DEBITO FORMATIVO SCIENZE DELLA TERRA - anno scolastico 2016/2017

1.     Che cos’è una grandezza fisica?
Lo scopo della Fisica (dal greco physis = natura) è spiegare i fenomeni naturali che avvengono intorno a noi: movimento dei corpi, calore e temperatura, elettricità̀ e magnetismo ecc.. Per poter essere studiati scientificamente questi fenomeni debbono essere misurabili e soltanto le grandezze fisiche le grandezze fisiche si possono misurare.
Risposta: Una Grandezza Fisica è una qualunque caratteristica di un oggetto o di un fenomeno che può̀ essere misurata, che può̀ cioè̀ essere espressa mediante un numero ed una opportuna unità di misura.

2.     Cosa intendiamo per energia?
L'energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto.
L’energia non può essere ne creata ne distrutta ma soltanto trasformata da una forma all’altra (ad esempio da elettrica a luminosa, da eolica ad elettrica, da chimica a termica, da luminosa a chimica come nella fotosintesi ecc.).

3.     Cosa sono i passaggi di stato?
Ogni sostanza può esistere in tre diversi stati di fisici di aggregazione (oltre allo stato di plasma* che richiede temperature e pressioni altissime) in ognuno di questi stati e quindi può passare da uno stato ad un altro; questi passaggi si chiamano appunto passaggi di stato. I passaggi di stato hanno i seguenti nomi:
Fusione: passaggio da solido a liquido
Vaporizzazione: passaggio da liquido ad aeriforme
Liquefazione: passaggio da aeriforme a liquido
Solidificazione: passaggio da liquido a solido
Sublimazione: passaggio diretto da solido ad aeriforme e viceversa (il passaggio inverso viene anche chiamato brinamento).
I passaggi di stato sono fenomeni fisici, perché non danno luogo a cambiamenti nella composizione delle sostanze interessate. Ad esempio, il ghiaccio, l’acqua allo stato liquido e il vapore acqueo sono tutti costituiti da molecole di acqua, H₂O; è diverso solo il modo con cui queste molecole sono unite fra di loro, o nel caso del vapore non sono unite affatto. I passaggi di stato avvengono a temperature caratteristiche per ogni sostanza pura. Per ogni sostanza avremo quindi una temperatura di fusione e una temperatura di ebollizione. La temperatura a cui avviene un passaggio di stato dipende anche dalla pressione. L’acqua pura bolle a 100 °C se la pressione è di una atmosfera. Se la pressione è minore, come succede in alta montagna, l’acqua bolle a una temperatura inferiore. Se invece la pressione è maggiore di una atmosfera, l’acqua bolle a una temperatura superiore ai 100°C.

*Il quarto stato della materia. Un plasma è un gas ionizzato costituito da una miscela quasi-neutra di elettroni liberi, ioni (atomici o molecolari) e specie neutre interagenti tra di loro. Al crescere della temperatura la materia si trasforma, cambiando il suo stato di aggregazione.

4.     Grandezze Fondamentali e Derivate.
Nel Sistema Internazionale delle Unità di Misura (SI) sono state adottate sette grandezze, definite FONDAMENTALI, che sono alla base di tutte le unità di misura.
In base a queste unità di misura si possono definire tutte le altre, dette DERIVATE, che si possono ottenere da queste sette componendole con relazioni matematiche. Sono ad esempio grandezze derivate la superficie, il volume, la velocità, la densità̀, il peso ecc.

5.     La bilancia a due braccia è uno strumento che serve a misurare cosa? Risposta: la massa.

6.  Sistemi omogenei ed eterogenei.
Prima di parlare della differenza tra sistemi omogenei ed eterogenei è opportuno chiarire esattamente cosa sia un sistema in chimica. Possiamo definire "sistema" un qualsiasi aggregato di materia di cui si vuole studiare il comportamento chimico o fisico. Tenendo conto della loro struttura i sistemi possono venire classificati in omogenei ed eterogenei. Un'altra nozione che risulta essere utile allo scopo riguarda la cosiddetta fase di un sistema, che è distinguibile dalle restanti parti da delle superfici ben definite e avente in ogni punto caratteristiche comuni quali calore, stato di aggregazione e via dicendo.
I miscugli sono materiali formati dalla mescolanza di due o più sostanze pure. A seconda del modo con cui le sostanze si mescolano, i miscugli possono essere classificati in miscugli omogenei e miscugli eterogenei.
Un miscuglio è omogeneo quando le sostanze che lo compongono si mescolano in modo uniforme e non sono distinguibili neanche con l'ausilio di un microscopio, in questo caso si dice che sono formati da una sola fase. I miscugli omogenei hanno le proprietà̀ chimico-fisiche identiche in ogni punto (come per esempio la densità̀, il punto di fusione, il punto di ebollizione, il colore, il sapore, etc.). Attenzione che un sistema può essere eterogeneo dal punto di vista fisico ma non da quello chimico (ad esempio un cubetto di ghiaccio che galleggia sull’acqua è eterogeneo fisicamente perché il ghiaccio è distinguibile dall’acqua, ma è omogeneo chimicamente perché sia il cubetto di ghiaccio che l’acqua liquida sono fatti della stessa sostanza). I miscugli miscugli omogenei sono chiamati anche soluzioni, il componente presente in maggior quantità viene chiamato solvente e il componente (o i componenti) presente in minor quantità̀ viene chiamato soluto (ad esempio il sale sciolto nell’acqua è il soluto, l’acqua il solvente).
Un miscuglio è definito eterogeneo quando le sostanze che lo compongono sono visibili o ad occhio nudo o con l'ausilio di un microscopio. Sono formati da due o più fasi.
I miscugli eterogenei presentano caratteristiche chimico-fisiche diverse nei vari punti (come per esempio la densità, il punto di ebollizione, il colore, il sapore, la trasparenza, lo stato fisico, etc.). Ogni componente della miscela prende il nome di fase.
Esempi di miscugli eterogenei
Sono esempi di miscugli eterogenei: il granito, le rocce, miscela formata da limatura di ferro e polvere di zolfo, miscela formata da acqua e limatura di ferro, il latte, la vernice, le nuvole, il granito.
Il latte è un classico esempio di miscuglio che apparentemente è omogeneo ma in realtà è eterogeneo. Osservandolo al microscopio infatti si nota che è formato da piccolissime particelle di grasso immerse in un liquido trasparente.

7.     Elementi e composti.
Gli elementi chimici sono sostanze che non possono essere scomposte in altre sostanze più semplici e sono costituiti da particelle tutte uguali, che sono dette atomi. Ad oggi conosciamo 118 elementi chimici: – 94 sono gli elementi esistenti in natura, sono stati invece prodotti in laboratorio e sono detti elementi artificiali.
In base a queste proprietà, è dunque possibile effettuare una classificazione degli elementi in metalli, non metalli e semimetalli.
Gli elementi possono infatti unirsi in molti modi diversi e originare quindi un numero virtualmente infinito di composti. I composti chimici sono sostanze costituite da elementi combinati tra loro chimicamente. I composti non mantengono le proprietà fisiche e chimiche degli elementi che li compongono.
Quindi riassumendo: Le sostanze che possono essere scomponibili in sostanze più semplici si chiamano composti, mentre quelle che non sono scomponibili sono dette elementi. Gli elementi sono costituiti da atomi uguali mentre i composti sono formati da atomi di elementi diversi. A ogni elemento è stato assegnato un simbolo e in generale tutte le sostanze sono identificate da una formula (ad esempio H₂O).
Una caratteristica importante dei composti è che in un composto gli elementi sono presenti in proporzioni ben definite. Per esempio nell’acqua il numero di atomi di idrogeno è sempre doppio rispetto al numero di atomi di ossigeno, cioè la proporzione è 2:1. Questa proprietà dei composti è fondamentale per poterli distinguere dai miscugli, i quali infatti non possiedono una composizione costante.

8.  Da cosa sono determinate le diverse stagioni estate, inverno, autunno e primavera? Risposta: dall’inclinazione dell’asse terrestre.

9.  Come viene detto il passaggio diretto dallo stato solido allo stato di vapore? Risposta: sublimazione.

10.  Quale aspettativa di vita ha il nostro Sole? Risposta: in base alle conoscenze attuali una stella come il nostro Sole (classe G) ha una vita media di dieci miliardi di anni.

11.  Come possiamo definire le orbite che i pianeti compiono intorno al Sole? Risposta: i pianeti si muovono attorno al Sole su orbite ellittiche (Prima Legge di Keplero).

12.  Quanto tempo fa avvenne la nascita dell’Universo? Risposta: 13,7 miliardi di anni.

13.  Quanto tempo è passato da quando il nostro Sole è nato? Risposta: 5 miliardi di anni.

14.  Qual è il pianeta più piccolo del sistema solare? 
 Risposta: Mercurio.

15.  Qual è il pianeta più grande del sistema solare? 
 Risposta: Giove.

16.  Qual è il pianeta più vicino al sole? 
 Risposta: Mercurio.

17.  Qual è il pianeta più caldo del sistema solare? 
 Risposta: Venere.

18.  Qual è il pianeta più lontano dal sole? 
 Risposta: Nettuno.

19.  Come avviene e cosa si intende per moto di rotazione della Terra? Risposta: La Terra ruota su se stessa, da ovest verso est, intorno all’asse di rotazione, che passa per il polo nord e il polo sud. Il movimento si compie in senso antiorario, se osservato dal polo nord, e in senso orario, se osservato dal polo sud. Il moto di rotazione della Terra è la causa dell’alternarsi del dì e della notte e del moto diurno apparente dei corpi celesti (Sole, Luna, stelle).

20.  In quale periodo dell'anno la Terra si trova più vicina al Sole? Risposta: la Terra, mentre ruota intorno al proprio asse (moto di rotazione), ruota anche intorno al Sole compiendo il suo moto di rivoluzione.
Il moto di rivoluzione è quello che la Terra compie, da ovest verso est, attorno al Sole, descrivendo un’orbita ellittica, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi.
La Terra raggiunge il perielio (il punto di massima vicinanza) all'inizio di gennaio, e l'afelio (il punto di massima distanza) ad inizio luglio (si noti che l'alternarsi delle stagioni non è dovuto al variare della distanza dal Sole, poiché nell'emisfero nord del pianeta la stagione calda coincide con il periodo di massima distanza dal Sole).
La durata del moto di rivoluzione è di 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi.
Nel suo percorso lungo l’eclittica (il piano dell’orbita, circa 930 milioni di chilometri), la Terra dista dal Sole 147 milioni di km circa al perielio e 152 milioni di km circa all’afelio. Secondo le leggi di Keplero, la Terra è più veloce nelle vicinanze del perielio e meno veloce nelle vicinanze dell’afelio; la sua velocità media è di circa 30 km/s.

21.  Cosa dice la Terza Legge di Keplero? Risposta: la terza legge di Keplero afferma che il quadrato del periodo di rivoluzione di un pianeta attorno al Sole è proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole. Questo vuol dire che i pianeti più vicini al Sole hanno periodi di rivoluzione più brevi dei pianeti più esterni (quelli più lontani dal Sole). Quindi Mercurio (il pianeta più vicino al Sole) impiega meno tempo di venere per compiere un giro completo intorno al Sole (moto di rivoluzione), Venere meno tempo della Terra, la Terra meno tempo di Marte e così via.

22.  Da che cosa dipende il tipo di corpo celeste che si forma nella fase finale della vita di una stella? Risposta: dipende dalla sua iniziale massa.

23.  Che cosa è la forza di gravità? Risposta: qualsiasi corpo esercita una forza di gravità e aumenta all’aumentare della massa del corpo che la esercita. La forza di gravità è una forza attrattiva ed è quindi direttamente proporzionale alla massa dei corpi. La sua forza attrattiva invece diminuisce mano a mano che i corpi si allontanano. Questa diminuzione non è però direttamente proporzionale alla distanza (ad esempio se la distanza tra i due corpi raddoppia la gravità non si dimezza, cioè non diventa la metà), ma diminuisce con il quadrato della distanza (se la distanza raddoppia la gravità diminuisce di quattro volte d² = distanza al quadrato).

24.  Che cosa dice la Teoria Geocentrica o Tolemaica e da chi fu formulata. Risposta: la teoria geocentrica è una teoria da tempo superata in quanto affermava che fosse il sole a girare (orbitare) intorno alla Terra che era considerata il centro dell’Universo (ecco perché viene chiamata teoria geocentrica, Geo in greco vuol dire Terra).
Questa teoria fu formulata in modo preciso attraverso dei modelli geometrici da Tolomeo astronomo, matematico e geografo (nato nel 100 dopo Cristo circa - morto dopo il 170), vissuto ad Alessandria di Egitto.
Questa teoria fu poi superata grazie a Copernico e alla sua Teoria Eliocentrica (o Copernicana) agli inizi del 1500 dopo Cristo che metteva al centro dell’Universo il Sole (Elios è il nome greco della divinità classica del Sole).
Questa teoria fu poi dimostrata valida dalle osservazioni di Galileo.

25.  Che cosa provoca l’effetto serra? Risposta: l’effetto serra è un fenomeno che si produce quando un certo mezzo (per es., il vetro con cui sono fatti i tetti delle serre) risulta trasparente alle componenti di breve lunghezza d’onda dello spettro della radiazione solare (per es., alla parte ultravioletta e visibile) ma è opaco rispetto a radiazioni di maggiore lunghezza d’onda come la radiazione infrarossa (calore): un mezzo con queste caratteristiche trattiene la radiazione infrarossa emessa dai corpi riscaldati in seguito all’assorbimento della radiazione di minore lunghezza d’onda con un conseguente aumento della temperatura sottostante. Ad esempio d’estate quando entriamo in una automobile, che è rimasta al sole con i finestrini chiusi, sentiamo molto caldo perché la luce visibile e ultravioletta passa attraverso i vetri e scalda l’abitacolo ma il calore prodotto che si sprigiona come radiazioni infrarosse (sono le stesse che ci permettono di capire con le mani senza toccarlo se un corpo, ad esempio un termosifone, è caldo o è freddo) non riescono a passare e quindi la temperatura all’interno dell’auto aumenta. Anche noi per trattenere il calore prodotto da nostro corpo, quando abbiamo freddo, sfruttiamo sfruttiamo l’effetto serra coprendoci con degli abiti o delle coperte. Lo stesso effetto ha la nostra atmosfera terrestre e ancora di più quella di Venere che si comportano appunto come una coperta che trattiene il calore prodotto dal Sole (dai raggi solari che attraversano come luce visibile o luce ultravioletta l’atmosfera scaldando il terreno e gli oceani, ma poi questa energia che viene emanata sotto forma di raggi infrarossi rimane in parte intrappolata).