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UN LAVORO DI DIDATTICA LABORATORIALE ED INTEGRATA Le meteoriti per…… conoscere alcune grandezze fisiche fondamentali, parlare di tettonica globale e di.

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1 UN LAVORO DI DIDATTICA LABORATORIALE ED INTEGRATA Le meteoriti per…… conoscere alcune grandezze fisiche fondamentali, parlare di tettonica globale e di Sistema Solare senza trascurare i passaggi del metodo scientifico

2 L’ adesione del nostro Liceo al PLS ha reso possibile attuare nelle classi del terzo anno C e D il progetto “Laboratorio itinerante di meteoriti-PLS”. L’attività è stata coordinata dal prof. Aldo Altamore del Dipartimento di Fisica dell’Università RomaTRE ed organizzata grazie alla collaborazione fra i docenti di area scientifica dei tre istituiti superiori partecipanti ( Liceo Classico SOCRATE, Liceo delle Scienze applicate PEANO, Itis ARMELLINI), coadiuvati dal dott. Paolo Aloe e dal dott. Federico Di Paolo del Dipartimento di Fisica RomaTRE. Il lavoro, oltre a corrispondere alle indicazioni previste dal PLS, verrà presentato dal prof. Aldo Altamore al European Week of Astronomy and Space Science (Saint Petersburg, 4-8 July 2011) Session: Astronomy Education and Public Outreach in Europe. Premessa

3 Fasi del Progetto

4 Piano didattico presentato in conformità con le specifiche nazionali Scuola: LICEO CLASSICO SOCRATE Classi: Terzo anno C e D N. studenti che partecipano: 48 alla 1° lezione, 14 alle attivit à successive Insegnante: prof.ssa Claudia Moretti

5 Piano didattico presentato in conformità con le specifiche nazionali

6 Piano didattico presentato in conformità con le specifiche nazionali

7 Le attività si sono svolte in orario extracurricolare, ad eccezione del primo seminario-lezione che ha potuto così essere rivolto alle due classi intere. Gli allievi che hanno partecipato alle attività pomeridiane sono: Terzo anno sezione C: Brigida Luca, de Angelis Anna, Fatale Federica, Mariani Alessandra, Mari Giulia, Ruffini Giulia, Siciliano Chiara. Terzo anno sezione D: Di Buduo Flavia, Lombardo Ludovica, Malitesta Francesco, Messina Monica, Poli Rosanna, Moschin Piergiorgio, Sabene Lorenzo. Al termine delle attività e del monitoraggio previsto, gli studenti ricevono un attestato dal MIUR – USR Lazio Questo lavoro è stato curato da: Fatale Federica, Mariani Alessandra, Mari Giulia, Siciliano Chiara, Messina Monica, Lombardo Ludovica.

8 METEOROIDE Qualunque corpo che, provenendo dallo spazio esterno, penetra in atmosfera, viaggiano a velocità dell’ordine di alcune decine di km/s METEORA Effetto visuale (traccia, lampo, scia) provocato da meteoroide nell’attraversare l’atmosfera, dovuto alla ionizzazione per attrito sia dei materiali dell’atmosfera che del meteoroide. Tale fenomeno si origina intorno a 100 km di altezza e in genere si esaurisce intorno a 50 km. METEORITE Meteoroidi di dimensioni (oltre 50 m) tali da non consumarsi completamente in atmosfera e cadere sulla superficie determinando la formazione di un cratere di impatto. Seminario

9 Luogo di origine Zone di ritrovamento La maggior parte dei meteoriti sono frammenti di collisioni di asteroidi, corpi di forma irregolare che orbitano intorno al sole concentrati nella Cintura degli Asteroidi, tra le orbite di Marte e Giove. Esiste anche una piccola parte di meteoriti provenienti dalla Luna e da Marte. In entrambi i casi la loro provenienza è stata appurata grazie alla somiglianza tra la composizione chimica e mineralogica del meteorite e il suolo e le rocce dei due corpi celesti. La superficie terrestre per il 70% è coperta da acqua, la maggior parte dei meteoriti cade quindi in alto mare rendendo molto difficoltoso o spesso impossibile il ritrovamento. I meteoriti sono più facilmente reperibili in zone desertiche calde e fredde, in cui il particolare clima secco e l’assenza di vegetazione ne evita il deperimento.

10 Riconoscimento delle meteoriti Non sempre è facile distinguere le rocce terrestri dalle meteoriti, soprattutto quando si ha a che fare con meteoriti molto antiche che con il tempo hanno perso le loro particolari caratteristiche. Esistono però vari parametri che ci permettono di effettuare questa distinzione:  La crosta di fusione, causata dalla fusione della superficie della meteorite e dal successivo raffreddamento. Questa è una delle caratteristiche che si perdono con il tempo e con i processi di erosione.  Regmaglipti: si tratta del risultato dei vorticosi movimenti dell’aria con cui le meteoriti vengono a contatto durante l’attraversamento dell’atmosfera. Questo fenomeno provoca la formazione di cavità, simili a impronte lasciate dalle dita sulla creta.  Figure di Widmanstatten: caratteristica presente nella maggior parte dei meteoriti metallici, le figure sono costituite da un concrescimento di due diverse leghe ferro-nichel che si formano nel raffreddamento.  Condrule: piccoli oggetti sferoidali di pochi millimetri immersi in una matrice a grana più fine. La presenza di questi elementi permette il riconoscimento dei condriti. 

11 Figure di Widmanstatten Regmaglipti Condrule Crosta di fusione QUALCHE ESEMPIO

12 Classificazione generale dei meteoriti  Meteoriti rocciose/Aeroliti Condriti Acondriti  Meteoriti ferrose/Sideriti Atassiti Ottaedriti Esaedriti Meteoriti ferro-rocciose/Sideroliti Mesoderiti Pallasiti

13 Condriti, Acondriti, Mesosideriti Meritano una definizione più particolareggiata:  Condriti: meteoriti rocciose caratterizzate da condri,composte da piccole sferette di silicati. A loro volta si dividono in ordinarie, carbonacee e enstatiti. A loro volta si dividono in ordinarie, carbonacee e enstatiti.  Acondriti:meteoriti di composizione simile alle rocce magmatiche (silicati) caratterizzate da assenza di condri.  Mesoderiti:meteoriti ferro-rocciose con struttura cristallina spesso caratterizzate dalla presenza di figure di Widmanstatten.

14 acondrite condrite mesosiderite pallasite ottaedrite atassite QUALCHE ESEMPIO

15 Meteoriti e crateri d’impatto Ogni giorno un gran numero di meteoroidi entra nell'atmosfera terrestre, per un ammontare di parecchie centinaia di tonnellate di materiale. Ma essi sono quasi tutti molto piccoli, solo alcuni milligrammi ciascuno. Soltanto i più grandi riescono a raggiungere la superficie terrestre e diventare così meteoriti. La meteorite più grande che sia mai stata trovata (Hoba, in Namibia) pesa 60 tonnellate. Ogni giorno un gran numero di meteoroidi entra nell'atmosfera terrestre, per un ammontare di parecchie centinaia di tonnellate di materiale. Ma essi sono quasi tutti molto piccoli, solo alcuni milligrammi ciascuno. Soltanto i più grandi riescono a raggiungere la superficie terrestre e diventare così meteoriti. La meteorite più grande che sia mai stata trovata (Hoba, in Namibia) pesa 60 tonnellate. La velocità media alla quale i meteoroidi entrano nell'atmosfera à compresa tra 10 e 70 km/sec. Ma tutti, eccetto quelli davvero molto grandi, vengono rapidamente rallentati a poche centinaia di chilometri orari dall'attrito con l'atmosfera e colpiscono la superficie terrestre senza molto strepito. Tuttavia i meteoroidi più grandi di alcune centinaia di tonnellate sono rallentati molto poco: solo questi meteoroidi giganti, fortunatamente rari, producono dei crateri. La velocità media alla quale i meteoroidi entrano nell'atmosfera à compresa tra 10 e 70 km/sec. Ma tutti, eccetto quelli davvero molto grandi, vengono rapidamente rallentati a poche centinaia di chilometri orari dall'attrito con l'atmosfera e colpiscono la superficie terrestre senza molto strepito. Tuttavia i meteoroidi più grandi di alcune centinaia di tonnellate sono rallentati molto poco: solo questi meteoroidi giganti, fortunatamente rari, producono dei crateri. 2° Lezione

16 Crateri di impatto Qualsiasi oggetto, meteoroide o cometa, che entra nel campo gravitazionale della Terra e non si distrugge nel passaggio in atmosfera arriva sulla superficie determinando un cratere di impatto. Qualsiasi oggetto, meteoroide o cometa, che entra nel campo gravitazionale della Terra e non si distrugge nel passaggio in atmosfera arriva sulla superficie determinando un cratere di impatto. Questi eventi si registrano non solo sulla Terra ma anche su tutti i corpi celesti che hanno una superficie solida, il diametro del cratere dipende principalmente dalle dimensioni del meteorite e dalla sua velocità. Questi eventi si registrano non solo sulla Terra ma anche su tutti i corpi celesti che hanno una superficie solida, il diametro del cratere dipende principalmente dalle dimensioni del meteorite e dalla sua velocità. Questo fenomeno è oggi un evento raro ma ha giocato un ruolo importante nei primordi di vita del Sistema Solare e quindi anche della Terra, ecco perché lo studio dei meteoriti fornisce informazioni sull’origine del sistema solare. Questo fenomeno è oggi un evento raro ma ha giocato un ruolo importante nei primordi di vita del Sistema Solare e quindi anche della Terra, ecco perché lo studio dei meteoriti fornisce informazioni sull’origine del sistema solare.

17 Un corpo che impatta sulla superficie terrestre ha una velocità compresa tra km/s e determina uno shock che si propaga con onde circolari sul terreno, mentre il corpo impattante si fonde e vaporizza insieme a parte delle rocce colpite. Un corpo che impatta sulla superficie terrestre ha una velocità compresa tra km/s e determina uno shock che si propaga con onde circolari sul terreno, mentre il corpo impattante si fonde e vaporizza insieme a parte delle rocce colpite. L’onda d’urto dovuta all’impatto determina la formazione del cratere e i materiali vengono proiettati intorno e verso l’alto a notevole velocità. Alla fine il bordo del cratere collassa all’interno riempiendo in parte il fondo. Questo processo ha una durata di pochi minuti. L’onda d’urto dovuta all’impatto determina la formazione del cratere e i materiali vengono proiettati intorno e verso l’alto a notevole velocità. Alla fine il bordo del cratere collassa all’interno riempiendo in parte il fondo. Questo processo ha una durata di pochi minuti.  Crateri di impatto

18 Il Meteor Crater in Arizona (1,2 km di diametro, profondità circa 170 m) si è originato circa anni fa in seguito all’impatto con un asteroide metallico di m e che viaggiava a circa 20 km/s.

19 Roter Kamm è un cratere da impatto situato nel deserto della Namibia, a circa 60 km dalla costa e a circa 70 km dal Sudafrica. Ha un diametro di circa 2,5 km e una profondità di circa 130 m e la sua età è stimata essere 3,7 Ma. Il fondo è ricoperto da depositi di sabbia con uno spessore inferiore a 100 m. Il meteorite che lo ha originato aveva probabilmente un diametro di pochi metri.

20 Crateri vulcanici I crateri d’impatto meteorico non sono ovviamente i solo crateri osservabili sui corpi celesti di tipo roccioso come la Terra, sono infatti presenti anche crateri vulcanici. Il Vulcanismo è un fenomeno continuo, forma grandi strutture, i vulcani centrali e i vulcani lineari, distribuite su area vaste e ben precise

21 Crateri vulcanici Il vulcanismo si manifesta con tipiche eruzioni, fuoriuscita di materiale fuso molto caldo e ricco di gas detto magma; appena il magma arriva in superficie perde i componenti gassosi formando la lava che in tempi brevi si solidifica e forma l’edificio vulcanico o vulcano (diametro base da poche decine a centinaia di Km, altezze anche oltre 4000 m). L’eruzione vulcanica è innescata dalla pressione dei gas presenti nel magma che riescono a vincere la pressione delle rocce sovrastanti. Vulcanismo, Tettonica, Degradazione meteorica, Crateri da impatto sono i quattro principali processi che agiscono e modificano continuamente la superficie della Terra; è una sorta di un privilegio visto che i pianeti gassosi non conoscono questi fenomeni e quelli rocciosi non sempre presentano un atmosfera paragonabile a quella terrestre

22 Vulcanismo  Fenomeno continuo  Forma grandi strutture  Sono distribuiti su area ben precise Crateri da impatto  Presentano una bassa frequenza  Oggi ancora più rari rispetto al passato  Sono distribuiti in modo più o meno uniforme

23 Distribuzione geografica dei quasi 600 vulcani attivi emersi e dell’attività lineare sottomarina

24 Il mosaico delle placche e la distribuzione dei vulcani e dei terremoti, Come è noto c’è una coincidenza tra i due tipi di fenomeni ma questa è ……….un’ altra storia

25

26 Confronto fra Meteor Crater e il Vesuvio.

27 Per distinguere e descrivere un cratere da impatto dobbiamo prendere in esame le seguenti caratteristiche:  forma (più o meno circolare)  pareti (poco ripide, levigate e nette oppure con striature dovute allo scorrimento dell’acqua piovana)  bordo (netto oppure variamente eroso)  fondo (concavo, piatto, con eventuali sedimenti)  ejecta (materiali espulsi al momento dell’impatto che formano una raggiera più o meno evidente intorno al cratere  Cratere Kamil, si trova in Sudan lat. 22° 01’ 06’’ N long. 26° 05’ 16’’ Est, si è formato per l’impatto di un corpo metallico di 1,3m di diametro con massa di poco inferiore a 10 tonnellate.

28 LA DENSITÁ La densità è una grandezza fisica derivata ed esprime il rapporto tra la massa ed il volume di un corpo, infatti viene anche indicata come massa volumica. : La densità è una grandezza intensiva che non dipende dalla forma e dalle dimensioni del corpo ma dalla sua struttura interna e dalle condizioni ambientali è infatti considerata a tutti gli effetti la “carta di identità” del corpo in esame. La densità dà pertanto indicazioni sulla composizione chimico-fisica del corpo esaminato. Nel SI si misura in kg/m3

29 LA RESISTENZA ELETTRICA La resistenza elettrica è una grandezza fisica scalare che misura la tendenza di un conduttore ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica quando è sottoposto ad una tensione. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura. La relazione R = V / I si ricava dalla prima legge di Ohm ( I = V / R), in cui R è la resistenza tra gli estremi del componente, nel S Il'unità di misura della resistenza è l'ohm, Ω. La resistenza si misura con l’ohmmetro V è la tensione cioè la causa fisica che spinge le cariche elettriche a passare da un punto a più alta energia potenziale verso un punto ad energia potenziale più bassa, generando una corrente elettrica, se tra i due punti è interposto del materiale conduttore di elettricità. Si misura con il voltmetro e l’unità di misura nel SI è il volt I è l'intensità di corrente che attraversa il componente cioè la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione di un conduttore nell'unità di tempo, è una grandezza fisica misurabile con l’amperometro e l’unità di misura nel Si è l’ampere).

30 La seconda legge di Ohm e la resistività Esiste inoltre la seconda legge di Ohm, che permette di calcolare la resistenza di un materiale a partire dalle sue caratteristiche fisiche e geometriche. Infatti R = ρ l / S (1) dove ρ è la resistività del materiale, l la lunghezza (m) ed S la sezione (m quadrati). Come si vede la resistenza di uno spezzone di filo elettrico (o di un qualsiasi altro conduttore) è proporzionale alla lunghezza del materiale, ed è inversamente proporzionale alla sua grossezza o area di taglio o sezione. Dalla (1) si può ricavare la resistività o resistenza elettrica specifica ρ = R x S / l cioè l'attitudine di un materiale a opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche. Come la densità, la resistività fornisce indicazioni sulla natura chimico-fisica di un corpo.

31 Nella tabella sono riportate le resistività caratteristiche di alcuni materiali a condizioni normali: (Ωm = Ω·mm²/m) MaterialeResistività (Ωm) Argento 1,62 × Rame 1,69 × Oro 2,35 × Alluminio 2,75 × Tungsteno 5,25 × Ferro 9,68 × Platino 10,6 × Silicio puro 2,5 × 10 3 Vetro tra e Quarzo fuso circa 10 16

32 E dopo la teoria… …ecco la pratica !

33 Nel primo laboratorio ci siamo divisi in gruppi e abbiamo lavorato sulla densità. L’attività si è articolata in due fasi. Nella prima abbiamo misurato la densità di una barretta di acciaio, di una barretta di rame e di una barretta di ottone. Nella seconda abbiamo misurato la densità di alcuni frammenti di rocce terrestri e di alcuni frammenti di meteoriti. Per farlo, abbiamo prima ottenuto la massa dei campioni con bilancia di precisione. Per misurare il volume il procedimento è stato un po’ più complesso. Primo laboratorio Misure di densità

34 Un cilindro graduato è stato in parte riempito d’acqua, abbiamo preso nota del livello scelto. Abbiamo immerso delicatamente nell’acqua il campione da esaminare e abbiamo preso nota del nuovo livello a cui era arrivata l’acqua. Con una semplice differenza tra il volume iniziale dell’acqua e quello finale abbiamo ottenuto il volume del campione. Questo procedimento è quello standard quando l’oggetto ha una forma irregolare che non consente un calcolo di volume di tipo geometrico.

35 VolumeMassaDensità ,958, ,98,4 ACCIAIO La densità dei tre campioni metallici,usati come controllo del lavoro, sono risultati per i diversi gruppi di lavoro tutti molto riproducibili, abbiamo ritenuto perciò di elaborare un solo grafico per metallo e non uno per gruppo. I dati ottenuti sono inoltre corrispondenti a quelli teorici, confermando la natura chimica dei campioni esaminati DATI e RISULTATI

36 RAME VolumeMassa Densità ,119,4 1094,229,4

37 OTTONE VolumeMassaDensità ,338, ,78,87

38 1,081,16roccia 1,21,24roccia 1,241,23roccia 1,91,93roccia 1,91 roccia 2,46 roccia I dati ottenuti dai diversi gruppi per i 6 frammenti rocciosi presentato una discordanza del tutto trascurabile per i frammenti R1, R2, R3, R4 come evidenziato nelle due serie del grafico. La densità dei frammenti rocciosi oscilla tra 1 e 2 g/ml, indicando una composizione diversa da quella dei frammenti meteoritici a disposizione.

39 2,8 meteorite 3,1 meteorite 3,113,12meteorite 3,163,22meteorite 3,323,51meteorite 3,36 meteorite I dati ottenuti dai diversi gruppi per le 6 meteoriti esaminate hanno presentato una discordanza del tutto trascurabile per i frammenti M4 ed M5, come evidenziato nelle due serie del grafico. La densità dei meteoriti esaminati oscilla intorno a 3 g/ml indicando la presenza dn ferro nei frammenti esaminati.

40 Secondo laboratorio Resistenza e Resistività Nel secondo laboratorio abbiamo lavorato sulla caratteristiche elettriche dei frammenti meteoritici, inserendoli in semplici circuiti e verificando l’eventuale il passaggio di corrente. I frammenti meteorici contenenti ferro e nichel sono risultati conduttori, anche particolari punti di frammenti rocciosi, i nodi ferrosi, risultano conduttori al contrario del resto del frammento.

41 Secondo laboratorio Resistenza e Resistività La misura di resistività invece è stata effettuata utilizzando le mine in grafite di alcune matite. Le matite incise in punti diversi (lunghezza del conduttore) sono inserite in piccoli circuiti e testate per ricavare la resistenza in funzione delle varie lunghezze delle incisioni. Considerando fissa la sezione della mina, dalle resistenze misurate e dalle relative lunghezze, abbiamo ricavato la resistività.

42 LunghezzaResistenzaResistività 460,45 7,580,32 11,390, ,2 DATI e RISULTATI I dati raccolti dai tre gruppi di lavoro danno valori paragonabili al crescere della lunghezza della mina e quindi della resistenza. Per la prima incisione invece i dati raccolti risultano troppo discordanti, probabilmente per la poca sensibilità del tester o per la diversa sezione della mina incisa. Ne consegue che per la resistività non abbiamo ottenute rette passanti per 0 come per la densità. Gruppo 1

43 Gruppo 2 LunghezzaResistenzaResistività 3,580,68 790,39 10,5110,31 14,5130,27

44 Gruppo 3 LunghezzaResistenzaResistività 3,570,6 7,580,32 10,590,26 14,5130,27

45 PROTOCOLLO ESPERIENZA Materiali  recipienti in alluminio  sabbia  sabbia colorata o farina  sasso o biglie di varie dimensioni  vecchi giornali Terzo laboratorio Impatti e forma dei crateri

46 Meccanismo dell’impatto e forma del cratere Procedimento  porre il recipiente su fogli di giornale  livellare la sabbia nel recipiente  cospargere sopra un sottile strato di farina  lasciare cadere il sasso da circa 1,5 m in verticale  togliere delicatamente il sasso senza toccare la sabbia  valutare il cratere ottenuto (forma, bordo, ejecta)  ripetere i lanci con angoli di 10°e di 45° Impatti radenti e verticali

47 I nostri impatti radenti e verticali e il cratere lunare Copernico dovuto ad un impatto ad angolo elevato

48 Impatti radenti

49 ancora i nostri lanci e la realtà: il cratere lunare Messier è dovuto ad un impatto radente con direzione Est-Ovest

50 E per finire altre immagini dallo spazio: il cratere Daedalus A, 93 km di diametro, è localizzato sull’emisfero nascosto della Luna (Apollo 11). Daedalus A Daedalus B

51 La sonda Messenger, lanciata dalla NASA nel 2004, si è stabilizzata nell’orbita di Mercurio nel marzo Le immagini inviate dalla sonda mostrano i crateri mercuriani. Su Mercurio, come sulla Luna, mancano fenomeni atmosferici e tettonici significativi in grado di modificarne la superficie, pertanto anche i crateri d’impatto non subiscono l’erosione, come avviene invece sul nostro pianeta.

52 Anche su piccoli corpi celesti non mancano crateri d’impatto: Phobos (26,6 km nel suo punto più largo, segnato da numerosi crateri tra cui Stickney) e Deimos (poco craterizzato, 15 km su asse maggiore) scoperti da Hall nel 1877, sono probabilmente asteroidi catturati dalla gravità di Marte.

53 Il meteorite ALH (recuperato nella zona di Allan Hills nel dicembre 1984) è stato espulso da Marte circa 17 milioni di anni fa e circa anni fa un frammento è caduto in Antartide

54 Solo analisi approfondite nel 1994 lo riconoscono come marziano e individuano nel suo interno strutture a catena di carbonato di diametro inferiore al mm, chiaro segno di un origine sedimentaria della roccia di partenza. Nel 1996 David McKay avanza l’ipotesi dell’origine biologica di tali strutture: nanobatteri fossili. Recentemente il campione è stato oggetto di nuove tecniche di indagine i cui risultati sono però ancora controversi

55 Giove non è un corpo solido ed ovviamente non presenta crateri d’impatto


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