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DAL PENDOLO ALLO TSUNAMI Balzaretti Lorenzo, Garofalo Luca, Signori Andrea, Soldi Giovanni, Toscani Giovanni Liceo scientifico Aselli, Cremona Cos’è uno tsunami? Contenuto Studio e analisi di onde progressive partendo dalle proprietà del moto armonico Obiettivo Conoscere le caratteristiche dell’onda di uno tsunami e prevederne il comportamento Strumenti di lavoro Funzioni avanzate del foglio elettronico - Riviste scientifiche - Libri di testo - Internet 㿹 Tsunami (㿹 㿹) onda sul porto (tsu = porto 㾴) (nami = onda 㽱) ha origine da un terremoto sottomarino, nelle zone di subduzione. Uno tsunami può essere anche generato da eruzioni vulcaniche, frane sottomarine e impatti di meteoriti. Lo tsunami del 26 dicembre 2004 è avvenuto al largo dell’isola Indonesiana di Sumatra, dove la placca indiana si immerge sotto la placca euroasiatica, lungo la zona di subduzione che va da Sumatra alle Isole Andamane. Viaggiando alla velocità di centinaia di chilometri orari, uno tsunami può trasportare energia distruttiva per migliaia di chilometri dal punto di origine alle zone costiere, producendo all’arrivo su una costa onde alte anche qualche decina di metri Le onde Onda progressiva ª§ 2π · § 2π · º Ψ ( x, t ) = A sen «¨ ¸ x ±¨ ¸ t» ¬© λ ¹ © Τ ¹ ¼ I parametri di un’onda • Ampiezza: A Onda sinusoidale • Lunghezza d’onda (intervallo spaziale di periodicità): λ A = A0 sen (x + ϕ ) È sempre un’onda sinusoidale che si muove con velocità v = λ / T, e dipende perciò sia dallo spazio (x) che dal tempo (t). • Periodo (intervallo temporale di periodicità): T I moti delle onde Onde longitudinali: la materia vibra nella direzione di propagazione dell’onda. Per esempio è longitudinale l'onda che si propaga in una molla slinky, compressa e rilasciata periodicamente. Il suono è una tipica onda longitudinale. MOVIMENTO DELL’ACQUA Le onde in un fluido sono miste: miste né longitudinali, né trasversali. Le particelle d’acqua si muovono di moto armonico non solo sulla verticale, ma anche in orizzontale. Onde trasversali: la materia vibra perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda. È trasversale l'onda che si propaga in una corda fatta oscillare ad una estremità. La luce è un’onda trasversale. 1,5 Il moto delle particelle d’acqua Abbiamo riprodotto con il foglio di calcolo il moto delle particelle coinvolte nel moto ondoso di un liquido. L’energia di un’onda 1 0,5 È proporzionale al quadrato dell’ampiezza dell’onda. 0 70 90 110 130 150 170 -0,5 E∝A2 -1 -1,5 Tsunami - Considerazioni quantitative • Movimento dell’acqua • Evoluzione dell’onda Evoluzione dell’onda Procedimenti: analisi dimensionale e principio di conservazione dell’ dell’energia Il potenziale distruttivo: Lo tsunami può essere considerato un’ onda in acqua bassa, infatti la sua lunghezza d’onda è maggiore della profondità dell’oceano (h): λ>>h λ : dell’ordine di decine di km, fino a oltre un centinaio al massimo h: max 11 km (fossa delle Marianne). moto dell’onda fondale Modello costruito col foglio di calcolo dell’evoluzione dell’onda di tsunami. Avvicinandosi alla costa, l’onda si amplifica e la sua lunghezza d’onda diminuisce. In questi termini è molto più incisivo il movimento in orizzontale delle particelle d’acqua, che spazza con violenza fondali, barriere coralline e la costa stessa. Infatti se ad esempio la profondità profondità si riduce di 16 volte: la velocità velocità orizzontale x aumenta 8 volte la velocità velocità verticale v y aumenta 2 volte v Relazioni fondamentali ricavate con l’analisi dimensionale e la conservazione dell’energia. v ∝ gh L’energia in gioco… La velocità dell’onda è proporzionale alla radice dell’accelerazione di gravità moltiplicata per la profondità dell’acqua. L’ampiezza dell’onda è inversamente proporzionale alla radice quarta della profondità dell’acqua. L’ampiezza perciò aumenta vicino alla costa. A∝ 4 1 h Se in prossimità della costa: λ = 4000 m; A = 10 m; v = 10 m/s, l’energia che si riversa su 100 metri di costa è di circa 10 11 J La bomba atomica che esplose sulla città di Hiroshima liberò una energia 13 pari a 13000 tonnellate di tritolo, cioè 5.2 ⋅10 J Vale a dire che su 100 metri di costa si riversa un’energia pari a due millesimi di quella liberata dalla bomba di Hiroshima. DAL PENDOLO ALLO TSUNAMI Lorenzo Balzaretti Luca Garofalo Andrea Signori Giovanni Soldi Giovanni Toscani Liceo scientifico G. Aselli - Cremona a.s. 2005/2006 •ideazione: Egidio Battistini •assistenza didattica: Marco Maianti Lo Tsunami è un’onda anomala, scatenata per lo più da terremoti sottomarini. Uno Tsunami è un’onda molto lunga (ha una lunghezza d’onda di circa 100 km) e a periodo lungo: tra un’ondata e l’altra passano tra 5 e 10 minuti. È però molto veloce, si propaga infatti con velocità fra 500 e 1000 km/h, attraversando interi oceani. La sua alta velocità (e il fatto notevole che, in alto mare, l’onda è alta poche decine di centimetri) lo rendono un fenomeno difficile da rilevare e prevedere, con tristi conseguenze per le zone costiere dove si abbatte. Infatti, vicino alle coste si amplifica fino a formare ondate alte decine di metri, che penetrano molto nell’entroterra, a causa del lungo periodo, provocando inondazioni. Spesso lo Tsunami si annuncia con un ritirarsi delle acque del mare di diverse centinaia di metri, questo induce talvolta la popolazione a tragici errori, come lo spingersi nel letto asciutto del mare, venendo poi travolta dall’ondata che procede a circa 40 km/h.
