova a rappresentare le loro dimensioni a confronto
con un disegno.
Confrontando le risposte fornite dai ragazzi dovrebbe nascere spontaneamente una distinzione tra dimensioni
reali e dimensioni apparenti di un corpo. L’insegnante stimolerà una discussione più approfondita chiedendo
agli alunni di prendere in mano un piccolo oggetto e di esaminare che cosa accade se, osservandolo con solo
occhio, lo allontanano e lo avvicinano. Ci si soffermerà, inoltre, ad osservare cosa può nascondere alla vista
il piccolo oggetto se posto più vicino o più lontano dall’osservatore. Si pongono quindi le seguenti domande:
Un oggetto piccolo può nascondere alla vista un oggetto più grande? Da quali parametri/condizioni
dipendono le dimensioni apparenti di un oggetto? Dalla discussione collettiva dovrebbero emergere le seguenti osservazioni: - un oggetto piccolo, quando è
vicino, può nascondere un oggetto molto più grande e più lontano; - le dimensioni apparenti di un oggetto
dipendono dalle sue dimensioni reali e dalla distanza tra oggetto e osservatore.
Si propongono le seguenti attività in cui gli alunni suddivisi in gruppi hanno a disposizione 3 sfere di diverso
diametro ( = 12, 6 e 4 cm), un tavolo (o in alternativa banchi affiancati), nastro adesivo e metro. Ai ragazzi
si fornirà sotto forma di fotocopia la seguente traccia di lavoro. ______________________________________________________________________________________________
Disponete il nastro con il lato adesivo verso l’alto sul tavolo e la sfera più grande di 12 cm ad
un’estremità del tavolo, posizionatevi all’altra estremità e utilizzando un solo occhio (allineato alla
superficie del tavolo), chiedete ad un compagno di muovere (una per volta) le altre 2 sfere di 6 e 4
cm lungo il nastro fino a raggiungere le posizioni in cui queste nascondono perfettamente alla
vostra vista la sfera più grande. Prendete nota delle distanze tra l’osservatore e le sfere. Ripetete a
turno l’attività, esaminate i dati e calcolate il valore medio delle distanze. Costruite una tabella per
evidenziare la relazione esistente tra distanza dall’osservatore e diametro delle sfere quando queste
si nascondono perfettamente ovvero quando hanno dimensioni apparenti molto simili.
Rispondete quindi alle seguenti domande: Calcola il rapporto tra la distanza di ciascuna sfera
dall’osservatore e il suo diametro, cosa osservi? A quale distanza devi posizionare una sfera
di 2 cm affinché abbia lo stesso diametro apparente delle altre? Quale relazione esiste tra i diametri e
le distanze delle 3 sfere? Prova ad applicare la relazione che hai trovato al caso di Sole e Luna
osservati dalla Terra, cosa puoi dire dei loro diametri apparenti? Secondo te la piccola Luna può
nascondere il grande Sole (e dar luogo così ad un’eclissi di Sole)?
Si dovrebbe giungere a costruire una
tabella come la seguente e ad
evidenziare che le sfere hanno
dimensioni apparenti simili quando il
rapporto tra distanza dall’osservatore e
diametro è costante; si tratta quindi di
una relazione di proporzionalità diretta tra le due grandezze.
Se consideriamo Sole e Luna visti dalla Terra risulta che il rapporto tra la loro distanza dalla Terra e il loro
diametro è più o meno lo stesso (il Sole è circa 400 volte più grande della Luna e si trova ad una distanza
dalla Terra circa 400 volte maggiore di quella della Luna). I due corpi hanno quindi diametri apparenti molto
simili. La Luna può quindi dare luogo ad un’eclissi di Sole.
dSole
∅Sole=
150.000.000
1.400.000≈ 107
dLuna
∅Luna=
384.000
3470≈ 110
Facendo riferimento al concetto di altezza angolare, si può infine introdurre quello di diametro apparente
come ampiezza dell’angolo visuale di osservazione di un oggetto (angolo sotteso). Si chiede agli alunni di
completare lo schema di seguito proposto tracciando i raggi visuali che partono dal punto di osservazione e
raggiungono gli estremi del diametro del corpo celeste (che ci appare come un disco). Per i due corpi disposti
a distanze diverse si evidenziano gli angoli che questi raggi formano.
distanza dall'osservatore (cm) (cm) d/
sfera =12 d 12
sfera =6 d/2 6
sfera =4 d/3 4
sfera =2 d/6 2
d
∅= k
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Si definisce quindi la dimensione apparente di un corpo come ampiezza dell’angolo sotteso da questo (α e β).
Si tratta dell’angolo al vertice di “un immaginario triangolo isoscele di osservazione” che ha come base il
diametro del corpo e come vertice l’occhio dell’osservatore.
Ritornando al caso di corpi con stesso diametro apparente, come Luna e Sole osservati dalla Terra, si può
proporre agli alunni di schematizzare con un ulteriore disegno questa particolare situazione e di ricercare
quali relazioni geometriche esistono tra “gli immaginari triangoli di osservazione”.
Dovrebbe emergere che si tratta di una relazione di similitudine tra triangoli per la quale è possibile scrivere
la seguente proporzione
d1 : 1 = d2 : 2 (ovvero d1
1 =
d2
2 )
Risulterà quindi possibile calcolare le dimensioni apparenti di Sole e Luna:
scuola secondaria I grado: Si applica la relazione di proporzionalità diretta tra la lunghezza dell’arco e
l’angolo al centro corrispondente. Si assume che per ampiezze angolari molto piccole (quale è il caso per
Luna e Sole osservati dalla Terra, data la loro enorme distanza da questa), la lunghezza dell’arco possa essere
approssimata al diametro del corpo. Il raggio della circonferenza corrisponde alla distanza tra osservatore e
corpo.
Vale quindi seguente proporzione
α : 360° = l : 2πr
ovvero
α : 360° = : 2πd
e quindi
∝=
2πd∙ 360°
Nel caso di Luna e Sole si avrà
∝ Luna o Sole ≈ 3470
2π ∙ 384000∙ 360° ≈
1400000
2π ∙ 150000000∙ 360° ≈ 0,52°/0,53° ≈
1
2°
(da http://www.astronomynotes.com/solarsys/s2.htm)
scuola secondaria II grado: si applicano le relazioni trigonometriche esistenti tra i lati di un triangolo
rettangolo e i sui angoli. Si giunge ad osservare che
∝
2Luna o Sole ≈ tan−1
∅2d
≈ tan−1
34702
384000≈ tan−1
14000002
150000000≈ 0,26°/0,27°
e quindi
d1 d2
d1 d2
α β
d1 d2
α = dimensione angolare 2 1
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∝ Luna o Sole ≈ 0,52° − 0,53° ≈1
2°
Nota. È possibile utilizzare il software Stellarium per verificare che i diametri apparenti di Sole e Luna sono
molto simili (http://vo-for-education.oats.inaf.it//download/es13_luna.pdf).
Allegato - Approfondimenti
Attività 6 – La rotazione della Luna e il mese siderale
Una volta certi che gli alunni abbiano compreso che Luna mostra alla Terra sempre la stessa faccia, si può
affrontare un’attività specifica per far comprendere agli alunni che il periodo di rotazione della Terra non
coincide con il mese sinodico, ma con il mese siderale.
Si chiede alla classe di ripetere la seconda simulazione introducendo anche il Sole. Si ritiene molto
probabile che gli alunni la realizzino considerando il Sole fisso nel cielo (come d’altra parte finora è stato
supposto).
Si chiederà quindi: Considerando che il periodo di rivoluzione della Luna è di 29,5 giorni, ovvero circa
un mese, possiamo davvero considerare il Sole fisso nel cielo rispetto alla Terra e quindi viceversa la
Terra fissa rispetto al Sole? Se immagini di essere un osservatore molto lontano che osserva Luna,
Terra e Sole al di fuori del sistema solare sopra il Polo Nord, cosa è accaduto a Sole e Terra in un
mese mentre la Luna faceva una rivoluzione completa attorno alla Terra?
Dovrebbe emergere che nell’intervallo di tempo di circa un mese la Terra ha compiuto circa 1/12 della sua
orbita intorno al Sole ovvero si è spostata di circa 30° (nel moto di rivoluzione terrestre la Terra compie
360° in 365,25 giorni con una velocità è di circa 1°/g).
Si possono a questo punto proporre due tipi di simulazioni una geocentrica e una eliocentrica. Di seguito
vengono descritte entrambe, l’insegnante può scegliere se svolgerle entrambe o una sola.
Simulazione eliocentrica.
I ragazzi si dispongono come in figura: Terra, Luna e Sole sono allineati lungo una direzione resa
chiaramente visibile da un nastro adesivo di carta (disposto ad esempio lungo il commento del pavimento),
la Terra è rappresentata da un solo alunno e si trova molto distante dal Sole, la Luna è in congiunzione con il
Sole e si trova molto vicina alla Terra, gli alunni che rappresentano Terra e Luna sono rivolti uno verso
l’altro, le posizioni dei tre corpi sono contrassegnate da segni sul pavimento.
Si pongono le seguenti domande per richiamare l’attenzione sulle posizioni reciproche dei tre corpi:
Come sono disposti Terra, Luna e Sole? Dove si trova la Luna?
Che ora è per il ragazzo Terra? Dove si trova la Luna nel cielo
per il ragazzo Terra? Quale faccia della Luna vede il ragazzo
Terra? [R. Sole, Luna e Terra sono allineati e la Luna si trova tra
il Sole e la Terra. Per il ragazzo Terra è mezzogiorno. Il ragazzo
Terra vede la Luna culminare e ne vede il viso.]
Si chiede agli alunni di simulare separatamente uno alla volta i movimenti che la Luna e la Terra compiono
in 29,5 g (non si simula per semplicità la rotazione della Terra). Dovrebbe emergere che per rappresentarne
il movimento della Terra è necessario tracciare sul pavimento un angolo con ampiezza di 29,5° che ha per
vertice il Sole e per lati le congiungenti Terra-Sole (per rappresentare questo angolo di circa 30° si utilizzerà
il nostro adesivo). Si simulano separatamente i movimenti di Luna e Terra e si osserva che chiaramente in
questo modo la Luna “non segue” la Terra, ma ritorna nella sua posizione iniziale cioè allineata con Terra e
Sole.
Si invitano quindi gli alunni a cercare di simulare i movimenti di Luna e
Terra contemporaneamente ricordando i seguenti aspetti: in 29,5 g la
Luna annulla perfettamente il suo ritardo rispetto al Sole e pertanto si
dovrà ritrovare nella stessa posizione rispetto alla Terra e al Sole; la
Luna in qualsiasi posizione mostra sempre la stessa faccia alla Terra. È
possibile che gli alunni incontrino difficoltà a simulare
contemporaneamente i movimentì di Luna e Terra, in ogni caso si
chiede loro di disporsi nelle posizioni finali che Luna e Terra assumono
dopo 29,5 g.
Terminato il movimento si esamina se questo è stato compiuto
correttamente ponendo le seguenti domande:
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La Terra ha compiuto 29,5° lungo la sua orbita? La Luna è allineata al Sole e alla Terra e si trova tra
questi? Per il ragazzo Terra è mezzogiorno? La Luna per il ragazzo Terra sta culminando? Il ragazzo
Terra vede il viso del ragazzo Luna proprio di fronte?
Una volta accertato che tutte le risposte sono affermative, si chiede a due alunni di disporsi come Terra e
Luna si trovavano inizialmente e si prosegue con ulteriori domande:
Si può dire che la Luna in 29,5 g abbia compiuto una rotazione
completa di 360° intorno a se stessa? [R. No, la Luna ha compiuto una
rotazione maggiore di 360°]
Dove si troverebbe la Luna se avesse ruotato esattamente di 360°?
Come dovrebbe essere disposta la congiungente Terra-Luna rispetto
all’allineamento iniziale? [R. La congiungente Terra-Luna sarebbe
parallela all’allineamento iniziale]
Si chiede ad un alunno di disporsi nella posizione individuata e sempre
utilizzando il nastro adesivo si traccia la nuova congiungente (può essere
utile colorare i due nastri paralleli dello stesso colore con un evidenziatore).
Quindi si domanda:
Di quale angolo in più rispetto a 360° ha ruotato la Luna? [R. Altri 29,5°, si tratta di angoli alterni
interni di due rette parallele tagliate da una trasversale]
Il periodo di rotazione della Luna su se stessa è quindi di 29,5 g? [R. No, è minore]
Se consideriamo come riferimento la direzione del commento del pavimento mentre la Luna compie
una rotazione completa su se stessa compie anche una rivoluzione completa rispetto alla Terra? [R.
Sì]
A questo punto dovrebbe risultare evidente che se descriviamo i movimenti della Luna dal punto di vista di
un osservatore posto sulla Terra che prende come riferimento il Sole essa compie una rivoluzione completa
in 29,5 g, ma ruota di su se stessa di un angolo maggiore di 360°, ovvero di 389,5°.
Se invece immaginiamo di prendere un riferimento fisso al di fuori del sistema solare, ad esempio la
direzione del commento del pavimento, come se fossimo osservatori molto lontani che si trovano al di fuori
del sistema solare, la Luna compie una rivoluzione completa intorno alla Terra in un periodo minore di 29,5
g e contemporaneamente compie una rotazione completa su se stessa.
Si richiama quindi che l’unico riferimento fisso che gli uomini possono utilizzare osservando il cielo dalla
Terra è quello delle così dette stelle fisse, la cui distanza dalla Terra è così elevata che la loro direzione
(commento del pavimento) praticamente non varia nonostante il movimento orbitale della Terra e quindi
dell’osservatore. Si introduce il concetto di mese siderale, come periodo necessario affinché la Luna ritorni
nella stessa posizione rispetto allo sfondo delle stelle (periodo tra due successivi allineamenti Terra-Luna-
Stelle).
Simulazione geocentrica
Modificando la disposizione di Terra, Luna e Sole, come illustrato in figura, si può realizzare una
simulazione analoga alla precedente e giungere alle stesse considerazioni.
Si affronta quindi il calcolo del mese siderale.
Si chiede: Come abbiamo visto la Luna in realtà per completare una rivoluzione attorno alla Terra
rispetto al Sole impiega 29,5 g (mese sinodico), ma se prendiamo come riferimento la direzione delle
stelle fisse si sposta di 389,5° lungo la sua orbita e ruota su se stessa dello stesso angolo. In quanto
tempo il suo spostamento rispetto alle stelle fisse e quindi la rotazione su se stessa sarà pari a 360°?
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Applicando una semplice proporzione gli alunni dovrebbero giungere stabilire quanto segue:
29,5 g
389,5°=
mese sidereo g
360°
mese sidereo (T rotazione) =29,5 g
389,5° ∙ 360° = 27,3 g