Buongiorno, con questo articolo riprendo la rubrica settimanale dedicata alla didattica della fisica con l'approccio del laboratorio povero che tanto successo aveva riscosso lo scorso anno. 
Lo faccio presentandovi uno dei due esperimenti pluripremiati lo scorso anno scolastico (3° posto Festival della Scienza di Monselice, menzione speciale alla Mostra Sperimentando Padova, Donazione al Planetario di Padova) in cui riusciamo a calcolare il diametro del Sole utilizzando un semplice foglio di alluminio, un foglio di carta millimetrata, una struttura a traliccio, e dei manici di scopa. 
Storicamente diversi sono stati i tentativi di misurare la distanza Terra-Sole. Sicuramente il più celebre si deve ad Aristarco di Samo il quale tentò di misurare le distanze Terra, Sole, Luna, e i loro diametri utilizzando metodi geometrici. Nei suoi calcoli riuscì solo a stabilire quanto il Sole sia più grande della Luna, perché necessitava di alcuni dati, quali la distanza Terra-Sole ed il raggio terrestre. 
Il nostro esperimento, pertanto, si occupa di un problema che ha interessato l’uomo da molti secoli. La misura del diametro del Sole diventa importante anche per la sua classificazione. Nel nostro esperimento si richiede solo un po’ di conoscenza di geometria e tanta manualità.

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Perchè la misura del diametro del Sole ?
Il Sole è la stella del nostro sistema solare, attorno alla quale ruotano tutti gli 8 pianeti insieme ai loro satelliti. E' una nana gialla ed ha una temperatura 5504 °C ed è cosi caldo perché al suo interno, nel nucleo, avvengono delle reazioni termonucleari dovute agli atomi di idrogeno e di elio.

Oggi sappiamo che il Sole ha un diametro di 1392000 km
La distanza Terra Sole varia in base al cambio di stagione dato che la terra percorre un’ orbita ellittica attorno al sole.

La distanza minima Sole-Terra è 147100000 Km
La distanza massima Sole-Terra è 152100000 Km
La distanza media Sole-Terra è 149600000 Km

MISURA DEL DIAMETRO DEL SOLE UTILIZZANDO DEL MATERIALE POVERO

Abstract: l’esperimento consente di ottenere una misura del diametro solare, facendo passare i raggi solari attraverso un foro praticato su un foglio di alluminio sottile e proiettando la figura ottenuta su uno schermo. Nel metodo è richiesta la conoscenza della distanza Terra Sole (distanza che varia in base al periodo dell’anno). Sono stati costruiti due strumenti simili, ma uno dei due permette una misura più precisa. Le misure ottenute hanno una accuratezza di meno del 5%.

Materiali: foglio di alluminio con un piccolo foro di 1mm, schermo con foglio di carta millimetrata, struttura a traliccio, metro a nastro, manici di scopa. Lo schermo con foglio di carta millimetrata è mobile e può essere fissato a opportune distanze dallo schermo forato.

Cosa fare e cosa osservare: puntare lo strumento verso il Sole, cercando di posizionare lo schermo dorato perpendicolarmente ai raggi solari e di far incidere la luce del sole perpendicolarmente al foro.

Sullo schermo con attaccato un foglio di carta millimetrata, verrà proiettato un disco luminoso di cui si può misurare direttamente il diametro.

Si vengono così a creare due triangoli isosceli simili, uno di base il diametro del Sole e di altezza la distanza Terra-Sole, l’altro di base il diametro del disco luminoso proiettato e di altezza la distanza foro-schermo di proiezione. Variando la distanza foro-schermo di proiezione è possibile effettuare misure diverse.

Le distanze posso essere misurate leggendo i valori sul foglio di carta millimetrata e sul tubo dello strumento sul quale è stato incollato un metro a nastro

Spiegazione del fenomeno osservato

Immaginiamo di praticare un piccolo foro su un foglio di carta o alluminio, il raggio solare passa attraverso il piccolo foro e viene proiettato su uno schermo.

La figura proiettata avrà un diametro tanto maggiore quanto maggiore sarà la distanza delloschermo di proiezione dal foro. Possiamo scrivere la seguente proporzione

Dfs : Df = Dts: Ds

Dove Df= diametro del foro proiettato sullo schermo, Dfs la distanza del foro sul cartoncino dello schermo di proiezione, Dts la distanza Terra Sole, Ds il diametro del Sole che è ciò che vogliamo misurare.

Effettuando misure ripetute variando la distanza foro (che non deve essere meno di 1mm per evitare significativi fenomeni di diffrazione) abbiamo ottenuto la seguente stima per il diametro solare:

Diametro Sole = (1,37±0,02)*106 Km

Un valore che è vicinissimo entro il 2% con il valore presente in letteratura.

Sono stati realizzati due versioni dello strumento , come potete vedere dalla figura.

Il primo strumento di misurazione è stato creato grazie a dei semplici manici scopa, grazie ai quali è stata costruita una struttura mobile. E’ stato creato un primo pannello dove è stato posizionato foglio di alluminio, dove è stato praticato un foro di 1 millimetro,in modo che la luce penetrasse attraverso esso e venisse proiettata sulla carta millimetrata, posta in un secondo pannello (schermo di proiezione).

Il secondo pannello è mobile, in modo da variare la distanza schermo foro ed ottenere diverse misure.

Dato che abbiamo capito che il primo progetto non era del tutto preciso nella misurazione (perché la struttura non era molto stabile, e la misurazione era molto scomoda dato che l’inclinazione dello strumento deve essere fatta manualmente, con forti vibrazioni nella lettura della misura), abbiamo cosi pensato di creare un altro strumento, simile al primo, ma realizzato con materiali più resistenti. E’ stata creata una struttura con materiali di carpenteria (di risulta), saldata con viti e bulloni, con la possibilità di reclinare, a seconda dell’altezza del Sole sull’orizzonte. Questo strumento funziona molto bene ed essendo la distanza

massima foro schermo maggiore della versione precedente permette di realizzare misure più precise. Nello stesso periodo dell’anno sono state realizzate le seguenti misurazioni.

Il diametro solare trovato nel nostro esperimento risulta:

Diametro Sole = (1,43±0,05)*10^6Km

Tale valore, con una precisione del 3,5%, ha come valore medio un risultato che è compatibile con il valore presente in letteratura.

Nel calcolo si è tenuto conto della distanza Terra-Sole in quel periodo dell’anno.

Conclusioni

In questo esperimento ci siamo confrontati con una misurazione di un parametro importante nel nostro Sistema Solare: il diametro del Sole. Il metodo laboratoriale seguito è quello di tipo Laboratorio Povero, utilizzando materiali di risulta abbiamo realizzato due semplici strumenti per la misura del diametro solare.

Il metodo è basato sulla proiezione dei raggi solari su uno schermo di foglio di carta millimetrata. Con delle semplici considerazioni di tipo geometriche, tenendo conto della distanza Terra Sole nel periodo della misurazione, giungiamo a delle misurazioni, non solo molto precise, ma compatibili con il valore del diametro del Sole presente in letteratura. L’esperimento è risultato interessante anche da un punto di vista della trattazione dei dati sperimentali. Abbiamo incontrato errori sistematici (distanza Terra Sole, costruzione strumento) che abbiamo cercato di ridurre. La misura che riteniamo più accurata per i nostri scopi è stata realizzata con lo strumento numero 2 ed è

Diametro Sole = (1,37±0,02)*106Km

Riteniamo che la nostra misurazione più essere migliorata tenendo conto di questi

aspetti :

a) Utilizzare un foglio di carta millimetrata sullo schermo di proiezione che abbia un errore si sensibilità di 0,5 mm e non 1 mm come nel nostro caso

b) Utilizzare una misurazione di tipo “digitale” ovvero leggendo il diametro della proiezione del raggio solare sullo schermo utilizzando delle foto scattate con una digitale

c) Strumentalmente realizzando un tubo più lungo ma riteniamo che una distanza foro schermo superiore ai 2,5m oltre ad essere complessa per la sua stabilità diventa anche più costosa (noi siamo arrivati ad una distanza di 2m)

Inoltre la misura può essere ripetuta al contrario, ovvero supponendo il diametro del Sole e determinando, per i vari periodi dell’anno la distanza media Terra/Sole, fino a costruirne l’orbita ellittica!!!

Se avete dubbi suggerimenti, volete sperimentare questa attività scrivetemi ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Si ringraziano i miei alunni: Daniele Tinello, Marco Garavello, Nicole Pavanel e Lilia Giusti

Bibliografia

http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=954:0178-quantomisura-

il-diametro-del-sole&catid=142:tutte-le-risposte&Itemid=347

Bergamini M., Trifone A, Barozzi G, Geometria blu, ed. Zanichelli, 2013

Amaldi U. , Fisica, vol. 2, ed Zanichelli, 2013

Amaldi U. , Fisica, vol. 1, ed Zanichelli, 2013