Dal temporale alla psicologia

De Paoli Jessica 5°STC

Giugno 2007

Percorso multidisciplinare di maturità

Indice:

Materia PAG.

Mappa schematica....................................................................3

Scienze.....................................................................................4

Fisica..........................................................................................7

Italiano.......................................................................................9

Filosofia....................................................................................13

Inglese......................................................................................16

Bibliografia...............................................................................19

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Mappa schematica

Fisica Italiano

Scienze Filosofia

Inglese

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Scienze

Argomento: il temporale e sua origine

I temporali sono fenomeni particolarmente violenti e di breve durata (massimo qualche ora), frequenti soprattutto nel periodo estivo e nella fascia equatoriale.

Tali perturbazioni si possono verificare attraverso due differenti dinamiche, per cui possiamo distinguere tra temporali di calore e temporali frontali.

Nel primo caso il temporale si genera a seguito della risalita di una massa d’aria calda, carica di umidità (bolla d’aria): in tal modo si origina la maggior parte dei temporali estivi, a seguito di giornate molto calde e, di conseguenza, di un’alta evaporazione.

Nell’altro caso invece il temporale si verifica quando una massa d’aria calda stazionaria incontra un fronte freddo.

In entrambi i casi la perturbazione si sviluppa in 3 fasi.

Un sistema temporalesco è costituito da più cellule dotate di propria circolazione. Inizialmente l’aria calda, essendo più leggera dell’aria circostante, tende a salire generando instabilità atmosferica (fase di sviluppo); successivamente il vapore acqueo tende a condensare (dopo aver raggiunto il limite di saturazione e grazie alla presenza di nuclei di condensazione) formando nubi cumuliformi, più precisamente cumulonembi.

Al loro interno troviamo una serie di correnti con diverse temperature, in particolare correnti ascendenti, calde, e correnti discendenti, fredde, che portano ad un abbassamento della temperatura al suolo, anche attraverso raffiche di vento e per questo l’acqua cade a scrosci: questa è la fase di maturità.

L’ultima fase, detta di dissipazione, è il momento in cui il temporale si esaurisce; ciò avviene quando si riduce la differenza di temperatura tra il suolo e l’aria in quota (differenza che aveva innescato il fenomeno), poiché l’aria al suolo si è raffreddata.

In estate, grazie al forte riscaldamento dei bassi strati dell’atmosfera, l’instabilità dell’aria è maggiore che in inverno, di conseguenza alle medie latitudini (e nelle nostre regioni), i temporali sono prevalentemente un fenomeno estivo e pomeridiano. Tuttavia, condizioni di instabilità atmosferica possono manifestarsi anche nei mesi freddi, in quanto non necessariamente il riscaldamento dal basso è il responsabile dello squilibrio troposferico. Infatti afflussi di aria molto fredda in quota su aria fresca e umida nei bassi strati possono rendere la troposfera

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instabile generando, anche se non frequentemente, significative correnti ascendenti con formazione di nubi, precipitazioni, separazioni di cariche, fulmini e tuoni.

Il temporale è un fenomeno che affascina, poiché ad esso sono associati altri fenomeni, che lasciano a bocca aperta, che al momento non sappiamo spiegare, che fanno rimanere svegli la notte a guardare il cielo illuminarsi a giorno, che ai piccoli fanno paura…

I fenomeni correlati ai temporali hanno da sempre affascinato e turbato l’uomo tanto che i fulmini, nell’antichità, venivano associati alle divinità: in particolare nella cultura greca era Zeus che scagliava i fulmini.

Omero lo descriveva come signore degli dei, dio del cielo, della pioggia e del fulmine. In ogni modo Zeus è sempre stato il “padre”, ovvero la guida naturale degli dei e dell’umanità. Come divinità celeste, Zeus sviluppa due principali sfere di attività, una fisica e un’altra morale; tutti i fenomeni meteorologici sono di sua competenza: è lui che invia il tuono e il lampo, sua arma tradizionale è la saetta; egli produce anche la pioggia, il vento, e, conseguentemente, il bel tempo, essendo bivalente, al pari di tutti gli dei dell’antica Grecia. Caratteristico degli dei celesti di molte popolazioni è il sovrintendere alla condotta dell’umanità, che essi possono osservare da una posizione sopraelevata (spesso si attribuiscono loro poteri sovrannaturali di vista e udito). In generale i Greci affermano che Zeus vede e governa ogni cosa, tiene nota di tutto ciò che gli uomini compiono, oltre a possedere innumerevoli spie che si aggirano per la terra e a lui riportano notizia di ciò che vi succede. La più antica e caratteristica forma di vendetta di Zeus è l’inviare un fulmine contro l’offensore o anche un’epidemia contro una comunità colpevole (secondo la concezione comune che la malattia era causata da particolari condizioni atmosferiche).

Questi fenomeni possono essere giustificati scientificamente, utilizzando analisi, metodi e strumenti della fisica applicata alla meteorologia.

I fulmini sono scariche elettriche ad alta tensione generate da forti differenze di potenziale elettrico all’interno della nube, tra nube e nube o tra nube e suolo. In condizioni di stabilità, l’atmosfera è sede di un campo elettrico con cariche positive dirette verso la superficie terrestre, che è invece caricata negativamente. La differenza media di potenziale è di 300 000 volt e l’intensità del campo diminuisce con la quota. Questo campo elettrico viene perturbato dal passaggio di una nube temporalesca. All’interno di essa vi è un campo tripolare con cariche elettriche positive in alto e in basso separate da una fascia di cariche negative che, secondo misurazioni effettuate con vari metodi, si trovano di solito alla quota in cui la temperatura è intorno ai –15°C. Tra aree a carica diversa possono svilupparsi differenze di potenziale dell’ordine anche del centinaio di volt. La nube si comporta quindi come un generatore

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elettrostatico in grado di separare cariche di segno opposto concentrandole in regioni diverse. Il campo elettrico che si genera tra esse o tra una di esse e il suolo aumenta fino a quando si sviluppa una scarica simile alla scarica elettrostatica che si sviluppa nei giorni secchi e ventosi tra la chiave dell’auto e il buco della serratura (dimensioni a parte).

Una scarica tra nube e suolo inizia con raffiche di ioni che si muovono velocemente verso il basso ad intervalli di 15-100 millisecondi, seguendo traiettorie a zig-zag, con velocità di circa 10⁵ m/s (scarica guida). In prossimità del suolo incontrano una corrente di ioni opposta che si sviluppa in particolare da oggetti appuntiti; si determina così un canale di aria ionizzata tra la nube e il suolo lungo il quale si produce una più violenta scarica di ritorno, che è il fulmine vero e proprio. Questa è la scarica che noi vediamo, ma per effetto ottico a noi pare che si sviluppi in verso contrario.

Tale scarica è in grado di trasferire verso la nube una corrente la cui intensità media è dell’ordine di 10 000 Ampere. A distanza di centesimi di secondo si può ripetere la scarica guida seguita immediatamente da un secondo fulmine.

Le scariche all’interno delle nubi, che producono i lampi, si producono più facilmente quando la base del cumulonembo è più distante dal suolo.

Nelle immediate vicinanze di un fulmine l’aria si surriscalda velocemente, arrivando fino a temperature di circa 30000°C, quindi si espande con violenza e rapidità provocando un’onda d’urto molto forte che si propaga sotto forma di onde sonore (il tuono).

L’intensa onda sonora è quindi percepibile anche a parecchi chilometri di distanza.

Dato che il suono si propaga a circa 340 metri al secondo, mentre la velocità della luce si propaga a circa 300.000 km/s, passa un certo intervallo di tempo tra la visione del fulmine e la percezione acustica del tuono.

Se vogliamo calcolare la distanza tra noi e il fulmine, è sufficiente moltiplicare per 340 i secondi che passano tra il lampo e il tuono. Fisica

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Argomento: differenza di potenziale elettrico

Per poter capire più a fondo i fenomeni meteorologici sopra descritti è necessario approfondire la definizione di differenza di potenziale. d.d.p.:

La differenza di potenziale è la condizione necessaria per generare corrente elettrica. Per poter capire meglio il concetto pensiamo a due serbatoi d’acqua collegati alla base da un tubo.

Se nei due serbatoi si ha lo stesso livello d’acqua, questa rimane ferma. Se invece l’acqua raggiunge altezze differenti, l’acqua tenderà a spostarsi dal serbatoio con livello più alto a quello con livello più basso per ripristinare l’equilibrio che avevamo inizialmente.

Negli impianti elettrici il tubo che collega i due serbatoi è un cavo elettrico, attraverso il quale passa corrente elettrica. La differenza sta qui nel potenziale elettrico, che prende il nome di differenza di potenziale elettrico o tensione.

Se aumentiamo la differenza di potenziale, aumenta l’intensità di corrente.

La differenza di potenziale si misura in Volt (V).

Il concetto di potenziale elettrico dipende fortemente dall’energia potenziale: infatti per definizione

∆V = ∆U/q

Dove ∆U è appunto la differenza di energia potenziale e con q indichiamo una carica di prova, che spostandosi da un punto A ad un punto B, passando quindi da potenziale U_A a U_B (nel momento in cui su essa agisce una forza conservativa). Allora ∆U = U_B - U_A può essere definito anche come il lavoro compiuto per andare da A a B cambiato di segno, quindi il lavoro per passare dal punto B al punto A. Per cui ∆U = U_B - U_A = -W_A,B = W_BA.

Dalla definizione di lavoro posso giungere a quella di potenziale.

Infatti il lavoro è dato dal prodotto scalare tra la forza e lo spostamento

W_BA = F·r = ∑ F·∆r