09. Costruire modelli

"All models are wrong, but some are useful" (George E. P. Box)

Costruire dei modelli dei fenomeni naturali è un'operazione fondamentale nella scienza. Ci sono dei rischi, quando i fenomeni naturali sono molto complessi ed i modelli sono per forza semplificati. Ma - con tutte le opportune attenzioni - i vantaggi dal punto di vista della comprensione dei fenomeni sono indubbi.

Come sempre, la situazione ottimale sarebbe quella di discutere un possibile modello di un fenomeno come risposta ad una domanda dei ragazzi ("perché succede questo? e perché non succede quest'altro?") e non come una ennesima iniziativa dell'insegnante per risolvere problemi che nessuno si è posto :-) (credo, anzi, che un buon proposito per un/una insegnante dovrebbe essere quello di non rispondere MAI a domande che nessuno dei suoi studenti pone).

Il colore del cielo

Perché il cielo è azzurro? Perché diventa rosso al tramonto?

Se non ci fosse l'atmosfera di che colore lo vedremmo?

(A questa domanda risponde il lavoro di laboratorio didattico proposto da Marco Morelli per l'esame finale di Scienze della Terra: vedi pagina )

Un semplice modello per discutere dei fenomeni di diffusione della luce da parte delle molecole dei gas presenti nell'atmosfera è costituito da un barattolo pieno di acqua, una sorgente luminosa, ed alcune gocce di latte. (Sfruttiamo, insomma, quello che si chiama effetto Tyndall, dal nome del fisico inglese che l'ha studiato per primo)

L'esperienza è descritta in questo sito http://www.csiro.au/resources/blue-sky-activity.html. Una spiegazione dettagliata del fenomeno, invece, si può trovare sulla pagina di Wikipedia relativa allo Scattering di Rayleigh.

Un modello simile è proposto all'Exploratorium di San Francisco, California http://www.exploratorium.edu/snacks/blue_sky/index.html Spiegazione

http://theconversation.edu.au/explainer-why-is-the-sky-blue-10821

Le celle convettive

Perché ci sono i venti? Perché i meteorologi parlano di "bassa pressione" e di "alta pressione"?

Dopo aver ben capito (e spiegato) perché si formano le celle convettive, può essere interessante chiedere ai ragazzi di disegnarne una. Non dovrebbero esserci problemi con il disegno di una sezione trasversale (comunque è sempre meglio verificare). Ma come ci aspettiamo che appaia una cella convettiva disegnata in pianta? Che simboli grafici si possono utilizzare per rappresentarla?

Esempio:

Nel nostro emisfero, le masse d’aria si spostano dall’ equatore ai 30°Nord attraverso una mega cella convettiva chiamata cella di Hadley. Le masse d’ aria superficiali lungo l’ equatore, riscaldate dai raggi solari, tendono a sollevarsi ed a raffreddarsi. L'acqua presente inizialmente allo stato gassoso condensa, forma le nubi e si trasforma in pioggia. Le masse d’ aria equatoriali, raggiunta l’altezza di circa 12 mila metri, si dirigono poi verso Nord e Sud e ridiscendono intorno al 30° parallelo determinando una fascia di alta pressione (nel nostro emisfero l’ anticiclone delle Azzorre); tale discesa determina un notevole riscaldamento per compressione dell’ aria.

Se la Terra fosse ferma, tutta la circolazione dell'aria nella troposfera consisterebbe in grandi celle come quelle di Hadley, dall'equatore alle basse latitudini. Provate a rappresentare questa situazione ipotetica sul globo terrestre.

La rotazione terrestre, invece, complica moltissimo tale circolazione. La circolazione effettiva, poi, dipende da moltissimi fenomeni locali (orografia, presenza di masse di acqua, ecc.).

in costruzione

Effetti della rotazione

L'effetto da capire

L'effetto Coriolis è causata da una forza "apparente", ma ha effetti molto reali sul clima della Terra e di altri pianeti. Sulla Terra, che ruota sul proprio asse in senso antiorario, visto dal di sopra del suo polo nord, gli oggetti vengono deviati verso destra nell'emisfero nord e verso sinistra nell'emisfero meridionale. Questa deviazione è solo apparente, tuttavia, poiché un osservatore dallo spazio vedrebbe la traiettoria dell'oggetto come una linea retta (segmento rosso nell'animazione seguente). È perché stiamo guardando il fenomeno nel sistema di riferimento della Terra rotante che vediamo la deviazione apparente. Nello stesso modo i bambini sulla giostra vedono deviare la palla lanciata da un bambino all'altro, mentre un osservatore esterno no.