Costruire una meridiana didattica
Una meridiana di carta semplice da realizzare, già calcolata per la località della scuola, da utilizzare per osservare il moto apparente del Sole e lavorare sul rapporto tra ombra, tempo e orientamento.
- Destinatari
- Scuola primaria e secondaria di I grado
- Durata
- 45–60 minuti
- Argomenti
- Stagioni,ora, punti cardinali, moti apparenti del Sole.
- Materiali
- Template, cartoncino, forbici, scotch o colla, righello
- Discipline
- Scienze, matematica, geografia
- Attività
- Costruzione, osservazione e misura
La meridiana come strumento didattico
Tra gli strumenti più antichi ideati dall’uomo per misurare il tempo troviamo le meridiane. Come ogni sistema di misura del tempo, anche una meridiana ha bisogno di un fenomeno periodico. Negli orologi meccanici questo ruolo è svolto, per esempio, dall’oscillazione di un pendolo o di un bilanciere; negli orologi elettronici da oscillazioni generate da appositi circuiti. La meridiana utilizza invece qualcosa che possiamo osservare direttamente: il moto apparente del Sole sulla volta celeste.
Durante il giorno il Sole sembra spostarsi nel cielo e, insieme a lui, cambia la posizione delle ombre proiettate dagli oggetti. In una meridiana l’elemento che produce l’ombra prende il nome di gnomone. Seguendo lo spostamento della sua ombra sul quadrante è possibile osservare concretamente il trascorrere del tempo e collegare ciò che accade nel cielo a una misura.
Proprio per questo la meridiana è uno strumento particolarmente interessante dal punto di vista didattico. Un oggetto apparentemente semplice permette infatti di affrontare, attraverso l’osservazione e la misura, diversi fenomeni naturali e alcune delle convenzioni con cui li descriviamo.
Lo spostamento dell’ombra durante la giornata rende visibile il moto apparente quotidiano del Sole e permette di introdurre il concetto di ora solare. Osservando invece come cambia nel corso dell’anno la traiettoria dell’ombra si possono esplorare le stagioni, la diversa altezza raggiunta dal Sole sull’orizzonte locale e il conseguente cambiamento della lunghezza delle ombre: più lunghe quando il Sole è basso, più corte quando è alto.
La meridiana diventa così un piccolo laboratorio nel quale osservazione, formulazione di ipotesi e misura possono procedere insieme. Gli studenti non si limitano a leggere un risultato già pronto, ma possono costruire uno strumento, utilizzarlo, confrontare ciò che osservano con le proprie previsioni e interpretarne il funzionamento.
Il modello proposto è stato pensato per mantenere semplice la realizzazione senza rinunciare agli elementi più significativi dal punto di vista didattico. Gli studenti possono quindi costruire con le proprie mani uno strumento realmente utilizzabile, nel quale misura e apprendimento si incontrano.
Realizzare la meridiana
Preparare il template e realizzare le pieghe
Per costruire la meridiana è sufficiente stampare il template su un cartoncino abbastanza rigido da mantenere la forma, ma ancora facilmente piegabile. L’esperienza con questo modello suggerisce una grammatura indicativamente compresa tra 160 e 260–300 g/m²: carte più leggere tendono a deformarsi, mentre cartoncini molto spessi possono rendere più difficoltosa la realizzazione delle pieghe.
Il primo passaggio consiste nel ritagliare il modello seguendo il bordo continuo. Le linee tratteggiate indicano invece i punti nei quali il cartoncino dovrà essere piegato. Per ottenere pieghe precise e spigoli ben definiti può essere utile ripassare più volte queste linee con una penna e un righello, esercitando una leggera pressione prima di procedere alla piegatura. In questo modo il cartoncino tenderà a piegarsi esattamente nel punto desiderato e il risultato finale sarà più regolare.
Assemblare il quadrante e lo gnomone
Una volta effettuate tutte le pieghe, le alette possono essere fissate con del nastro adesivo, formando il corpo principale della meridiana. La struttura così ottenuta costituisce il quadrante, cioè la superficie sulla quale verrà osservato lo spostamento dell’ombra e saranno lette le ore.
Sul lato sinistro del template è presente un secondo elemento, più piccolo, destinato a diventare lo gnomone. Anche in questo caso si procede ritagliando lungo il bordo esterno e piegando lungo le linee tratteggiate. Le due alette inferiori formano la base che permette di fissarlo al quadrante.
Lo gnomone può essere applicato utilizzando colla, nastro adesivo oppure nastro biadesivo; quest’ultima soluzione si è dimostrata particolarmente pratica perché permette di ottenere un fissaggio pulito e stabile.
Attenzione al posizionamento dello gnomone. Deve essere collocato il più precisamente possibile lungo la linea centrale che unisce l’indicazione delle ore 12 alla lettera S. Un piccolo errore nella sua posizione può infatti tradursi in una lettura meno accurata dell’ora.
Orientare la meridiana e iniziare a osservare
A questo punto la meridiana è pronta per essere utilizzata. Perché l’ombra dello gnomone possa indicare correttamente l’ora vera locale, tuttavia, non basta semplicemente esporla al Sole: è necessario anche orientarla.
La lettera S riportata sul quadrante deve essere rivolta verso il Sud geografico. Anche questo passaggio può diventare parte dell’attività: prima di fornire direttamente la soluzione si possono provare differenti orientamenti e osservare come cambia la posizione dell’ombra. La meridiana può essere ruotata in molte direzioni, ma soltanto il corretto orientamento rende coerente la posizione dell’ombra con le linee orarie riportate sul quadrante.
La costruzione diventa così anche un’occasione per introdurre o riprendere i punti cardinali, collegando l’orientamento nello spazio all’osservazione del Sole e alla misura del tempo.
Possibili usi della meridiana
La meridiana permette di partire da osservazioni semplici per introdurre diversi concetti di astronomia e geografia. Con l’aiuto di una torcia si possono inoltre simulare alcuni dei fenomeni direttamente in classe, per poi ritrovarli e verificarli osservando il Sole e le ombre nel corso della giornata o dell’anno.
Seguire il moto apparente del Sole
Spostando la sorgente luminosa si può osservare come cambia la posizione dell’ombra dello gnomone sul quadrante orario. Lo stesso fenomeno può poi essere seguito durante la giornata con la luce del Sole, rendendo direttamente osservabile il suo moto apparente nel cielo e il conseguente trascorrere delle ore.
Osservare il cambiamento delle stagioni
Variando l’altezza della torcia si può osservare come cambia la lunghezza dell’ombra: più lunga quando la sorgente è bassa, più corta quando è alta. Le linee stagionali presenti sul quadrante permettono di collegare questa semplice osservazione al diverso percorso apparente del Sole nel corso dell’anno e di introdurre il rapporto tra altezza del Sole sull’orizzonte, inclinazione dell’asse terrestre e stagioni.
È particolarmente interessante confrontare le linee corrispondenti al solstizio d’inverno e al solstizio d’estate, entrambe curve, con quella degli equinozi, che è invece una linea retta. Una differenza geometrica immediatamente visibile che può diventare il punto di partenza per nuove osservazioni, domande e ipotesi.
Orientarsi con il Sole
Il corretto orientamento della meridiana è indispensabile per il suo funzionamento e permette quindi di lavorare anche sui punti cardinali e sulla direzione Nord–Sud, collegando l’osservazione del cielo all’orientamento geografico.
Ora solare e ora civile
Il passaggio del Sole sul meridiano locale permette infine di introdurre il mezzogiorno solare vero e di confrontarlo con l’ora indicata dai nostri orologi. Da questa differenza si può partire per affrontare il significato dell’ora locale e la convenzione dei fusi orari.
L’equazione del tempo
Sul retro della meridiana è presente anche un grafico dell’equazione del tempo, calcolato per la località di riferimento. Il grafico tiene conto sia della variazione dell’ora solare nel corso dell’anno sia della correzione dovuta alla longitudine, permettendo così di mettere in relazione l’ora vera locale letta sulla meridiana con il tempo medio utilizzato dai nostri orologi.
La correzione può essere ricavata direttamente dal grafico: sull’asse orizzontale si individua la data dell’osservazione e si cerca il punto corrispondente sulla curva. Il valore letto sull’asse verticale indica, in minuti, il tempo da aggiungere all’ora segnata dalla meridiana per ottenere il tempo medio.
Oltre ad approfondire la differenza tra tempo solare e tempo convenzionale, questa attività offre anche un’occasione per esercitarsi nella lettura del piano cartesiano, nell’individuazione delle coordinate e nell’interpretazione di un grafico.
L’andamento della curva mostra inoltre che la correzione non rimane costante durante l’anno: un’osservazione che può diventare il punto di partenza, per le classi che vogliono approfondire, per indagare le ragioni astronomiche di questa variazione.
Nota: durante il periodo in cui è in vigore l’ora legale, al tempo medio ottenuto tramite il grafico deve essere aggiunta un’ulteriore ora per confrontare la lettura con quella mostrata dagli orologi.
Costruisci la meridiana con la tua classe
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La meridiana può diventare parte di un percorso
La costruzione della meridiana può essere integrata con la lezione in planetario “Il tempo, le stagioni”, creando un percorso che collega l’osservazione delle ombre al moto apparente del Sole, alla volta celeste e al ciclo delle stagioni.
La meridiana può essere realizzata prima della lezione, per partire dall’osservazione e formulare domande, oppure dopo l’attività in planetario, per ritrovare sul cielo reale quanto osservato e discusso insieme.
In questo caso viene fornito un template calcolato appositamente per la località della scuola, così da adattare il quadrante e la correzione del tempo al luogo in cui verrà effettivamente utilizzato.