Meridiana equatoriale

Cosa imparerà

• Che il Sole sembra spostarsi di 15° ogni ora (360° in 24 h) perché la Terra ruota.
• Che l'asse di una meridiana deve puntare verso il polo celeste (stella Polare), inclinato di tanti gradi quanti la latitudine del luogo.
• Perché l'ora solare non coincide con quella del cellulare: fusi orari, ora legale e longitudine.
• Che in primavera-estate il sole passa sopra l'equatore celeste e in autunno-inverno sotto (per questo ci sono due facce).

Prepara prima

• Stampa i pezzi al 100 % e verifica che il disco misuri 160 mm di diametro.
• Cerca la tua latitudine e longitudine (su una mappa o sul cellulare): penisola iberica e Baleari, 36–44° N; Canarie, 28° N (usa i supporti per le Canarie).
• Calcola l'ora del mezzogiorno solare della tua città con la regola del passaggio 11 e annotala.
• Scegli un posto soleggiato dalle 10:00 alle 18:00, orizzontale e dove la meridiana non si sposti (oppure segna con del nastro la posizione della base sul pavimento).
• Controlla le previsioni: per la prova ti serve una giornata serena.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato rigido — 1 foglio di 40 × 40 cm (o due di 40 × 20 cm)
  3–4 mm, piatto: due strati di base di 200 × 180 mm, disco di Ø 160 mm, due supporti di 90 × 107 mm e fermo di 140 × 10 mm
• Asta di legno dritta — 1 da 165 mm
  Ø 5 mm (tondino da bricolage o bacchetta cinese dritta)
• Plastilina — 2 palline di Ø 15 mm
  per fissare l'asta perpendicolare al disco
• Foglio A4 stampato — 2 fogli A4
  facce estiva e invernale (pezzi B e C), meglio su carta da 160 g
• Colla stick e colla vinilica — 1 di ciascuna
  stick per la carta; vinilica o colla a caldo per i supporti
• Nastro da imballo trasparente — 50 cm
  per proteggere i quadranti dall'umidità
• Pennarello o gesso — 1
  per decorare e segnare le ombre negli esperimenti

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare supporti e base adulto
• Forbici — ritagliare il disco e i quadranti di carta
• Punteruolo o matita — aprire il foro centrale di 5 mm adulto
• Squadra — verificare che l'asta sia a 90° rispetto al disco
• Bussola o app bussola del cellulare — orientare la base a nord

Pezzi e sagome

• A · Disco della meridiana ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• B · Faccia estiva (quadrante superiore) ×1 — carta 80–160 g
• C · Faccia invernale (quadrante inferiore) ×1 — carta 80–160 g
• D · Supporto triangolare (40° di latitudine) ×2 — cartone ondulato 3–4 mm
• E · Base ×1 — cartone ondulato 3–4 mm (2 strati incollati)
• F · Fermo ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• G · Gnomone ×1 — asta di legno Ø 5 mm

Passo passo

1. Ritaglia i pezzi adulto

   Incolla le sagome sul cartone con la colla stick e ritaglia il disco A (Ø 160 mm), i due supporti D, la base E (due strati di 200 × 180 mm con le onde incrociate) e il fermo F di 140 × 10 mm.

2. Incolla i due quadranti

   Ritaglia i quadranti B (estate) e C (inverno). Incolla B su una faccia del disco e C sull'altra, centrati sul foro e con la linea delle 12 di entrambi verso lo STESSO bordo del disco.

   Verifica: Guarda il disco in controluce: i centri e le linee delle 12 delle due facce coincidono.

3. Proteggili adulto

   Rivesti le due facce con nastro da imballo trasparente o plastica per foderare, così la rugiada non stropiccia la carta. Riapri il foro centrale di 5 mm con il punteruolo.

4. Monta lo gnomone

   Segna l'asta G a 100 mm da un'estremità. Infilala nel foro dalla faccia invernale finché il segno non arriva esattamente sulla faccia estiva: 100 mm sopra e circa 60 mm sotto. Fissala con una pallina di plastilina su ogni faccia.

   Verifica: Appoggia la squadra sul disco: l'asta forma 90° in due direzioni diverse.

5. Monta la base adulto

   Incolla i due strati della base E. Incolla il fermo F sulla linea segnata e i due supporti D in piedi sulle loro linee (a 50 mm per lato dal centro), con l'angolo a punta che tocca il fermo e il lato verticale verso SUD.

   Verifica: I due supporti sono paralleli e i loro lati inclinati sono alla stessa altezza.

6. Appoggia il disco sui supporti adulto

   Appoggia il disco sui lati inclinati dei supporti, con il bordo delle 12 che tocca il fermo e la faccia estiva verso l'alto. L'asta di sotto passa tra i due supporti senza toccarli. Incolla il disco ai supporti con colla vinilica o colla a caldo.

   Verifica: L'asta di sopra punta verso nord e sale di 40° sull'orizzonte; quella di sotto, verso sud.

7. Porta la meridiana al sole

   Metti la base su una superficie orizzontale e soleggiata (verifica con una biglia o una livella che non sia inclinata). Il bordo della base segnato NORD deve guardare verso nord.

8. Orientala a nord adulto

   Con la bussola, ruota la base finché la sua linea nord-sud coincide con l'ago. Nella penisola iberica e alle Baleari la declinazione magnetica è al massimo di 2° e puoi ignorarla; alle Canarie è di circa 5–6° (e cala di circa 0,2° ogni anno): lì la linea nord-sud deve restare circa 5–6° a destra (a est) dell'ago, oppure usa il metodo dell'ombra del consiglio. Allontana cellulari, chiavi e tavoli di metallo almeno 30 cm dalla bussola.

   Trucco: Senza bussola: all'ora del mezzogiorno solare della tua città (passaggio 11), ruota la base finché l'ombra cade esattamente sulla linea delle 12.

9. Leggi l'ora solare

   Guarda su quale linea cade l'ombra dell'asta. Da marzo a settembre leggi la faccia superiore (estate); da settembre a marzo, quella inferiore (inverno), abbassandoti per guardare sotto il disco.

   Verifica: L'ombra cade sul quadrante e si sposta di una linea (15°) ogni ora.

10. Segna la posizione

    Quando è ben orientata, segna il contorno della base sul pavimento con nastro di carta o gesso, così potrai togliere e rimettere la meridiana nello stesso posto senza riorientarla.

11. Converti nell'ora dell'orologio adulto

    Ora ufficiale ≈ ora solare + 1 h (inverno) o + 2 h (estate, da fine marzo a fine ottobre) + 4 min per ogni grado di longitudine a ovest di Greenwich (togli 4 min per grado a est). Madrid (3,7° O): aggiungi 1 h 15 min in inverno o 2 h 15 min in estate.

    Trucco: Le Canarie sono in un altro fuso: aggiungi 1 h 2 min in inverno e 2 h 2 min in estate (15,5° O, fuso UTC+0/UTC+1).

12. Verifica con l'orologio del cellulare

    Ogni ora durante un pomeriggio, annota l'ora solare della meridiana, convertila e confrontala con il cellulare. La differenza deve essere al massimo di 16 minuti (è l'«equazione del tempo», che cambia a seconda del giorno).

Funziona? La prova

In una giornata serena, con la meridiana orientata, annota a ogni ora esatta (secondo il cellulare) la linea su cui cade l'ombra.

Cosa deve succedere: L'ombra avanza esattamente di una linea (15°) all'ora. A Madrid con l'ora legale, alle 14:15 l'ombra cade sulle 12; alle 17:15 sulle 15. La differenza con il cellulare, dopo aver applicato la correzione del passaggio 11, è al massimo di ±16 minuti a seconda della data.

Se qualcosa non va

• L'ombra non cade sulla faccia superiore — Sei tra fine settembre e marzo: il sole è sotto il piano del disco. Soluzione: Leggi la faccia invernale, sotto il disco. Vicino agli equinozi l'ombra si vede appena su entrambe le facce: aspetta un paio di settimane.
• Segna un'ora molto diversa da quella del cellulare (più di 30 min) — Non hai applicato la correzione per ora legale/solare e longitudine, oppure la base non punta a nord. Soluzione: Applica la regola del passaggio 11. Riorienta la base con la bussola lontano da oggetti metallici o con l'ombra al mezzogiorno solare.
• L'ombra non segue le linee: è in anticipo al mattino e in ritardo al pomeriggio (o viceversa) — L'asta non è perpendicolare al disco o il disco non è inclinato di 50°. Soluzione: Verifica l'asta con la squadra e i supporti con un goniometro. Controlla che la base sia orizzontale.
• Il disco si incurva o la carta si stropiccia — Umidità o rugiada. Soluzione: Rivestilo con nastro trasparente e riponilo la notte. Usa cartone piuma se deve restare fuori per molti giorni.
• L'asta si muove — Foro troppo grande o plastilina ammorbidita dal sole. Soluzione: Usa colla a caldo invece della plastilina oppure avvolgi l'asta con del nastro finché entra ben stretta.

Sicurezza

• Non guardare mai direttamente il sole, né attraverso nulla; per controllare l'ombra guarda solo il disco.
• Il taglierino lo usa un adulto, con righello di metallo e tappetino da taglio.
• L'asta sporge di 10 cm: mettila dove nessuno possa caderci sopra o chinarsi di colpo su di essa (proteggi la punta con una pallina di plastilina).
• Sotto il sole estivo, metti cappellino, crema e porta acqua durante le osservazioni lunghe.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il Sole non si muove davvero: è la Terra che gira come una trottola, e per questo vediamo il Sole attraversare il cielo da una parte all'altra. Fa un giro completo ogni 24 ore, quindi ogni ora avanza di un pezzetto uguale, come le fette di una pizza tagliata in 24 pezzi. La nostra asta punta nello stesso posto dell'asse della Terra, verso la stella Polare, e la sua ombra le gira intorno come la lancetta di un orologio, avanzando di una fetta ogni ora.

Per l'adulto

La rotazione terrestre fa sì che il Sole descriva nel cielo, ogni giorno, un cerchio attorno all'asse polare a 15°/h (360°/24 h). In una meridiana equatoriale lo gnomone è parallelo a quell'asse (inclinato sull'orizzonte di un angolo pari alla latitudine φ e puntato verso il nord geografico) e il quadrante è parallelo all'equatore celeste (inclinato di 90° − φ). Così l'ombra dello gnomone ruota esattamente di 15° all'ora e le linee sono equiangolari, a differenza della meridiana orizzontale, dove tan(angolo) = sen φ · tan(15°·h). La declinazione solare varia da +23,4° (solstizio di giugno) a −23,4° (dicembre): da marzo a settembre il Sole illumina la faccia nord-superiore e da settembre a marzo quella inferiore; agli equinozi incide radente. La meridiana segna l'ora solare apparente locale. Per passare all'ora ufficiale: + fuso (UTC+1 in inverno, UTC+2 con l'ora legale nella penisola iberica) − longitudine/15 (in ore, positiva a est) − equazione del tempo (−14 min a metà febbraio, +16 min a inizio novembre, conseguenza dell'eccentricità dell'orbita e dell'inclinazione dell'asse). Il metodo semplice (gnomone verticale, segni di un solo giorno) produce una meridiana esatta solo in date vicine a quelle di calibrazione, perché con lo gnomone verticale la direzione dell'ombra a una data ora dipende dalla declinazione. Un errore di ±4° di latitudine produce errori di pochi minuti nelle ore centrali.

• gnomone: l'asta della meridiana che proietta l'ombra.
• ora solare: l'ora segnata dal Sole: alle 12 è nel punto più alto, esattamente a sud.
• latitudine: quanto sei lontano dall'equatore, in gradi (Madrid, 40°).
• asse della Terra: linea immaginaria attorno a cui ruota la Terra; punta verso la stella Polare.
• fuso orario: zona del mondo che usa la stessa ora ufficiale.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia e monta la meridiana; il bambino incolla i quadranti, mette la plastilina e nel pomeriggio legge l'ora solare. Basta «l'ombra gira come una lancetta».
• 8–10 anni: Costruiscono tutto tranne i tagli con il taglierino, orientano con la bussola e confrontano con il cellulare aggiungendo le ore di differenza.
• 11–12 anni: Calcolano la propria correzione di longitudine, costruiscono supporti per la loro latitudine esatta con un goniometro e registrano l'equazione del tempo per diversi mesi.

In gruppo o in classe

Squadre da 3, una meridiana per squadra. Prima: stampare i quadranti, pretagliare dischi e supporti, preparare le bussole (o una sola con cui l'insegnante traccia col gesso una linea nord-sud in cortile). Sessione di 60 min: 10 min di spiegazione con una torcia e una palla, 35 min di montaggio, 15 min in cortile orientando le meridiane sulla linea. Lettura dell'ora durante la ricreazione e all'uscita.

Sfide

• Costruisci una meridiana orizzontale calcolando gli angoli con tan(angolo) = sen(latitudine) · tan(15° · ore).
• Aggiungi una piccola tabella di correzione per ogni mese sul bordo della base.
• Fai una meridiana umana in cortile: lo gnomone sei tu.
• Costruisci una meridiana tascabile pieghevole con una piccola bussola incorporata.

Altri progetti gratis

• Forno solare in una scatola
• Misuratore di vento a bicchieri
• Orologio ad acqua con due bottiglie
• Termometro ad acqua colorata

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