Post on 23-Feb-2019
HAMLET: Do you see yonder cloud that’s almost in shape of a camel?
POLONIUS: By the mass, and ’tis like a camel indeed.
HAMLET: Methinks it is like a weasel
POLONIUS: It is backed like a weasel
HAMLET: Or like a whale
POLONIUS: Very like a whale
Hamlet, William Shakespeare (1564-1616)
Protagoniste..le nuvole
Termodinamica
Espansione (e compressione)
adiabatica
Pressione e pressione di vapore
Atmosfera
Aria (gas ideale) e acqua (solida, liquida,
vapore)
Andamento della pressione e della
temperatura con la quota
Stabilità e instabilità dell’atmosfera
Come si spostano le masse d’ariaPressione e pressione di vapore
Pressione di vapore all’equilibrio
(curva di saturazione): come
dipende la pressione di vapore
dalla temperatura
Umidità e la sua misura
Circolazione atmosferica globale
Di cosa sono fatte (e come facciamo a saperlo)?
Le nuvole.. sono tutte uguali?
(quota, forma, colore)
(acqua, neve, ghiaccio, grandine)
Come si formano?
Che indicazioni ci possono dare per la previsione?
(convezione, avvezione, sollevamento, fronti..)
(cicloni, fronti, tornado..)
COLLEGAMENTI INTERDISCIPLINARI FISICA-SCIENZE
Fisica
dell’atmosfera
Matematica
Grafici, funzioni, scala logaritmica
Statistica e probabilità (previsione)
Chimica
Microfisica delle nuvole: gocce e superfici
Nuclei di condensazione: reazioni chimiche che
li producono
Nuclei idrosolubili o non-solubili: implicazioni
per la formazione della precipitazione
Fisica
moderna
La fornace del tempo/clima: il Soledell’atmosfera
Scienze
Classificazione delle specie (Linneus), teorie geologiche
(Lyell) e classificazione delle nuvole (Howard); FitzRoy e
Darwin
Vulcani e atmosfera (nuclei di condensazione, influenza
sul tempo e il clima)
Oceani e atmosfera (circolazione)
Le stagioni
Il tempo e la fisiologia umana
Interazione terra-oceani-atmosfera
Circolazione atmosferica e oceanica
Ruolo del vapore acqueo e della CO2
nel riscaldamento globale
Fluidodinamica
Altre atmosfere, altri climi
Fisica e clima
La fornace del tempo/clima: il Sole
Reazioni nucleari nel Sole
Lo spettro EM del Sole
COLLEGAMENTI INTERDISCIPLINARI CON ALTRE MATERIE
Fisica
dell’atmosfera
Storia & Geografia
Rivoluzioni, guerre e sviluppi tecnologici
La macchina a vapore e la rivoluzione industriale
Parafulmini, telegrafo, computer, satelliti, internet, GPS
L’importanza del tempo negli eventi storici (la guerra di Crimea,
l’eruzione del Krakatoa, il D-day, la “nuvola” di Chernobyl )
Arte
J. Constable, J.M.W.Turner, C.D.
Friedrich: scienza e arte
Il ruolo del pittore e del fotografo nella
scoperta scientifica
dell’atmosfera
Italiano,
letteratura
Lettura di testi scientifici originali, redazione di
articoli/schede scientifiche/relazioni di laboratorio
Il genere “scientifico”: lo stile di chi scrive di scienza
Scienziati e letteratura
Lingue antiche e
straniere
Goethe e Luke Howard: scienza e poesia
Il latino come lingua per classificare e ricordare
I. Termodinamica: le nuvole
Equilibrio aria-aqua
Studio dei processi adiabatici
Il vapore acqueo, l’umidità, la sua misura
Un personaggio: Luke Howard
II. Ottica: i colori
Fenomeni atmosferici ottici osservabili ad occhio nudo
Il colore del cielo o perchè il cielo è blu?
Rifrazione, riflessione, diffrazione, polarizzazione
Un personaggio: Horace-Bénédict de SaussureUn personaggio: Horace-Bénédict de Saussure
III. Elettromagnetismo: i fulmini
Fenomeni elettrici e magnetici in atmosfera
Equilibrio radiativo Terra-Atmosfera
Spettro elettromagnetico del Sole
Fulmini
Un personaggio: Benjamin Franklin
Per ogni modulo: la meteorologia
Le teorie dei “fronti”, la circolazione atmosferica
Un pò di storia: i primi calcoli numerici, le previsioni,
la nascita della meteorologia moderna
Personaggi: Von Neumann, Bjerknes, Rossby
Il bagaglio necessario
Principio zero della termodinamica, ovvero, il concetto di temperatura
Primo principio della termodinamica, ovvero, la conservazione dell’energia
Processi adiabatici
La pressione atmosferica, equazione barometricaLa pressione atmosferica, equazione barometrica
Il gas ideale (quando va bene questa approssimazione?) e il gas reale (tutti)
Processi termodinamici nell’atmosfera
ARIA
Gas reale e ideale
Temperatura critica
Leggi dei gas
VAPORE ACQUEO
Pressione di vapore, umidità
Calore latente di vaporizzazione
Punto di rugiada
Psicrometro
NUBI:
Compressioni ed espansioni adiabatiche
Gradiente adiabatico dell’aria e stabilità o
instabilità atmosferica
Il ruolo del calore latente di vaporizzazione
Conducibilità termica PRESSIONE Conducibilità termica
Formazione ed evoluzione delle nubiPRESSIONE
Pressione atmosferica
Equazione barometrica
Esperimenti “quantitativi”
(triennio)
• Misura della costante adiabatica dell’aria secca
• Verifica delle legge di Boyle (PV = K)
• Misura del calore latente di vaporizzazione• Misura del calore latente di vaporizzazione
• Misura della curva di saturazione dell’acqua
• Misura del raffreddamento di una massa d’acqua
Esperimenti “qualitativi” ma molto
illustrativi
• Misura del punto di rugiada
• Costruzione e uso di un psicrometro
• Conducibilità dell’acqua e ruolo del mezzo • Conducibilità dell’acqua e ruolo del mezzo
ambiente
Esperimenti “biennio”
• Le nuvole nella teiera
• La nebbia in una bottiglia
• La pioggia sul piatto
• La convezione in un tubo• La convezione in un tubo
• La pressione in una lattina
• La circolazione oceanica in una vasca
• La circolazione atmosferica in una pentola
• 5 incontri di 3 ore ciascuno
• 1 incontro con un fisico-previsore del Meteotrentino
• 1 incontro con un esperto sulla fisica del clima
• Visita guidata alla stazione meteorologica delle Laste
Schema del modulo formativo
• Visita guidata alla stazione meteorologica delle Laste
• Visita guidata alla sala previsori del Meteotrentino
• Programmazione congiunta Povo-docenti
• Preparazione curricolare preliminare degli studenti da parte
del docente
• Somministrazione agli studenti di un test preliminare sulle
loro conoscenze, prima di iniziare il percorso didattico PNLS
• 2 incontri con gli studenti a Povo
Schema della sperimentazione del
laboratorio con gli studenti
• 2 incontri con gli studenti a Povo
• Visita alla stazione radar del Monte Macaion (Bz)
• Intervento esperto esterno (fisico-previsore)
• Concorso fotografico per gli studenti: “Fisica tra le nuvole”
• Somministrazione agli studenti di un test in uscita alla
conclusione del percorso
• Incontro conclusivo con i docenti per la valutazione finale del
percorso didattico
Schema del laboratorio con gli studentiObbiettivi:
Comprensione del ruolo del profilo di pressione e di temperatura dell’atmosfera
nella formazione delle nuvole e nella circolazione atmosferica
Comprensione del ruolo del vapore acqueo negli scambi termici nell’atmosfera
Comprensione della differenza tra umidità assoluta e relativa
Comprensione del significato e delle condizioni perchè un processo reale possa
essere considerato adiabatico
Misura dell’umidità relativa: punto di rugiada e psicrometro, significato di questi
due processi
Prerequisiti:
La legge del gas ideale
I principi della termodinamica
Concetti di pressione e temperatura
Come “conciliare” la fisica e le scienze?
Durante il modulo
Da un punto di vista dei contenuti:
momenti “semplici” per i fisici e “difficili” per i docenti di scienze;
momenti condivisi, di scambio di competenze, nel trovare i collegamenti disciplinari
Da un punto di vista esperimentale:
Realizzazione degli esperimenti (quantitativi e qualitativi) in gruppi misti
Durante il percorso didattico:
Coordinamento docente fisica-docente scienze: non è necessario, ma può
aiutare; nel caso di un docente di scienze “solo”, supporto da Povo che, in
ogni caso c’è per tutti..
Scambio di competenze, ma anche di “entrata in classe”, per favorire la
gestione degli argomenti, la preparazione delle esperienze, l’integrazione
degli argomenti nel curriculum di entrambe le materie..
Coordinamento nella programmazione: temi congiunti, prove coordinate..
Compresenza dei docenti nei laboratori per gli studenti, tenuti a Povo
Come sfruttare il modulo sia nel biennio che
nel triennio?Gli esperimenti “quantitativi” richiedono delle competenze (laboratoriali,
matematiche e concettuali) di più alto livello, e sono da escludere nel biennio.
I risultati di questi esperimenti, tuttavia, possono essere sfruttati anche nel biennio
Un esempio: anche se non ricavo (nè sperimentalmente nè analiticamente) la curva
di saturazione dell’acqua, non conosco la funzione esponenziale, nè i logaritmi,
posso capire che la pressione di vapore alla saturazione dipende dalla temperatura
in un certo modo (lo accetto), e posso comprendere le implicazioni che questo ha in
certi processi (con l’aiuto di altri esperimenti). certi processi (con l’aiuto di altri esperimenti).
Un’altro esempio: posso imparare a usare un psicrometro, e ricavare il valore
dell’umidità relativa, facendo una misura semplice di temperatura e consultando una
tabella; posso discutere i risultati, e arrivare a capire la differenza tra umidità
assoluta e relativa, senza bisogno di capire che il psicrometro rappresenta un
processo isentalpico
Allo stesso modo, gli esperimenti “biennio”, qualitativi, rapidi, e facilmente attuabili
nella classe (senza bisogno di andare in laboratorio) non sono da escludere (anzi!)
nel triennio