La misurazione del tempo è un'esigenza antica quanto la storia dell'umanità: è affascinante, prima di dotare i nostri bambini di cellulari e orologi digitali, ripercorrerla e mantenere vivo il legame col nostro passato, con la vita contadina dei nostri avi. La meridiana e gli orologi solari erano conosciuti nell'antico Egitto e poi naturalmente da Greci e Romani. La meridiana è uno strumento con il quale si può misurare lo scorrere del tempo tramite l’ombra generata dal sole e proveniente da un bastoncino, noto come gnomone, infisso in una tavola (collocata su un piano oppure appesa a una parete).
Comprendere la Meridiana: Principi e Storia
Indagare sul trascorrere del tempo e sugli strumenti per la sua misurazione è un'attività fondamentale. Con questa attività, gli studenti scopriranno come misurare il tempo con una meridiana solare, costruita usando semplici materiali, la luce del Sole e un po’ di pazienza. Il Sole è una stella, cioè una sfera di gas ad alta temperatura che emette luce e calore. È una stella molto speciale, perché la sua luce e il suo calore permettono la vita sul nostro pianeta. Grazie al Sole noi misuriamo il tempo che passa. Sappiamo infatti che la durata di un giorno corrisponde alla durata di un giro completo della Terra su sé stessa, un giro in cui possiamo distinguere il giorno (quando siamo rivolti verso il Sole) e la notte.
Prima di iniziare l’attività vera e propria, è utile discutere con i bambini il concetto del tempo: sanno come si misura? Quali strumenti conoscono per misurarlo? Dopo aver introdotto l’importanza degli elementi astronomici nella definizione e nella misurazione del tempo, si può introdurre il fenomeno di cambiamento della posizione apparente del Sole nel cielo durante il giorno: il Sole è sempre nello stesso punto? Ed è sempre alla stessa altezza? I bambini noteranno che, al passare del tempo, la posizione del Sole apparirà sempre diversa, spostandosi da Est verso Ovest, e salendo fino al punto più alto a mezzogiorno per poi ridiscendere.
Sfruttando questa osservazione, è possibile proporre ai bambini di costruire un “orologio” che usi le ombre per misurare il tempo: una meridiana! Basterà usare un bastoncino, delle pietre e dei gessetti. Il bastoncino, che chiamiamo gnomone, proietterà un’ombra su una superficie piana, che chiamiamo quadrante. Sulla tavola sono tracciate varie linee disposte a raggiera che servono a leggere l’ora. Il loro intervallo, in genere non costante, si calcola con formule trigonometriche o con metodi grafici.
Tipologie di Meridiane e Scelta del Modello Semplice per la Scuola
A seconda del piano del quadrante, esistono diversi tipi di meridiane. L’ombra può essere proiettata sul pavimento, o su una superficie piana orizzontale, e si ha una meridiana orizzontale. Viceversa, l’ombra può essere proiettata su un muro, e allora si avrà una meridiana verticale. Si tratta di un tipo di meridiane molto comuni sui muri di chiese e castelli. Una meridiana equatoriale ha un quadrante parallelo all’equatore terrestre. Lo gnomone dovrebbe essere perpendicolare al quadrante in modo da essere inclinato di un angolo uguale alla latitudine dell’osservatore, e puntare dunque verso il nord reale. Se invece il quadrante viene fissato parallelamente all’asse di rotazione terrestre, con lo gnomone parallelo al quadrante, si ha una meridiana polare. La meridiana descritta qui, quella con lo gnomone puntato in direzione del polo celeste, è un'invenzione relativamente recente, probabilmente degli ultimi 1000 anni.
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Per un progetto scolastico, il tipo più semplice di meridiana è quello “equatoriale” realizzabile piantando un bastoncino sottile, lungo circa 15 centimetri, al centro di una tavoletta quadrata di 20 centimetri di lato. Si può bloccare il bastoncino, perché non scivoli, usando due tappi di sughero sopra e sotto la tavoletta. Per un progetto più avanzato, è possibile considerare un ripiano di scaffalatura metallica che si presta ottimamente, per leggerezza e rigidità, a fungere da quadrante; le nervature sottostanti si rivelano preziose per agganciarvi le zanche di fissaggio.
Preparazione dei Materiali e dello Spazio
Qui di seguito puoi scaricare il materiale da ritagliare e seguire il relativo video di tutorial. Per la costruzione di una meridiana semplice su pannello di legno, il materiale principale è un bastoncino e una tavoletta. Lo gnomone, cioè il bastoncino, deve sporgere verso il basso di una misura specifica a seconda della latitudine del luogo. Ad esempio, la lunghezza dello gnomone deve essere di 9,8 centimetri a Milano, di 11 a Roma e di 12,7 a Palermo. Queste misure sono funzione della lunghezza dello gnomone impostata e corrispondono alla misura dell'ipotenusa del triangolo. Maggiore è la lunghezza dello gnomone e più ampio sarà il disegno finale; regolatevi di conseguenza.
Per poter svolgere questa attività serve uno spazio all’aperto, ampio e soleggiato durante tutto il giorno, come il cortile della scuola o una terrazza. L’attività può essere svolta anche in un parco durante una giornata di didattica all’aperto. Per prima cosa, scegliamo un punto del cortile ben esposto al sole, dove sia presente della terra o della sabbia ben pianeggiante.
La STORIA dell'OROLOGIO in un minuto
Tabella: Lunghezza dello Gnomone in base alla Città
| Città | Lunghezza dello Gnomone (cm) |
|---|---|
| Milano | 9,8 |
| Roma | 11 |
| Palermo | 12,7 |
Passi per la Costruzione della Tua Meridiana Semplice
- Una volta scelta la meridiana da realizzare, la stampiamo e procediamo a tagliare lungo le linee continue.
- Una volta fatti gli opportuni tagli si passa alle piegature lungo le linee tratteggiate.
- Prendiamo quindi il bastoncino e spingiamone una estremità nel terreno o fissiamolo al pannello di legno.
- La costruzione della meridiana va iniziata prima possibile, possibilmente appena dopo il sorgere del Sole. In ogni caso, con un orologio da polso annotiamo l’orario su un quaderno, osserviamo l’ombra proiettata dal bastoncino e usiamo un sasso per contrassegnare il punto terminale dell’ombra.
- Ogni ora torniamo ad aggiornare la posizione dell’ombra, contrassegniamola con una nuova pietra e indichiamo l’ora con il gessetto.
- Ripetiamo queste operazioni possibilmente fino al tramonto, e comunque il più a lungo possibile.
- Alla fine della giornata avrai un rudimentale orologio che segnerà solo le ore. Le 24 linee orarie del giorno, che partono dalla base del bastoncino e sono intervallate di 15 gradi l’una dall’altra sono ora pronte ad accogliere la “lancetta” dell’ombra del sole. Le ore 12 sono “sotto” il bastoncino.
- Se avete voglia potete aggiungere cornici, sfondi, bordi, motti, sfumature.
A questo punto la meridiana è perfettamente funzionante.
Orientamento e Calibrazione della Meridiana
A realizzazione ultimata, le meridiane vanno installate e orientate verso sud. Il bastoncino deve essere orientato verso nord e inclinato in funzione della latitudine del luogo in cui ci si trova. La punta del bastoncino, inclinata, deve essere orientata con una bussola in direzione nord, in modo che lo gnomone punti verso la stella polare. Per un orientamento più preciso è bene posizionare la meridiana mentre l’ombra cade sull’ora del posizionamento.
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Quando il Sole è a sud e l’ombra punta verso il nord, è mezzogiorno. Si tratta del momento in cui il Sole raggiunge la sua altezza massima apparente in cielo. Non è detto però che tale momento corrisponda perfettamente alle ore 12 segnate dall’orologio. Attenzione ad utilizzare sempre l’ora solare e mai quella legale, il Sole non può sapere che in primavera adottiamo l’ora solare e la dismettiamo in autunno.
L’indicazione dell’ora va comunque corretta perché durante l’anno per effetto dell’inclinazione dell’asse di rotazione della Terra rispetto al piano dell’orbita l’ora mostrata può essere in anticipo o in ritardo e questo anticipo o ritardo può raggiungere un valore di 15 minuti circa. Questo ritardo o anticipo aumenta fino ad arrivare a -16/+14 minuti. Per fare un esempio se stiamo posizionando la meridiana il 25 febbraio e il nostro orologio indica le 12.00, dobbiamo posizionare l’ombra della meridiana sulle 12.15.
Approfondimenti e Curiosità
In Duomo c’è un orologio che non misura il tempo con delle lancette ma con la luce del sole. È la linea meridiana solare. Ma non tutti si accorgono che all’ingresso mettono i piedi su una linea d’ottone che percorre la cattedrale in senso latitudinale. Per approfondire leggete sul sito del Museo del Duomo, sezione didattica.
Il "Sundial Bridge" (Il Ponte della Meridiana), col suo progetto originale che lo rende la più grande meridiana del mondo, è stato inaugurato il 4 Luglio 2004 nel Turtle Bay Park a Redding, in California, alle pendici del Monte Shasta. Progettato dall'innovativo architetto spagnolo Santiago Calatrava, assomiglia al suo impressionante Ponte 1992 costruito a Siviglia, in Spagna. È stata anche inclusa una meridiana nella missione del "Mars lander" ed è mostrata nella "Astronomy Picture of the Day" il 28 Aprile 1999.
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