LE MAREE

2. LE MAREE

3. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica La leggenda: le maree avvengono perchè il dio Thor in una sfida con il re Utgaroa-Loki avrebbe dovuto svuotare a sorsi un corno pieno di acqua. Il dio perse la sfida, ma il corno era collegato al mare e i suoi giganteschi sorsi avevano creato le maree.

4. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Questa estate sono stato in vacanza in Normandia ed ho avuto modo di osservare, anche per ore l'avvicendarsi dell'alta e della bassa marea. Con mia grande soddisfazione ho apprezzato gli squisiti prodotti ittici che questo fenomeno permette all'uomo di produrre: ostriche e cozze.

5. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Mi sono sorpreso del fatto che l'alta marea venisse due volte al giorno. Pensavo: “Le maree sono causate dall'attrazione gravitazionale della luna. La terra girando su se stessa ripresenta la stessa faccia alla luna ogni 24 ore. Quindi l'alta marea deve apparire una volta al giorno.”

6. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica La Luna e le maree: già gli antichi greci avevano individuato un legame tra la luna e le maree. Questo collegamento ha favorito la giustificazione di altre credenze sugli effetti della luna sulla crescita degli alberi, degli ortaggi, o dei capelli. Nemmeno la spiegazione gravitazionale, che permette di valutare quantitativamente questi effetti presunti, è riuscita a contrastare queste credenze.

7. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Mi sono avventurato nella traversata a piedi della baia di Mont S. Michel e, anche per motivi di sicurezza personale, ho chiesto alla guida delucidazioni a riguardo del fenomeno delle maree.

8. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica La guida, il simpaticissimo Gilbert, ha tracciato sulla sabbia un disegno simile a quello qui sotto. Ovviamente non era a colori La terra sembra una palla da rugby ecco spiegato(?) il motivo delle due maree. Il mio francese non mi ha permesso di comprendere molto di più. Parlo tutte le lingue del mondo ma fatico a capirle.

9. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Non riuscivo a spiegarmi la forma a due “punte”. Forse era l'attrazione gravitazionale del sole? Ma le posizioni relative sole-luna-terra non permettono questa spiegazione.

10. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica • Tornato a casa ho cercato su internet una spiegazione al disegno di Gilbert. Come un archeologo sono riuscito a decifrare il disegno la terra si gonfia come una palla da rugby (ellissoide) per due motivi: • la faccia rivolta alla luna a causa dell'attrazione gravitazionale della stessa luna, • dall'altra per la forza centrifuga(?) dovuta alla rotazione del sistema terra-luna.

11. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Mi ero tolto un pensiero.Poi ho cominciato il corso di Didattica della fisica. E il mio amico Luis,grazie Luis, mi ha suggerito, passandomi un trattatello in inglese, di fare un intervento sull'equivoca spiegazione del fenomeno delle maree.

12. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Assistito dalla mia infaticabile traduttrice ho iniziato la lettura di: Tidal Misconceptions (http://www.lhup.edu/~DSIMANEK/scenario/tides.htm) L'articolo dopo una aspra critica nei confronti di altre fonti conclude così: “Le maree sono il risultato dato dalla variazione delle forze di attrazione gravitazionale esercitate sulla terra dalla luna e dal sole. La loro intensità variabile da luogo a luogo è dovuta alla combinazione tra la gravitazione e la rotazione terrestre e la conformazione dei fondali e delle coste.”

13. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Consideriamo la variazione della forza di gravitazione “lunare”: a partire dal punto D, più vicino alla luna, la forza di gravitazione va decrescendo fino al punto A, più lontano. La variazione di intensità rispetto alla distanza (dalla luna) provoca una aumento nello spessore del guscio azzurro (il mare) rispetto al nucleo verde (sfera della crosta terrestre). D A B C

14. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Il disegno qui sotto dovrebbe rendere maggiormente chiara la deformazione che la terra subisce dovuta alla variazione di intensità della forza di gravitazione lunare rispetto alla distanza (gradiente) terra-luna. La forza di marea è quindi proporzionale all'inverso del cubo della distanza. Per interpretare l'intensità del fenomeno va considerata anche la differenza nella deformazione che subisce l'acqua rispetto alla crosta.

15. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica In questa figura la forza di marea viene trovata con il calcolo vettoriale Qui sono riportati i vettori risultato nei diversi punti sulla terra

16. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica • La forza di marea dovuta al sole funziona nello stesso modo: • la forza gravitazionale che il sole esercita sulla terra è più intensa (200 volte) di quella della luna, • la variazione rispetto alla distanza di un punto sulla terra dal sole è però meno importante della variazione della forza della luna (la metà).

17. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica • Periodicità: • la terra si affaccia alla luna ogni 24 ore e 50 minuti, l'alta marea lunare dovrebbe avvenire quindi ogni 12 ore e 25 minuti, sulla faccia rivolta alla luna e sul lato opposto; • il giorno solare dura mediamente 24 ore le maree solariavvengono perciò ogni 12 ore • la combinazione di questi due periodi, insieme alla rotazione della terra e alla conformazione delle coste, rendono il calcolo del periodo delle maree piuttosto complicato

18. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Per il sovrapporsi degli effetti lunari e solari, insieme a molti altri, la marea complessiva presenta in prima approssimazione un periodo di 14 giorni, passati i quali si ripetono maree quotidiane uguali in intensità e distaccate dai medesimi intervalli di tempo a quelle di due settimane prima. Si può dare una rappresentazione armonica delle maree, se ha è l'altezza di marea allora con A dipendente da condizioni astronomiche e a e B costanti armoniche non dipendenti da condizioni astronomiche

19. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica • Ci eravamo dimenticati delle misconcezioni? • errori nel definire esattamente le maree • errori confondendo forze centrifughe e centripete • errori nella scelta dei sistemi di riferimento • errori nel trascurare le differenze di deformazioni tra solidi e liquidi sottoposti al campo gravitazionale • errori nella scelta della forma della terra da usare come riferimento per le maree

20. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica E la forza centrifuga? La rotazione della terra intorno al suo asse sottopone tutti i punti su ogni parallelo alla medesima forza centripeta e quindi alla medesima forza (apparente) centrifuga, non può quindi essere responsabile di forze di marea, cioè di variazioni nel tempo dell'altezza dei mari. La rotazione della terra gioca un ruolo a riguardo dell'intensità delle maree ma non è la causa.

21. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica E la forza centrifuga del sistema terra luna? Il ruolo che alcuni testi attribuiscono alla forza centrifuga come causa della marea opposta alla luna è un grosso equivoco. L'animazione a fianco mostra come ogni punto sulla terra, che non ruota intorno al centro di massa terra-luna, compie la stessa traiettoria circolare e quindi sarebbe sottoposta anche in questo caso ad una forza centrifuga costante nel tempo che non può essere causa di maree

22. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica Ma qualcuno l'aveva detto? Il buon Amaldi Amaldi Amaldi (La fisica per i licei scientifici) Maree E a tutti noto il grandioso fenomeno delle maree, che consiste in un periodico sollevamento e abbassamento delle acque del mare; precisamente in un dato luogo si ha, circa ogni sei ore, alternativamente un'alta marea e una bassa marea. Questo fenomeno viene spiegato con l'attrazione universale. Le maree, infatti, sono prodotte dall'attrazione della Luna e del Sole sulle acque degli oceani; l'attrazione della Luna però è enormemente preponderante perché essa, per quanto di massa minore di quella del Sole, e molto più vicina alla Terra. In un dato luogo si ha l'alta marea presso a poco quando la Luna è al meridiano. L'osservazione però mostra che contemporaneamente si ha alta marea anche all'antipodo del luogo. Questo fatto, apparentemente paradossale, si spiega partendo dalle leggi della Meccanica, con considerazioni matematiche nelle quali non possiamo addentrarci; possiamo però giustificarlo qualitativamente. La Luna esercita la sua attrazione non soltanto sulla parte liquida della Terra ma anche sulla sua parte solida, che si sposta anche essa verso la Luna; la parte liquida che si trova in posizione diametralmente opposta alla Luna e che, data la maggiore distanza, viene attirata meno, resta, per cosi dire, un po' indietro: essa resta perciò sollevata rispetto alla Terra dando luogo al secondo rigonfiamento. Come abbiamo detto, il massimo rigonfiamento si ha presso a poco nel luogo ove la Luna passa al meridiano; ma poiché la Terra gira su se stessa e la luna le gira intorno, anche il rigonfiamento si sposta: dopo sei ore dall'alta marea si ha, in uno stesso luogo, bassa marea e così via. Precisamente in 24 ore e 50 minuti, quante ne impiega la Luna a compiere il suo giro apparente intorno alla Terra, si osservano due basse maree alternate a due alte maree, cosicché ogni giorno esse sono in ritardo di 50 minuti sul giorno precedente. Al plenilunio e al novilunio (*) le variazioni di livello sono massime e sono minime al primo e all'ultimo quarto della Luna. II problema é, naturalmente, più complicato di quanto può apparire, anche per la presenza dei continenti che modificano il moto delle acque. Le alte maree, perciò, non raggiungono dappertutto le stesse altezze: cosi nella baia di Fundy, nella Nuova Scozia, l'alta marea raggiunge più di 20 m, a Trieste 80 cm, a Memel, nel Baltico, appena 5 mm.

23. Matteo Ruffoni – SSIS 06-07 – Didattica delle fisica MORALE!?!?