La durata del giorno e l'altezza del sole sull'orizzonte dipendono da due fattori: la latitudine geografica del luogo e il periodo dell'anno. La causa principale di entrambi è l'inclinazione dell'asse terrestre. In questa pagina troverai schemi illustrativi, le quattro date principali dell'anno, la formula per calcolare l'altezza del sole, la risoluzione di esercizi e un quiz interattivo per verificare subito le tue conoscenze.
Da cosa dipende la durata del giorno
La durata del giorno è il tempo che intercorre tra l'alba e il tramonto. La Terra compie due movimenti: ruota attorno al proprio asse (alternanza tra giorno e notte) e orbita attorno al Sole durante l'anno (alternanza delle stagioni). La chiave di tutto l'argomento è l'inclinazione dell'asse terrestre: esso è inclinato rispetto alla perpendicolare al piano dell'orbita di 23,5° e per tutto l'anno "punta" verso lo stesso punto del cielo, la Stella Polare.
Grazie a questa inclinazione, gli emisferi si espongono alternativamente ai raggi solari. Quando il tuo emisfero è inclinato verso il Sole, è estate: il sole sale alto, il giorno è lungo. Quando l'emisfero è inclinato lontano, è inverno: il sole è basso, il giorno è corto. Se l'asse non fosse inclinato, il giorno sarebbe sempre uguale alla notte ovunque e le stagioni non esisterebbero.
Solstizi ed equinozi: le quattro date principali
Durante l'anno la Terra attraversa quattro punti chiave dell'orbita. Nei giorni degli equinozi, il sole a mezzogiorno si trova allo zenit sopra l'equatore e il giorno è uguale alla notte su tutto il pianeta. Nei giorni dei solstizi, il sole è allo zenit sopra uno dei tropici (latitudine 23,5°) e la differenza tra giorno e notte è massima. Queste quattro date sono i punti di riferimento di ogni esercizio sull'argomento, è utile conoscerle a memoria.
Altezza del sole sull'orizzonte in inverno e in estate
L'altezza del sole \(h\) è l'angolo tra il piano dell'orizzonte e la direzione del sole. È massima a mezzogiorno vero, quando il sole attraversa il meridiano celeste (nell'emisfero nord in quel momento si trova esattamente a sud).
In estate l'arco del sole passa alto sopra l'orizzonte: l'alba si sposta verso nord-est, il tramonto verso nord-ovest, il percorso del sole nel cielo è lungo. In inverno l'arco è basso e corto: l'alba è a sud-est, il tramonto a sud-ovest. Da qui deriva una relazione diretta alla stessa latitudine: più alto è il sole a mezzogiorno, più lungo è il giorno.
Altezza del sole sull'orizzonte: formula
L'altezza del sole a mezzogiorno si calcola tramite la latitudine geografica del luogo \(\varphi\):
- nei giorni degli equinozi (21 marzo e 23 settembre): \(h = 90° - \varphi\);
- nel giorno del solstizio d'estate (22 giugno): \(h = 90° - \varphi + 23,5°\);
- nel giorno del solstizio d'inverno (22 dicembre): \(h = 90° - \varphi - 23,5°\).
La forma generale della formula è: \(h = 90° - \varphi + \delta\), dove \(\delta\) è la declinazione del sole, la sua distanza angolare dall'equatore celeste. Durante l'anno la declinazione varia gradualmente da \(-23,5°\) (22 dicembre) a \(+23,5°\) (22 giugno), mentre negli equinozi è pari a \(0°\).
Due conseguenze utili. Se il calcolo dà \(h \le 0°\) — il sole a mezzogiorno non sale sopra l'orizzonte: a quella latitudine c'è la notte polare. Inoltre, la formula risolve il problema inverso: misurando l'altezza del sole a mezzogiorno, si può determinare la latitudine del luogo — \(\varphi = 90° - h + \delta\). È proprio così che i navigatori si sono orientati per secoli.
Come cambiano il giorno e l'altezza del sole muovendosi da nord a sud
Una domanda classica degli esercizi: cosa succede alla durata del giorno e all'altezza del sole se ci si sposta verso l'equatore?
Con l'altezza del sole è semplice: muovendosi verso sud (nell'emisfero nord) la latitudine diminuisce e, secondo la formula \(h = 90° - \varphi + \delta\), l'altezza a mezzogiorno aumenta in ogni stagione — il sole è sempre più alto dove si è più vicini all'equatore.
La durata del giorno, invece, si comporta in modo diverso. In inverno al sud il giorno è più lungo. In estate, al contrario, è più corto: alle alte latitudini il sole estivo descrive un arco molto lungo e quasi (o del tutto) non tramonta — fino al giorno polare. Pertanto, la risposta alla domanda "dove la durata del giorno è maggiore" dipende dalla stagione: in inverno — più vicino all'equatore, in estate — più vicino al polo.
| Ci spostiamo a sud, verso l'equatore | In inverno | In estate |
|---|---|---|
| Altezza del sole a mezzogiorno | aumenta ↑ | aumenta ↑ |
| Durata del giorno | aumenta ↑ | diminuisce ↓ |
Esempi di risoluzione di esercizi
Esempio 1. Calcolo dell'altezza del sole tramite formula (Mosca)
Esercizio: determina l'altezza del sole a mezzogiorno a Mosca (latitudine 56° N) nei giorni degli equinozi e dei solstizi.
Passaggio 1. Equinozi (21 marzo, 23 settembre): \(h = 90° - \varphi = 90° - 56° = 34°\).
Passaggio 2. Solstizio d'estate (22 giugno): \(h = 90° - 56° + 23,5° = 57,5°\).
Passaggio 3. Solstizio d'inverno (22 dicembre): \(h = 90° - 56° - 23,5° = 10,5°\).
Risposta: 34°, 57,5° e 10,5°. Nota l'escursione: in sei mesi il sole a mezzogiorno a Mosca "scende" di quasi 47° — esattamente il doppio dell'inclinazione dell'asse terrestre.
Esempio 2. Murmansk e Sochi a maggio: dove il giorno è più lungo?
Esercizio: il 12 maggio a Murmansk (69° N) l'altezza del sole è 39°, la durata del giorno 20 ore e 40 min; a Sochi (43° N) è 64° e 14 ore e 37 min. Spiega le differenze.
Passaggio 1. Confrontiamo le latitudini: Murmansk è molto più a nord di Sochi.
Passaggio 2. Altezza del sole: a Sochi la latitudine è minore, quindi il sole è più alto (64° contro 39°) — questo vale in ogni stagione.
Passaggio 3. Durata del giorno: maggio è quasi estate, e in estate il giorno è più lungo alle alte latitudini. Murmansk è vicino al circolo polare, lì si avvicina il giorno polare — 20 ore e 40 min contro 14 ore e 37 min a Sochi.
Conclusione: in estate "sole più alto" e "giorno più lungo" non sono la stessa cosa: il sole è più alto al sud, ma il giorno è più lungo al nord.
Esempio 3. Ordinare le città per durata del giorno il 22 dicembre
Esercizio: disponi Arcangelo (64° N), Mosca (56° N) e Sochi (43° N) in ordine di aumento della durata del giorno il 22 dicembre.
Passaggio 1. 22 dicembre — solstizio d'inverno: in inverno il giorno è tanto più lungo quanto più si è vicini all'equatore.
Passaggio 2. Ordiniamo le latitudini in ordine decrescente: Arcangelo (64°) → Mosca (56°) → Sochi (43°).
Passaggio 3. Quindi, il giorno aumenta nello stesso ordine: più corto ad Arcangelo, più lungo a Sochi.
Risposta: Arcangelo, Mosca, Sochi. Verifica con il buon senso: più a nord si è in inverno, più ci si avvicina alla notte polare.
Errori comuni
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Pensare che in estate il giorno sia sempre più lungo al sud — "perché fa più caldo".
All'interno dello stesso emisfero, in estate il giorno è più lungo alle ALTE latitudini, fino al giorno polare. A Murmansk il 22 giugno il sole non tramonta affatto, mentre a Sochi il giorno dura circa 15 ore. Il caldo al sud non dipende dalla durata del giorno, ma dall'altezza del sole: i suoi raggi cadono con un angolo più perpendicolare.
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Spiegare l'alternanza delle stagioni con il cambiamento della distanza tra Terra e Sole.
L'orbita terrestre è quasi circolare, e la Terra è più vicina al Sole all'inizio di gennaio — nel pieno dell'inverno dell'emisfero nord. La causa delle stagioni è l'inclinazione dell'asse terrestre di 23,5°, non la distanza.
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Confondere la direzione: "più a nord" e "latitudine maggiore" vengono gestiti separatamente.
Nell'emisfero nord "più a nord" = "latitudine maggiore", "più vicino all'equatore" = "latitudine minore". Prima di confrontare le città, scrivi le loro latitudini — metà degli errori sparirà da sola.
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Dimenticare il segno della declinazione nella formula: in inverno aggiungono 23,5° invece di sottrarli.
Ricorda i punti estremi: 22 giugno declinazione +23,5° (sole più alto), 22 dicembre −23,5° (più basso), negli equinozi 0°. Verifica la risposta con il buon senso: l'altezza invernale deve essere inferiore a quella primaverile.
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Pensare che il giorno polare sia il sole allo zenit sopra il polo.
Nel giorno polare il sole semplicemente non scende sotto l'orizzonte, ma cammina BASSO sopra di esso. Oltre i 23,5° di latitudine lo zenit è irraggiungibile in linea di principio: il sole è allo zenit solo tra i tropici.
Domande e risposte
Da cosa dipende la durata del giorno?
Dalla latitudine geografica del luogo e dal periodo dell'anno. La causa principale è l'inclinazione dell'asse terrestre di 23,5°: a causa di ciò, gli emisferi si inclinano alternativamente verso il Sole, cambiando la durata del giorno e l'altezza del sole durante l'anno. All'equatore il giorno dura sempre circa 12 ore, mentre più ci si sposta verso i poli, più forti sono le variazioni annuali.
Dove la durata del giorno è maggiore?
Dipende dalla stagione. In inverno il giorno è più lungo vicino all'equatore, in estate vicino al polo (fino al giorno polare oltre il circolo polare). Nei giorni degli equinozi, 21 marzo e 23 settembre, il giorno è ovunque circa 12 ore.
Come cambia l'altezza del sole in inverno?
L'altezza a mezzogiorno diminuisce dall'equinozio d'autunno al 22 dicembre e aumenta di nuovo verso la primavera. In inverno il sole è più basso rispetto all'estate di due volte l'inclinazione dell'asse — di 47°. Muovendosi verso sud il sole invernale sale più in alto: a febbraio a Murmansk l'altezza a mezzogiorno è di circa 8°, mentre a Sochi è di circa 34°.
Qual è la relazione tra latitudine e altezza del sole?
Maggiore è la latitudine (più si è lontani dall'equatore), più basso è il sole a mezzogiorno. La relazione esatta è data dalla formula h = 90° − φ + δ, dove φ è la latitudine e δ è la declinazione del sole. Pertanto, misurando l'altezza del sole si può calcolare la latitudine — un metodo usato da tempo dai navigatori.
Con quale formula si trova l'altezza del sole sull'orizzonte?
Nei giorni degli equinozi h = 90° − φ. Nei solstizi si aggiunge (estate) o si sottrae (inverno) l'inclinazione dell'asse di 23,5° al risultato. La formula universale è: h = 90° − φ + δ, dove la declinazione δ varia durante l'anno da −23,5° a +23,5°.
Cosa sono il giorno polare e la notte polare?
Sono periodi in cui il sole non scende sotto l'orizzonte per più di 24 ore (giorno polare) o non sorge (notte polare). Si osservano oltre i circoli polari — a latitudini superiori a 66,5°. Proprio al polo, sia il giorno che la notte durano quasi sei mesi ciascuno.
