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Innovazione ed ambiente

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Oggigiorno sentiamo in continuazione parlare dei cambiamenti climatici, del riscaldamento globale e di associazioni in lotta contro il consumo dei carburanti fossili e di tutto ciò che comporta l’inquinamento.

Iniziamo con il parlare dei cambiamenti climatici: Molti dei parametri che influenzano il clima sono in lento,ma continuo mutamento tanto che il clima di per sé, non è mai sempre statico, ma è sempre alla ricerca di un nuovo equilibrio all’interno del sistema climatico.
Negli ultimi 150 anni però , la comunità scientifica ha iniziato ad accostare il termine cambiamento con la parola clima, riferendosi non più a cambiamenti climatici naturali, ma dovuti alle azioni di antropizzazione dell’uomo. In particolare secondo l’Intergovernmental Panel on ClimateChange, “Oggi il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile, e, dal 1950, molti dei cambiamenti osservati sono senza precedenti. L’atmosfera e gli oceani si sono riscaldati, la massa di neve e ghiaccio è diminuita, il livello del mare è aumentato, e soprattutto sono aumentate le concentrazioni di gas ad effetto serra”. Per questo il cambiamento climatico rappresenta una delle maggiori sfide che l’umanità dovrà affrontare nei prossimi anni. I rischi per il pianeta e per le generazioni future sono enormi, e ci obbligano ad intervenire con urgenza.

Effetto serra: La Terra come tutti sappiamo è circondata dall’atmosfera, uno strato di gas molto sottile, ma estremamente attivo. Esso è trasparente alla radiazione proveniente dal sole e opaca alla radiazione emessa dalla superficie della Terra. Quindi gran parte della radiazione emessa dalla superficie della Terra viene catturata dall’atmosfera e di nuovo emessa in tutte le direzioni, in parte anche verso la superficie della Terra. Ciò spinge più in alto l’equilibrio tra energia entrante ed uscente e aumenta la temperatura del pianeta. L’effetto serra è dunque un effetto naturale ed estremamente importante: grazie ad esso la temperatura media della Terra ha il valore attuale di circa dieci gradi sopra zero. È un particolare decisivo: a venti gradi sotto zero come sulla Luna, che è priva di atmosfera, non si avrebbe acqua liquida sul pianeta, ma solo ghiaccio. Gli oceani, i fiumi, la vita, così come noi la conosciamo, devono quindi la loro possibilità di esistenza all’effetto serra.

Ma allora come mai oggi l’effetto serra risulta essere un problema? Il problema sta nell’aumento dei gas responsabili dell’effetto dovuto alle varie attività umane, in primo luogo troviamo l’anidride carbonica (CO2). A causa dell’uso di combustibili fossili, la concentrazione di andride carbonica è passata negli ultimi 50 anni da un livello di 310 parti per milioni in volume (ppmv) a 380 ppmv. Questo livello è il più alto degli ultimi 440.000 anni e l’aumento risulta essere drastico per molti esseri viventi nella Terra.

Il problema e le conseguenze: L’aumento delle concentrazioni di gas serra in atmosfera, come abbiamo visto, è la maggiore causa dell’intensificazione dei fenomeni legati al così detto cambiamento climatico che hanno enormi conseguenze sul pianeta e sulla nostra vita. Questi fenomeni si possono riassumere attraverso alcuni dati facilmente misurabili.
Eccoli: 1) aumento della temperatura del pianeta: dal 1861 ad oggi la temperatura media della Terra è aumentata di 0.6°C e di quasi 1°C nella sola Europa. Gli scienziati prevedono per i prossimi decenni un ulteriore aumento della temperatura tra 1,4 e 5,8°C.
2) aumento nella frequenza e nell’intensità di eventi climatici estremi: non ci sono ancora dati scientifici dimostrabili sul lungo periodo, ma pare che una conseguenza dei cambiamenti climatici possa essere l’aumento di eventi catastrofici. Potrebbero verificarsi lunghi periodi di siccità, piogge improvvise e di straordinaria intensità, alluvioni, ondate di caldo e di freddo eccessivo. I cicloni tropicali potrebbero essere potenziati dall’aumento delle piogge violente, dei venti e del livello del mare. Molti di questi fenomeni eccezionali stanno diventando ordinari, almeno negli ultimi 10 anni
3)aumento del rischio di desertificazione: un quarto della superficie terrestre è a rischio desertificazione e già oggi l’inaridimento riguarda circa il 47 per cento delle terre emerse, caratterizzate da carenza di piogge e da alte temperature. La regione più interessata è l’Africa, con il 73 per cento delle terre coltivate che subiscono degrado e desertificazione, ma altre aree in Asia, America Latina e nord del Mediterraneo sono degradate o minacciate. Neanche alcune zone di Paesi sviluppati, come Stati Uniti e Russia, sfuggono all’avanzata del deserto
4)diminuzione dei ghiacciai e delle nevi perenni: fin dal 1980, il significativo aumento della temperatura terrestre ha portato alla recessione dei ghiacciai sempre più rapida e onnipresente, in modo così forte che alcuni ghiacciai sono scomparsi completamente, e l’esistenza nel mondo di un gran numero di quelli rimasti è minacciata, tanto che oggi quasi 9 ghiacciai su 10 si stanno sciogliendo. In regioni come le Ande nel Sud America e l’Himalaya in Asia, la scomparsa dei ghiacciai avrà un potenziale impatto sulle risorse idriche. Il ritiro dei ghiacciai montani, particolarmente nel Nord America occidentale, Asia, Alpi, Indonesia e Africa, e nelle regioni tropicali e subtropicali del Sud America, è stato utilizzato per fornire prove qualitative in merito all’aumento delle temperature globali fin dal XIX secolo
5) crescita del livello del mare: il sostanziale ritiro attuale e l’accelerazione del tasso di recessione dal 1995 di un certo numero di ghiacciai possono prefigurare l’innalzamento del livello marino, producendo un effetto potenzialmente drammatico sulle regioni costiere di tutto il mondo. Negli ultimi 100 anni il livello del mare è aumentato di 10-25 cm e sembra che possa aumentare di altri 88 cm entro il 2100.
6) perdita di biodiversità: molte specie animali non saranno in grado di adattarsi a questi rapidi cambiamenti climatici. Gli studiosi, infatti, hanno stabilito che gli ecosistemi sono in grado di adattarsi solo a cambiamenti pari a 1°C in un secolo. Tra gli animali più a rischio troviamo gli orsi polari, le foche, i trichechi e i pinguini
7)diffusione delle malattie: sembra che il cambiamento climatico possa favorire la diffusione di malattie tropicali come la malaria e la dengue. Infatti, le zanzare che portano queste malattie, si stanno spostando verso nord, dove la temperatura è in aumento. Inoltre, l’aumento di temperatura favorisce l’inquinamento biologico delle acque, facendo proliferare organismi infestanti.
Greenpeace:Con circa tre milioni di sostenitori in tutto il mondo, Greenpeace è uno dei più grandi movimenti ambientalisti del mondo. Greenpeace si ispira ai principi della nonviolenza; è indipendente da qualsiasi partito politico; non accetta aiuti economici né da governi né da società private e si finanzia esclusivamente con il contributo di singoli individui che ne condividono gli ideali e la missione.
Infine anche a parere personale bisogna cercare di cambiare la mentalità moderna indirizzandola nel progresso tecnologico rivolto verso l’uso di energie rinnovabili con lo scopo di difendere l’ambiente visto che ci viviamo ed è casa nostra. Il problema più grande è riuscire a eliminare le grandi multinazionali che sfruttano i carburanti fossili per enormi guadagni giornalieri. Quindi oltre a investire enormi capitali sulle ricerche militari sarebbe meglio investirli nelle energie rinnovabili per preservare tutti gli esseri viventi sulla Terra compreso noi stessi.

A Foligno si avvicina l’appuntamento con i vertici del Cnr

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Pierluigi Mingarelli: “Ricerca e scienza devono essere alla base di ogni decisione politica e amministrativa nella prevenzione e nella tutela del territorio.

L’incontro con il Centro nazionale delle Ricerche sul tema ‘Terremoti e altri rischi naturali: la scienza per un futuro migliore’ è importante per due motivi: innanzitutto perché è la prima volta che il Cnr fosse presente in una realtà locale con tanti autorevoli rappresentanti; il secondo perché, attraverso le ricerche e gli studi che conduce, mostra di essere vicino alle popolazioni che sono esposte a rischi naturali, ed in particolare a quelle che da agosto allo scorso gennaio hanno dovuto fare i conti con il sisma”. A parlare è il direttore del Laboratorio di Scienze Sperimentali di Foligno, Pierluigi Mingarelli, che, nell’ambito delle anteprime della settima edizione di Festa di Scienza e Filosofia, ha promosso un incontro dedicato a cittadini ed istituzioni, perché imparino a vivere e convivere con le calamità naturali. “La ricerca e la scienza – ha proseguito Pierluigi Mingarelli – devono essere alla base di ogni decisione politica ed amministrativa, in particolare per quello che riguarda la prevenzione dei rischi e la tutela e difesa del territorio”. Per il direttore del Laboratorio folignate, infatti, la conoscenza scientifica può, in quest’ottica, “permettere di costruire città e preservare borghi e paesi secondo metodologie che garantiscono alti livelli di sicurezza di fronte a rischi naturali che non sono né prevedibili né tantomeno eliminabili”. “Credo che la città di Foligno e l’intera Umbria, così come le regioni limitrofe – ha dichiarato – debbano essere grate al Cnr ed al presidente Massimo Inguscio per la sensibilità e la disponibilità mostrati nell’incontrare le comunità locali per illustrare ricerche e motivazioni capaci di assicurare un futuro ai nostri territori, costituendone le premesse. La messa in sicurezza dei nostri comuni – ha quindi concluso – può costituire di per sé un’occasione qualificata di sviluppo, perché così facendo ciascuno di noi diventa consapevole di come l’utilizzo di tecnologie avanzate sia necessario tanto in situazioni di rischio quanto in situazioni di normalità”. L’appuntamento, dunque, è per venerdì 10 marzo alle 17.30 nella Sala Rossa di palazzo Trinci, a Foligno. Un’occasione di incontro e confronto con esperti per allontanare le paure che le calamità naturali generano nell’uomo e aiutarlo a vivere serenamente.

Problema n.4, Festa di Scienza e Filosofia.

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Per il quarto problema del festival della scienza e della filosofia, il professor Piergiorgio Odiffredi ci pone un problema di geometria. Il suo quesito riguarda il teorema di Pitagora, nello specifico ci chiede cosa sarebbe successo se Pitagora, invece che dei quadrati, avesse costruito altre figure piane sui cateti e ssull’ipotenusa di un triangolo rettangolo.

Possiamo arrivare alla soluzione attraverso un esempio:
disegnamo un triangolo rettangolo al centro e vi costruiamo esagoni regolari sui lati.

A questo punto possiamo verificare se la somma delle aree degli esagoni costruiti sui cateti sia uguale all’area dell’esagono costruito sull’ipotenusa.
Area esagono: P*a. (semiperimetro*apotema)
Apotema=√3/2 del lato, poichè altezza di un triangolo equilatero.
Esagono costruito su A: PA*aA=3A*(√3/2)A=[(3√3)/2]A^2
Alla stessa maniera troviamo l’esagono costruito su B=[(3√3)/2]B^2
AA+AB= [(3√3)/2] (A^2+B^2).
Avendo raccolto [(3√3)/2] si nota che torna fuori il teorema di Pitagora: (A^2+B^2).
Di conseguenza la somma delle due aree è uguale a: [(3√3)/2]C^2=3C*(√3/2)C=PC*aC
Ovviamente il discorso è valido per tutte le altre figure piane e di conseguenza abbiamo dimostrato che qualsiasi figura piana si costruista sull’ipotenusa di un triangolo rettangolo sarà uguale alla somma delle stesse figure piane costruite sui cateti.

Teorema di Pitagora

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L’enunciato del Teorema di Pitagora afferma che il quadrato costruito sull’ipotenusa di un triangolo rettangolo è equivalente alla somma dei quadrati costruiti sui cateti.

AreaQ1+areaQ2=areaQ
Perciò:
c^2+C^2=i^2
AC=4
BC=3
AC=5
3^2+4^2=5^2
9+16=25
25=25
Il Teorema di Pitagora ammette delle dimostrazioni alternative, infatti possiamo sostituire i quadrati con altre figure, affinché queste siano simili, cioè stessa forma, angoli uguali e lati proporzionali. Perciò la somma delle aree delle figure costruite sui cateti di un triangolo rettangolo è uguale all’area della figura costruita sull’ipotenusa.

Teorema di Pitagora

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Lunule
Un caso interessante è quando le figure simili sono semicerchi. Vedremo che la somma dei semicerchi sui cateti è uguale al semicerchio sull’ipotenusa.
Se ora ribaltiamo quest’ultimo, e togliamo sia al semicerchio grande che ai due piccoli le parti rosse in comune, le figure che restano, cioè il triangolo e le due figure gialle a forma di luna (che si chiamano lunule, dal latino lunulae, piccole lune), avranno area uguale.
Se poi il triangolo è isoscele, una lunula è uguale a mezzo triangolo. Questo è il primo caso storicamente accertato (la dimostrazione è attribuita a Ippocrate di Chio) in cui si è dimostrato che una figura rettilinea (il triangolo) è uguale a una curvilinea (la lunula).

Problema n 4: Il teorema di Pitagora vale solo per i quadrati oppure anche con altre figure?

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Ovviamente, il teorema non vale solamente per le figure quadrate , ma per qualsiasi triade di poligoni, basta che i due costruiti sui cateti siano simili a quello sull’ipotenusa. In sostanza: “In ogni triangolo rettangolo, l’area di un qualunque poligono, anche curvilineo, costruito sull’ipotenusa è uguale alla somma delle aree dei poligoni, simili a quello costruito sull’ipotenusa, costruiti sui cateti”.
Teorema applicato agli esagoni regolari
Come si può notare dalla figura, sui cateti CA e BC sono stati costruiti 2 esagoni regolari (1 e 2), mentre sull’ipotenusa BC è stato costruito l’esagono n 3. Come ben sappiamo, l’apotema di un esagono regolare è uguale alla metà della radice quadrata di 3 (spesso approssimata a 0,866) . Inoltre possiamo affermare che l’area dell’esagono sia uguale al suo semiperimetro moltiplicato per l’apotema. Da qui possiamo affermare che A_1=(3√3)/2 〖CA〗^2 , A_2=(3√3)/2 〖AB〗^2 e A_3=(3√3)/2 〖BC〗^2. Ma, dal teorema di Pitagora, sappiamo anche che 〖AB〗^2+〖CA〗^2=〖BC〗^2. Di conseguenza possiamo dimostrare che l’area dei due esagoni costruiti sui cateti è uguale all’area dell’esagono costruito sull’ipotenusa.

Teorema applicato alle semicirconferenze

Il teorema può anche essere applicato alle circonferenze costruite sui cateti e sull’ipotenusa. In questo chiamiamo i cateti AB e BC (2a e 2b) e l’ipotenusa CA (2c). Da qui: A_(a=) π/2(〖AB/2)〗^2, A_(b=) π/2(〖BC/2)〗^2 e A_(c=) π/2(〖CA/2)〗^2. Di conseguenza : A_a=(πa^2)/8, A_b=(πb^2)/8 e A_c=(πc^2)/8. Quindi possiamo affermare che Aa +Ab è uguale all’area della semicirconferenza costruita sull’ipotenusa.

Attività n4: Teorema di Pitagora con il prof. Piergiorgio Odiffredi

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Nell’enunciato del teorema di Pitagora, i quadrati possono essere sostituiti da altre figure, come ad esempio triangoli, esagoni, o anche figure irregolari, purché simili tra loro.
Le figure simili sono quelle che differiscono solo per grandezza, ma non per forma.

Lo stesso risultato vale anche per un parallelogramma non rettangolo.
Consideriamo il parallelogramma ABCD. Per il teorema di Pitagora applicato al triangolo rettangolo BED, il quadrato della diagonale BD è uguale alla somma dei quadrati di ED e di BE, colorati in verde e giallo. Analogamente, il quadrato della diagonale AC è uguale al quadrato rosso più quello multicolore. La somma delle aree dei quadrati delle diagonali è allora uguale a quella delle aree dei quattro quadrati disegnati nella prima figura.
In un parallelogramma la somma delle aree dei quadrati delle diagonali è uguale alla somma delle aree dei quadrati dei quattro lati.

Teorema di Pitagora

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Il teorema di Pitagora dice che la somma dell’area dei quadrati costruiti sui due cateti è uguale all’area del quadrato costruito sull’ipotenusa, ma se invece di usare i quadrati si usasse un’altra figura regolare, come ad esempio l’esagono, il teorema funzionerebbe lo stesso?
Si possono analizzare queste figure
TRIANGOLI EQUILATERI
POLIGONI REGOLARI
SEMICERCHI
1 la formula per calcolare l’altezza di un triangolo equilatero è: h=√(l^2-l^2/4)=√((〖4l〗^2-l^2)/4)=√((3l^2)/4)=l*√3/2
Poi bisogna calcolare l’area: A=(l*l*√3/2)/2=(l^2*√3)/4
Se si sostituisce l con la misura dei lati del triangolo e poi si calcola l’area si può vedere che la somma dei dell’area dei cateti è uguale all’ area del triangolo sull’ipotenusa.

2 Per i poligoni regolari si può usare lo stesso principio dei triangolo equilatero infatti qualsiasi poligono regolare, tranne il quadrato, è composto da vari triangolo equilateri messi insieme come ad esempio l’esagono è composto da 6 triangoli equilateri.
Quindi basta moltiplicare l’area di un triangolo equilatero per il numero dei lati del poligono per trovare la sua area quindi il teorema di Pitagora si può fare con qualsiasi tipo di poligono regolare.
3 il teorema di Pitagora si può applicare anche usando i semicerchi, infatti questi usano lo stesso principio di uguaglianza che hanno i triangoli equilateri.

(πb^2)/8+(πc^2)/8=(πa^2)/8

Quindi per concludere, il teorema di Pitagora può essere risolto con qualsiasi tipo di figura regolare.

Applicazione teorema di Pitagora

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Il Teorema di Pitagora non vale solo se costruiamo dei quadrati sul triangolo rettangolo, ma anche se costruiamo altri poligoni regolari.
Nella dimostrazione infatti,se al posto di costruire i quadrati sui cateti e sull’ipotenusa,costruiamo altri poligoni regolari,otteniamo lo stesso risultato.

DIMOSTRAZIONE CON L’ESAGONO
L’area dell’esagono regolare con lato uguale all’ipotenusa del triangolo rettangolo è uguale alla somma delle aree degli esagoni regolari con lato uguale al cateto minore e al cateto maggiore del triangolo rettangolo. Come noi sappiamo l’area dell’esagono si trova moltiplicando l’apotema per il perimetro, ma come facciamo a trovare l’apotema?
Possiamo nuovamente utilizzare il teorema di Pitagora: possiamo dividere l’esagono in sei triangoli equilateri. Scegliamone uno: l’apotema è uguale all’altezza di questo triangolo equilatero, e lo divide in due triangoli rettangoli su cui possiamo applicare il teorema di Pitagora.
Una volta trovata l’altezza, con qualche calcolo per verificare il teorema, si può dimostrare infine, che: l’area dell’esagono costruito sull’ipotenusa è uguale alla somma delle aree dei due esagoni costruiti sui due cateti del triangolo rettangolo di partenza.

Dati:
-esagono 1=A -apotema di A: √5/2 a
-esagono 2=B -apotema di B: √3/2 b
-esagono 2=C -apotema di C: √5/2 c
Svolgimento calcoli:
Esagono A: perimetro A x area A = 3a x √3/2 a = 3√3/2 a2
Esagono B: perimetro B x area B = 3b x √3/2 b = 3√3/2 b2
Esagono A + Esagono B = 3√3/2 x (a2 x b2) = 3√3/2 x c2 = 3c x √3/2 c = perimetro C x area C = Esagono C

DIMOSTRAZIONE CON IL TRIANGOLO EQUILATERO

Come già affermato il teorema vale anche per gli altri poligoni regolari, incluso il triangolo equilatero.

Provando a disegnare un triangolo equilatero sull’ipotenusa e due triangoli equilateri sui due cateti del triangolo rettangolo di partenza, svolgendo qualche calcolo come valeva in precedenza per l’esagono, si può dimostrare che: La somma delle aree dei due triangoli equilateri costruiti sui cateti è uguale all’area del triangolo costruito sull’ipotenusa.

APPLICAZIONE DEL TEOREMA DI PITAGORA CON POLIGONI DIFFERENTI NEI CATETI.
Se iscriviamo in un cerchio un pentagono equilatero, il quadrato del lato del pentagono è uguale alla somma dei quadrati dei lati dell’esagono e del decagono regolari, purchè iscritti nel medesimo cerchio.
Al Teorema di Euclide, date le lunghezze dei lati dei poligoni regolari, possiamo applicare il Teorema di Pitagora.
E quindi, considerato che il cerchio in cui sono iscritti i poligoni ha un raggio unitario, le formule per trovare i lati del pentagono dell’esagono e del decagono sono le seguenti:

E quindi applicando il Teorema di Pitagora:

Quindi dato che la somma dei quadrati dei lati dell’esagono e del decagono dà il quadrato del lato del pentagono, ne consegue che il lato del pentagono è ipotenusa di un triangolo rettangolo i cui cateti sono i lati
Dell’esagono e del decagono.

Attività n.6: Superconduttività con il Prof. Andrey Varlamov

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Sesta settimana di lavoro per i nostri Ambasciatori! Oggi parliamo di fisica con il Prof. Andrey Varlamov, scienziato nel campo della teoria della superconduttività.

Il Prof. Varlamov ci mette alla prova con tre temi legati alla fisica, interessanti soprattutto per la loro applicazione pratica nella vita di tutti i giorni.

  1. Superconduttività; scopriamo cos’è e perché è così importante. Quali sono i meccanismi di conducibilità elettrica nei metalli?
  2. La fisica in cucina; cosa rende, dal punto di vista fisco, buona una pizza o un caffè?
  3. Fisica nello sci; quali sono i segreti che permettono ad un atleta di essere più veloce dell’altro in uno slalom?

Approfondimenti utili: Magico caleidoscopio della Fisica

Chiediamo agli Ambasciatori di esprimere il proprio punto di vista sui 3 quesiti proposti dal Prof. Varlamov, con un elaborato scritto in forma di tema, saggio o articolo di max 2 pagine (formato Word/LibreOffice).

Il testo deve essere corredato da un’immagine rappresentativa del tuo elaborato di almeno 1000px di larghezza in formato jpg o png.

L’elaborato va inviato per email all’indirizzo ambasciatori@labscienze.org entro domenica 26 febbraio.