da A10 » lun feb 07, 2011 10:58 am
In questo topic, come in molti altri su questo argomento, qui e in altri forum, si stanno dicendo cose inesatte, che evidenziano una sostanziale incomprensione del fenomeno di cui si sta parlando.
Provo a riportare alcuni appunti sull'argomento, sperando di chiarire le idee. Scusate per la lunghezza.
COME FUNZIONA UN ALTIMETRO
L?atmosfera è un fluido aeriforme, il cui stato fisico è determinato da tre variabili (?variabili di stato?, appunto): temperatura t, pressione p e volume V. Poiché il fluido non è confinato, al posto del volume si utilizza la densità, nella maggior parte delle equazioni.
I valori delle tre variabili determinano dunque lo stato del fluido di cui ci occupiamo; se vogliamo descrivere questo stato, la prima difficoltà nasce dal fatto che le tre variabili NON sono indipendenti, ma ciascuna influisce sulle altre: in particolare, variazioni di temperatura modificano la densità, quindi la massa ed in ultima analisi la pressione.
Per le applicazioni in montagna, siamo particolarmente interessati alla misura della pressione, perché le sue variazioni ci danno delle informazioni sull?evoluzione meteorologica e perché, attraverso la misura della pressione, ricaviamo informazioni sulla ALTITUDINE (quota sul livello del mare) a cui ci troviamo.
Infatti, la pressione diminuisce man mano che ci innalziamo, in quanto diminuisce lo spessore della colonna d?aria al di spora di noi: misurando differenze di pressione si stimano differenze di altitudine. Ma come diminuisce la pressione con la quota? Abbiamo visto che le tre variabili di stato non sono indipendenti, e possono variare tutte e tre simultaneamente: ciò impedisce di trovare una regola generale. Per permettere confronti tra situazioni diverse, è stata definita dall?ICAO (International Civil Aviation Organization) l?Atmosfera Standard Internazionale, così definita (cito da Wikipedia):
?Le caratteristiche dell'Atmosfera Standard Internazionale ICAO seguono un modello ideale dell'atmosfera media reale, considerata ad una latitudine di 45°:
?Aria secca (umidità relativa: 0%) e priva di impurità;
?Pressione atmosfericaal livello medio del mare: 1 atm = 101325 Pa = 1013.25 hPa;
?Temperatura al livello medio del mare: 15°C, ovvero 288.15 K in termini di Temperatura assoluta;
?Densità dell'aria al livello medio del mare: 1.225 kg/m³;
?Gradiente barico verticale: −1 hPa ogni 27 ft di altitudine. In realtà tale valore può assumersi valido solo fino a 3-4000 piedi, in quanto la variazione non segue una legge lineare;
?Gradiente termico verticale:
-6.5 °C ogni 1000 m di altitudine fino a 11000 m;
nullo da 11000 a 20000 m di altitudine;
irregolare oltre i 20000 m di altitudine.
Sulla base di questo, vengono stilate delle tabelle contenenti le caratteristiche dell'aria standard a diverse altezze.?
Quello che ci interessa è il GRADIENTE BARICO VERTICALE, cioè come varia la pressione al variare della quota: essa varia in funzione della densità dell?atmosfera, che dipende anche dalla TEMPERATURA. Sì, ma quanto varia la densità dell?aria (e quindi il gradiente barico) al variare della temperatura? Pochissimo. Infatti, negli strati di atmosfera che ci interessano (i primi chilometri), la temperatura può considerarsi praticamente costante (espressa come temperatura assoluta, varia di circa il 20%, mentre sulle stesse scale la pressione varia di ordini di grandezza): pertanto, possiamo tranquillamente affermare che in prima approssimazione, ed a tutti i fini pratici, A DETERMINARE L?ANDAMENTO DELLA DENSITA? DELL?ARIA LUNGO LA VERTICALE E? SOSTANZIALMENTE LA PRESSIONE (in termini più precisi, equivale a dire che ci poniamo nell?ipotesi di atmosfera isoterma nel considerare le variazioni di pressione con la quota). Ciò ci consente di utilizzare proprio la pressione come indicatore della quota su un livello di riferimento: è il principio di funzionamento di un ALTIMETRO, che non è altro che un BAROMETRO (misuratore di pressione atmosferica) TARATO IN METRI anziché in unità di misura della pressione.
Tutto ciò ESCLUDE QUALSIASI RILEVANTE EFFETTO DELLA DIFFERENZA DI TEMPERATURA DELLA COLONNA D?ARIA SUL FUNZIONAMENTO DI UN ALTIMETRO. La correzione per la temperatura dell?andamento della pressione con la quota introduce solo variazioni di un ordine di grandezza inferiore rispetto a quelle che stiamo considerando, e che sono del tutto ininfluenti rispetto alle caratteristiche di precisione ed accuratezza della misura che stiamo compiendo, alle scale che stiamo considerando (cioè, variazioni ESTREMAMENTE LOCALI delle variabili di stato). Pertanto, non è assolutamente influente sul funzionamento di un altimetro il fatto che l?atmosfera standard faccia riferimento ad una determinata temperatura al livello del mare.
COME SI USA UN ALTIMETRO IN MONTAGNA PER LA DETERMINAZIONE DELL?ALTITUDINE
Avendo chiarito come influiscono le variabili di stato sulla grandezza che vogliamo determinare, vediamo alcune semplici regole per utilizzare correttamente un altimetro nelle attività in montagna.
Nella nostra discussione, facciamo riferimento ad un altimetro con trasduttore a stato solido: sono quelli contenuti negli orologi (tipo CASIO serie Treck, per intenderci), che hanno sostituito quasi completamente gli altimetri a capsula aneroide (come i gloriosi Thommen, molto diffusi in passato, sicuramente validi seppure in proporzione più costosi e complicati da utilizzare). Teniamo presente che la sensibilità di chiarata di questi strumenti è di 5m: non potremo ottenere pertanto precisioni maggiori di questa quantità.
Quello che ci interessa è misurare VARIAZIONI DI ALTITUDINE: la prima cosa da fare è quindi TARARE L?ALTIMETRO SU UNA QUOTA NOTA. Ciò va fatto però con alcuni accorgimenti. Poiché il trasduttore di pressione è sensibile alla temperatura, è indispensabile indossare l?orologio con un certo anticipo, in modo che si stabilizzi sulla temperatura del nostro polso: solitamente 20/30 minuti sono indispensabili, soprattutto se ci troviamo in un ambiente freddo. Fatto ciò, tariamo la lettura di altitudine sulla quota del punto in cui ci troviamo: a questo scopo, è opportuno conoscere la quota di casa nostra con sufficiente accuratezza: si può ricavare da una carta tecnica, ad esempio, andando poi a correggere anche in funzione del piano a cui abitiamo. Se per esempio abitiamo al decimo piano di un palazzo di Sesto San Giovanni e nell?altimetro impostiamo 122 metri, perché sappiamo che è la quota di riferimento per Milano, partiamo già con più di 50 metri di errore!
Un altro errore comune è di tarare l?altimetro a casa ? anche correttamente ? e poi magari farsi 250 km di autostrada per andare alla base della gita e partire senza più rivedere la taratura: a queste distanze le differenze di pressione, a parità di quota, possono essere rilevanti: è indispensabile pertanto ri-tarare l?altimetro all?inizio della nostra escursione, su un punto di cui conosciamo l?altitudine esatta, magari perché scelto precedentemente. E? opportuno fare questa operazione in ogni caso, anche se le distanze percorse sono inferiori. A questo scopo è utile scegliere un punto facilmente identificabile: un ponte, per esempio, o edificio isolato quotato, o se siamo già sul sentiero una forcella o un passo: molto meglio questi che la generica quota del paese di partenza (se siamo in montagna, il paese sarà ?in pendenza?: la quota, generalmente, è quella del municipio o della base del campanile, non di dove noi iniziamo a camminare). Dopo che abbiamo impostato la quota di riferimento, è opportuno aspettare qualche minuto, fermi, in modo che la lettura si stabilizzi, e se la lettura oscilla ripetere l?impostazione.
Con questi accorgimenti, e con l?attenzione di verificare la lettura del nostro altimetro ogni volta che si raggiunge una quota nota con sufficiente precisione, le indicazioni fornite saranno sicuramente le più precise possibili; se l?escursione dura molte ore, o copre dislivelli importanti, può essere utile ripetere la taratura in un punto di quota nota, se la lettura è variata significativamente. Teniamo presente che, anche in condizioni di tempo stabile, la pressione ha una leggera fluttuazione diurna, abbassandosi nelle ore più calde della giornata rispetto ai valori del primo mattino: ciò comporta una sottostima delle letture di altitudine nel corso della giornata, dell?ordine di una decina di metri.
Ad esempio, ieri (giornata particolarmente stabile in regime di alta pressione), in una gita di 5 ore con dislivello di 700/800 metri, la lettura al termine della gita di una quota nota impostata alla partenza differiva di soli 5 metri, all?interno pertanto della precisione strumentale. In situazioni meno fortunate si può avere una differenza di qualche decina di metri, così da poter sempre utilizzare l?altimetro come ausilio nel determinare la nostra posizione o stimare i tempi di percorrenza di un itinerario.
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A10 il lun feb 07, 2011 11:21 am, modificato 1 volta in totale.