UNITA’ DI LAVORO N° 7
Modulo n°70.5 “Il vuoto nell’Universo”
Prerequisiti:
rapporti fra dimensioni e distanze dei corpi nel Sistema Solare, unità
di misura usate in astronomia per le distanze.
Concetti implicati:
rapporto dimensioni/distanza a varie scale nell’Universo.
Obiettivi specifici:
far ragionare sul rapporto dimensioni/distanze dei corpi celesti per
arrivare a capire che l’Universo è essenzialmente vuoto di materia.
Materiale occorrente:
calcolatrice, goniometro, un cartoncino verde ed uno blu, penne,
forbici, una pallina di polistirolo di tot. cm di diametro, coltello,
colla, stuzzicadenti, cartoncino nero, aghi, scotch, una lampada od
una finestra.
Tempo di esecuzione:
un’ora.
Procedimento e suggerimenti didattici-metodologici:
Leggere il brano tratto dalle “Cosmicomiche” di Calvino.
L’attività consiste nel verificare, partendo dal Sistema Solare per
arrivare ai limiti dell’Universo conosciuto, che il rapporto
dimensioni/distanze dei vari corpi/sistemi celesti è tale da far
apparire l’Universo essenzialmente vuoto di materia.
Consegnare ai ragazzi una copia della tabella 70.5ddd ed analizzarla
con loro.
1. Il Sistema Solare
Riportate in tabella ci sono le dimensioni di alcuni corpi del
Sistema Solare e le distanze fra essi. Far calcolare ai ragazzi la
differenza fra ordini di grandezza e soffermarsi su queste
affinché si possano rendere conto di quanto piccoli siano i
pianeti rispetto alle distanze che li separano. Richiamare l’idea di
vuoto di materia nel Sistema Solare, ricordando ai ragazzi il
modellino in scala dello stesso che hanno costruito l’anno
scorso.
2. Il Sole ed Alpha Centauri
Riportate in tabella ci sono le dimensioni del Sole e di Alpha
Centauri e la distanza che le separa. Far calcolare ai ragazzi la
differenza fra gli ordini di grandezza delle dimensioni e della
distanza e soffermarsi su questa differenza affinché si possano
rendere conto di quanto piccoli siano il Sole ed Alpha Centauri
rispetto alla distanza che li separa.
Richiamare l’idea di vuoto di materia nella zona tra il Sole ed
Alpha Centauri, ricordando ai ragazzi le conclusioni alle quali
sono giunti nell’unità di lavoro 6.5 “Al di fuori del Sistema Solare
un momento di riflessione”.
Per le classi che non avessero affrontato quel modulo, chiedere
ai ragazzi di calcolare le giuste dimensioni ridotte per poter
costruire un modellino in scala rappresentabile in classe: si
renderanno conto che ciò non è possibile, causa la differenza di
ordini di grandezza tra dimensioni e distanza. Farli riflettere sul
fatto che Alpha Centauri è la stella più vicina al Sole, quindi, di
nuovo, devono concludere che tra questi due astri c’è vuoto di
materia
3. 8 fra le 62 stelle più vicine al Sole
Tagliare in quattro spicchi uguali una pallina di polistirolo di tot.
cm di diametro.
Su un cartoncino, disegnare due cerchi graduati, di cui uno
riportante i gradi da 0 a 360 (cartonicino verde) e l’altro
riportante i gradi da –90 a +90 (cartoncino blu). Ritagliare i due
cerchi e riportare i gradi anche sull’altra faccia di ciascuno di
essi, facendo però corrispondere i numeri uguali. Tagliare a
metà il secondo lungo il diametro riportante i due “0 gradi”.
Sopra al cerchio completo, lungo le linee indicanti 0 –90 gradi,
appoggiare provvisoriamente le altre due metà graduate. Quello
che si ottiene, praticamente, sono due cerchi che si intersecano
ortogonalmente lungo due loro diametri fissati. Questo solido
presenta quattro “incavi”: incollare in ciascuno di essi una delle
quattro
parti
della
pallina
di
polistirolo
tagliata
precedentemente.
La pallina di polistirolo rappresenta il Sole.
Vogliamo ricostruire lo spazio attorno al Sole nel quale
“posizionare” alcune fra le stelle ad esso più vicine. I due cerchi
graduati servono per indicare la direzione, rispetto al Sole, che
individua la posizione di queste stelle.
Vedi 70.5vic (attenzione: i gradi riportati in questa tabella sono
l’ascensione retta e la declinazione di ciascuna stella. In
realtà, e sono coordinate geocentriche, ma vista la distanza
trascurabile tra Terra e Sole rispetto a quelle tra le altre stelle
ed il Sole, per gli scopi di questa attività, esse sono state
centrate sul Sole). Consegnare una copia di 70.5scheda ai
ragazzi.
Indicate in tabella ci sono 8 fra le 62 stelle più vicine al Sole. In
base al diametro della pallina usata e a quello del Sole, far
calcolare ai ragazzi il rapporto di scala usato.
Usando lo stesso fattore di scala utilizzato per la pallina di
polistirolo, completare la tabella con le distanze in scala.
Nei riquadri più piccoli di 70.5vic riportanti solo il nome della
stella, riscrivere le distanze in scala calcolate. Ritagliare questi
otto rettangoli e con altrettanti stuzzicadenti costruire delle
bandiere.
Sfruttando le prime due colonne della prima tabella, trovare la
direzione rispetto al Sole in cui ciascuna stella si trova, ed
infilare in quel punto la bandierina corrispondente.
Di nuovo, i ragazzi devono rendersi conto che non è possibile
costruire alcun modellino in scala, che sia rappresentabile in
classe, delle vicinanze del Sole a causa delle distanze in gioco, di
molto maggiori rispetto alle dimensioni delle stelle in esame.
Questa esperienza dovrebbe far loro capire come già nelle
immediate vicinanze del Sole, lo spazio sia essenzialmente vuoto
di materia.
4. La Via Lattea e altre galassie
Poiché non ci sono immagini della nostra Galassia vista
dall’esterno, prendiamo in prestito per le nostre considerazioni
la galassia di Andromeda, galassia a spirale simile alla nostra.
Mostrare un’immagine ai ragazzi. Richiamando le conclusioni dei
punti precedenti, chiedere ai ragazzi: se fra stella e stella c’è
molto spazio dove non c’è materia, come mai questa immagine
la vediamo “piena”?
Prendere un cartoncino nero, e forarlo molte volte con un ago.
Posizionarlo davanti ad una lampada molto luminosa (meglio se
si disponesse di una porta-finestra con un lungo corridoio dove
poter indietreggiare) e fare il buio nella stanza. Dire ai ragazzi di
andare all’altro capo della stanza, e chiedere loro cosa vedono.
Dovrebbero vedere solo un’unica zona uniformemente
illuminata, non riuscendo a distinguere i singoli puntini luminosi.
Dire loro di avvicinarsi e di guardare il cartoncino. A questo
punto, far loro capire l’analogia con l’immagine di Andromeda
prima presentata loro: ci sembra che ogni suo punto emetta
luce, in realtà le stelle che la compongono sono molto
distanziate tra loro. Richiamare anche le conclusioni del punto 3.
Dire loro che quello che vale per la nostra galassia e per la
galassia di Andromeda, vale per qualsiasi altra galassia.
Fornire loro anche questa analogia (già vista in una delle unità
precedenti): mano a mano che ci si allontana da un gruppo di
oggetti, essi appaiono sempre più vicini tra loro, finché, alla
fine, non si riesce più a distinguerli come oggetti separati.
Facendo riferimento alla tabella, calcolare l’ordine di grandezza
della distanza che separa la Via Lattea dalla galassia di
Andromeda, e dire ai ragazzi che, anche fra galassia e galassia
l’Universo si presenta essenzialmente vuoto di materia.
5. Gli ammassi di galassie
La Via Lattea e la galassia di Andromeda fanno parte del Gruppo
Locale. L’Ammasso di galassie della Vergine è l’ammasso di
galassie più vicino al Gruppo Locale, mentre 3C 324 è uno dei
più distanti.
Dai valori riportati in tabella per dimensioni e distanze,
ragionando sul loro rapporto, far estendere ai ragazzi il concetto
di vuoto al di fuori della nostra Galassia, fra ammasso ed
ammasso.
Ripresentare loro l’immagine di HDF. Commento fra dimensioni
delle galassie e distanze fra le stesse.
Cosmicomiche: (70.5cal)
Tabella riportante dimensioni e distanze di alcuni corpi
celesti: (70.5ddd)
Tabella stelle nelle vicinanze del Sole: (70.5vic)
Scheda di rilevazione: (70.5scheda)
Scheda di verifica: (70ver)
Tabella dei comportamenti: (70.5tab)
Resoconto: (70.5res)
