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Orientamento nello
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Orientamento nello spazio
Di cosa si tratta?
Da tempi immemorabili l’uomo sfrutta i fenomeni naturali per orientarsi nello spazio. Il sole ci indica il nord e il sud. Anche le costellazioni ci indicano i punti cardinali. Ma cosa fare quando il cielo rimane nuvoloso per giorni?
Da più di 2000 anni l’uomo utilizza anche la bussola magnetica per orientarsi. Ma il campo magnetico terrestre è così debole che l'ago della bussola può essere facilmente disturbato e per molti utilizzi moderni – come ad esempio la costruzione di una galleria – la bussola magnetica non si dimostra sufficientemente precisa. A questo scopo vengono utilizzati giroscopi il cui asse ruota autonomamente verso nord, rispettivamente verso sud a causa della rotazione terrestre. Ma come fa il giroscopio a determinare il nord?
E noi? Sappiamo davvero dove si trova il nord? Opposto a dove si trova il sud, presupponendo che il sud si trovi là dove vediamo il sole a mezzogiorno? Ma quando è mezzogiorno? Quando il sole si trova esattamente a sud? E questo sud è esattamente di fronte al nord indicato dall'ago di una bussola magnetica? E lo stesso nord dove punta anche il giroscopio? In realtà esistono diverse direzioni nord – a seconda dello scopo e dell'ambito specialistico. Esistono anche numerose possibilità per orientarsi nello spazio. Qui ve ne presentiamo alcune.
Le esperienze in sintesi
Le esperienze da a a d sono dedicate all’orientamento. Applicando diversi metodi troverete la direzione nord e vi occuperete della traiettoria apparente del sole, del campo magnetico della terra, delle carte nazionali, del piano per il registro fondiario e della rotazione terrestre. Nel farlo scoprirete che non esiste un unico nord.
Se avete voglia di sperimentare e saperne di più, oltre alla relativa descrizione trovate anche dei consigli per esperimenti di approfondimento e fonti di consultazione e ricerca.
Questi esperimenti contengono idee da e per l’insegnamento della matematica, della fisica, della geografia e della storia. Esse offrono anche punti di contatto con altre materie.
© ETH Zurigo
© ESA © BFMiss
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a) La bussola magnetica
Da millenni le persone utilizzano la bussola magnetica per orientarsi sulla terra. Vi orienterete con la bussola del container dello SwissGeoLab scoprendo così, attraverso la sperimentazione, con quale grado di precisione è possibile determinare il nord utilizzando la bussola magnetica.
Il materiale necessario
La bussola dello SwissGeoLab
Un gessetto o degli oggetti per contrassegnare diversi punti
Penna e bloc notes
Svolgimento
1. Formate gruppi di 3-4 persone.
2. Posizionatevi a grande distanza dal container, nel prolungamento di uno dei suoi lati. Contrassegnate il punto in cui vi trovate (schizzo 1). Ciascuno di voi determini l'azimut di questo lato (ossia l'angolo tra il nord e il lato del container) con la bussola. Annotate l'azimut senza comunicare i valori ottenuti.
3. Ripetete la misurazione in 2 o 3 punti più vicini al container rispetto al precedente (schizzo 1). Effettuate infine la misurazione direttamente nell'angolo del container.
4. Posizionatevi anche all’interno del container e misurate l'azimut del lato lungo anche qui.
5. Confrontate i valori misurati dopo che tutti i membri del gruppo hanno effettuato le misurazioni. Cosa riscontrate?
6. Basandovi su tutti i valori da voi misurati, calcolate in modo sensato il «valore ideale» per l'azimut del lato lungo del container (che è rettangolare) (schizzo 2). Confrontate ora il vostro valore con quello ottenuto da altri gruppi (che dovrebbero eseguire la misurazione negli stessi punti).
7. Annotate l'azimut così calcolato su una carta nazionale 1:25 000 e confrontatelo in seguito con i risultati degli esperimenti c e d. Cosa riscontrate?
© Peter Reid, The University of Edinburgh
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Schizzo relativo allo svolgimento:
= Azimut
N
N
N
1.)
Container
2.) N N
?
Domande di approfondimento
Chi ha inventato la bussola magnetica?
Come si forma il campo magnetico terrestre?
Il polo nord e il polo sud del campo magnetico sono sempre stati dove sono ora?
Quanto è importante il campo magnetico terrestre per gli esseri viventi e le piante?
Che importanza riveste il campo magnetico terrestre per la vita moderna?
Cosa bisogna osservare quando si naviga con una bussola magnetica e una carta?
Cosa accadrebbe se, durante la costruzione di una galleria, ci si fidasse soltanto di una bussola magnetica per determinarne la direzione?
Consigli di lettura e ulteriori informazioni
Amir D. Azcel (2002) The Riddle of the Compass: The Invention That Changed the World. Harcourt Brace International.
NOAA, The World Magnetic Model: https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/DoDWMM.shtml
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b) Determinare l'azimut con l'aiuto del sole
Da tempi immemorabili siamo in grado di orientarci con l'aiuto delle stelle e in particolare del sole. In questo esperimento vi avvarrete della posizione apparente del sole per determinare l’orientamento di questo container nello spazio (un cosiddetto azimut).
Parte 1
Il materiale necessario
Un computer
Il software «Stellarium» (sul desktop del computer)
Una palina e un treppiedi
Un gessetto
Un foglio di carta e una matita
Una squadra e un goniometro
Svolgimento
1. Formate gruppi di 2-3 persone.
2. Aprite il programma «Stellarium». Leggete nel riquadro grigio come funziona il programma.
3. Per prima cosa occorre determinare la posizione geografica nella quale vi trovate al momento. Cliccate sull’opzione «Situation» (stella) nella barra delle icone a sinistra. Qui dovete inserire le coordinate geografiche del Herrenacker nel campo in basso a sinistra nella finestra (trovate le coordinate a pagina 2 di questo documento). Potete anche selezionare la vostra posizione cercando la vostra città nell'elenco. Chiudete la finestra (x).
4. Desiderate osservare le stelle senza dover attendere che faccia buio? Accelerate il tempo come descritto nel riquadro a destra ( ). Il sole si trova ancora nella stessa posizione? Cosa riscontrate?
5. Tornate nuovamente al tempo reale ( ). Mantenete invariata l’ora, ma cambiate il mese. Che cosa riscontrate per quanto riguarda la posizione del sole?
6. Tornate nuovamente al tempo reale ( ). Cliccate sul sole e stabilite il suo azimut (Az/altitudine). Perché, secondo voi, questo azimut è considerato un azimut apparente?
Utilizzo di Stellarium
Questo programma mostra un’immagine panoramica del cielo in tempo reale. Potete far ruotare questa vista a piacimento attorno a voi con l'aiuto del mouse o dei tasti freccia della tastiera. Per zoomare potete utilizzare la rotellina del mouse oppure i pulsanti «pagina successiva» e «pagina precedente». Per selezionare e annullare la selezione di un oggetto: - per selezionare, utilizzate il testo di
sinistra del mouse; - per annullare la selezione, utilizzate
invece il tasto di destra del mouse. - Per centrare la vista, premete la
barra spaziatrice.
Modificate l’ora con i tasti Avanti e Indietro in basso a sinistra:
- Avanti ( ) - Indietro ( ) - Avvio ( ) - Pausa ( ) - Torna al tempo reale ( )
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7. Continuate soltanto se splende il sole! Ora determinerete l'azimut di una delle pareti del container. Prendete una palina e un treppiedi e recatevi all'esterno. Fissate la palina (con l'aiuto del treppiedi) in posizione verticale nel prolungamento della parete del container di cui desiderate determinare l'azimut (schizzo 1).
8. Con il gessetto tracciate sul terreno una linea di circa 50 cm di lunghezza e disposta a 180° rispetto all’ombra della palina (ossia in direzione del sole; schizzo 1).
9. Determinate ora la direzione del nord geografico con l’azimut in «Stellarium» (azimut del sole) e l’aiuto del goniometro. Attenzione: l’azimut viene misurato da nord da 0° a 360° gradi in senso orario. Piazzate quindi il centro del goniometro sotto la palina e gli 0° del goniometro sulla linea che avete tracciato (schizzo 2) sul terreno (in direzione del sole).
10. Per determinare la direzione del polo nord geografico, tracciate sul terreno una linea di circa 50 cm di lunghezza ad angolo retto rispetto all'azimut determinato in senso antiorario. Questa linea indica la direzione del nord geografico. Contrassegnatela con la lettera «N» per distinguerla dalle altre linee.
11. Determinate la direzione del container (superficie laterale). A questo scopo tracciate una linea di circa 50 cm a partire dal piede della palina in direzione del container (schizzo 3, linea blu). Misurate ora l'azimut dell'asse del container con l’aiuto del goniometro.
Schizzo dell'esperimento:
Coordinate geografiche della posizione dello SwissGeoLab al ginnasio (WGS 84 formato ° ‘ )::
Latitudine N
Longitudine E
Altitudine m
Per trovare le coordinate del ginnasio, fia clic destro sulla sua posizione su https://map.geo.admin.ch/
0° Azimut del sole
N Container
2)
Container
Palina
Sole
Ombra della palina
(nella direzione del
sole)
1)
N Container
= Azimut 3)
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Parte 2
Il materiale necessario
Una palina e un treppiedi
Un gessetto
Un foglio di carta e una matita
Una squadra
Un goniometropalina
Svolgimento
1. Formate gruppi di 2-3 persone.
2. Prendete una palina e un treppiedi e recatevi all'esterno (schizzo 1).
3. Fissate la palina con l'aiuto del treppiedi in posizione verticale lungo l’asse del container di cui desiderate determinare l'azimut (schizzo 1).
4. Con il gessetto tracciate una linea di circa 50 cm di lunghezza sul terreno dal piede della palina in direzione del container e contrassegnate, sempre sul terreno, la posizione del punto finale dell’ombra della palina (schizzo 1).
5. Aspettate almeno 2 ore, poi tracciate con il gesso la seconda posizione dell’ombra proiettata dalla palina (schizzo 2).
6. Tracciate una retta tra le due posizioni che avete indicato prima con il gessetto (schizzo 2).
7. Tracciate una verticale da questa retta che interseca il piede della palina (schizzo 2). La verticale indica la direzione del nord geografico (schizzo 3).
8. Determinate ora l'azimut della posizione del container con l’aiuto del goniometro (schizzo 3).
Informazioni sul software «Stellarium»
Potete scaricare il programma gratuitamente sul vostro computer da questo sito: http://www.stellarium.org/de/ Manuale per gli utenti di Stellarium - in inglese (Copyright ©2006 Matthew Gates): http://ayera.dl.sourceforge.net/project/stellarium/Stellarium-user-guide-fr/0.7.1-1/stellarium_user_guide-0.7.1-1.pdf
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Schizzo dell'esperimento:
Posizione del sole durante il giorno in Svizzera:
Container
Palina
Ombra della palina posizione
1
Sole
1.)
Container
Ombra della palina
Posizione 2
2.)
N
= Azimut
3.)
Container
Pomeriggio
Mattino
Mezzogiorno solare
Polo nord geografico
Solstizio d'estate
Solstizio d’inverno
Equinozio
Orizzonte
Meridiana
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c) Misurazione ufficiale
La documentazione e la salvaguardia dei confini dei fondi, della proprietà fondiaria nonché dei diritti e degli obblighi ad essa collegati costituisce un importante pilastro del benessere personale e del nostro paese. In Svizzera la misurazione ufficiale si occupa del rilevamento e della tenuta a giorno dei confini dei fondi. Essa costituisce la base per molte altre applicazioni di geodati nell’economia, nell’amministrazione e nella vita privata. Il piano per il registro fondiario indica la posizione, la forma e il contenuto dei fondi e può essere pertanto utilizzato anche per orientare oggetti nello spazio rispetto a quelli indicati nel piano.
Il materiale necessario
Una copia stampata del piano del registro fondiario
Il metro a nastro da 50m dello SwissGeoLab
Compasso, squadra, penna e bloc notes
Svolgimento
1. Formate gruppi di 3-4 persone.
2. Tramite il sito web map.geoadmin.ch realizzate una stampa in formato A4 del piano per il registro fondiario in scala 1:500 con la rete di coordinate che mostri i dintorni del container (tema: Informazioni sui fondi – Misurazione ufficiale – CadastralWebMap. Consiglio: 1 copia stampata con immagine aerea sullo sfondo per gruppo, 1 copia stampata senza immagine aerea per ogni allievo).
3. Confrontate il piano con il terreno e trovate dei punti caratteristici (ad es. angoli degli edifici o confini di fondi) situati a una distanza di meno di 50 m dal container.
4. Misurate la distanza orizzontale tra gli angoli del container e questi punti caratteristici. Annotate i valori ottenuti. Ripetete questa operazione per almeno 2 angoli del container e, per ciascun angolo, misurate la distanza verso almeno due punti caratteristici.
5. Inserite le distanze nel piano sotto forma di arco attorno al singolo punto distintivo; a questo scopo utilizzate il metro sul piano per aprire correttamente il compasso. Gli angoli del container si ottengono attraverso le intersezioni degli archi.
6. Completa il disegno materializzando il contenitore con un rettangolo e determina l'azimut della sua lunghezza (l'angolo tra il nord - le linee verticali della griglia della mappa - e questo lato).
7. Ciascun membro del gruppo dovrebbe rilevare autonomamente le distanze sul metro a nastro ed effettuare l'analisi grafica in base alle proprie misurazioni. Confrontate i risultati ottenuti per stimare il grado di precisione della direzione così determinata.
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Domande di approfondimento
Quali informazioni contiene il piano per il registro fondiario?
Come vengono ottenute queste informazioni?
Consiglio di lettura e ulteriori informazioni
Cadastre.ch: http://www.cadastre.ch/internet/kataster/fr/home.html
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d) Carta nazionale
Le carte topografiche mostrano le forme di terreno della superficie terrestre e documentano dettagli essenziali riconoscibili sulla superficie terrestre come i corsi d’acqua, le vie di comunicazione, le linee elettriche o gli edifici (di grandi dimensioni). Le carte svizzere sono considerate esemplari a livello mondiale per via della loro eccellente qualità. Le carte servono a molteplici scopi, in particolare anche a orientarsi nello spazio. In questo esperimento ne utilizzerete una per determinare l'azimut del lato lungo del container dello SwissGeoLab.
Il materiale necessario
Una stampa della carta nazionale 1:50.000
Il metro a nastro da 50m, 4 paline, 2 treppiedi, 1 livella a bolla dello SwissGeoLab
Un gessetto o degli oggetti per contrassegnare dei punti
Squadra, penna e bloc notes
Svolgimento
1. Formate gruppi di 3-4 persone.
2. Tramite il sito web map.geoadmin.ch realizzate una stampa in formato A4 della carta nazionale 1:50000 che mostri i dintorni della scuola e del container (tema: swisstopo – Carte stampate – Carta nazionale 1:50000; consiglio: realizzate 1 stampa per ciascun membro del gruppo).
3. Posizionatevi in prossimità dello SwissGeoLab e confrontate il paesaggio con la carta. Trovate punti caratteristici visibili sia nella natura che sulla carta. Questi punti dovrebbero essere possibilmente distanti dal container. Selezionate uno di questi punti (Z).
4. Posizionate ora la palina (A) verticalmente in prossimità dello SwissGeoLab con l’aiuto del treppiede e della livella a bolla. Posizionate quindi una seconda palina (B) in modo che entrambe le paline e il punto caratteristico da voi selezionato si trovino lungo una linea retta. A questo scopo allineate visualmente la seconda palina lungo la linea di collegamento tra la prima palina (A) e il punto caratteristico (Z).
5. Con l'aiuto di altre paline determinate ora i punti di intersezione del prolungamento di due lati paralleli del container con la linea di collegamento A-B, rispettivamente A-Z, e contrassegnateli.
6. Misurate la distanza D3 tra i due punti di intersezione e le distanze D1 e D2 tra questi punti e il container (come indicato nello schizzo sul retro).
7. Riportate A e Z sulla stampa della carta nazionale e misurate l'azimut L di questa linea con la
squadra. In base ai valori D1, D2 e D3 calcolate l'angolo tra un lato del container e la linea A-Z e
quindi in base ad esso e a L l’azimut del lato lungo del container. (Tracciate uno schizzo della
situazione all’incirca nella posizione corretta in modo che sia possibile riconoscere come si fa.)
www.laserscanning-europe.com
www.gleisbau-welt.de
www.gleisbau-welt.de
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8. Confrontate il risultato ottenuto con quello di altri esperimenti e identificate le possibili cause di eventuali divari.
Schizzo della misurazione e analisi:
Container
A
N
D1
D2 D3
L
B
Z
Domande di approfondimento
Perché in questo procedimento il punto caratteristico dovrebbe essere molto distante?
Quali punti nella natura possono essere facilmente individuati anche su una carta?
Cosa distingue la carta da un piano, ad es. da quello per il registro fondiario?
Ogni informazione contenuta sulla carta è riportata in scala e nella posizione corretta?
Consiglio di lettura e ulteriori informazioni
https://www.swisstopo.admin.ch/de/wissen-fakten/karten-und-mehr.html http://www.cadastre.ch/
