La Fisica Quotidiana: “cose comuni, in certo modo vili…”

Galileo, che pure seppe affrontare i misteri del cielo, amava invitare a:

osservar gli effetti della natura che, quantunque appariscono minimi e di nessun conto, non devono mai dal filosofo disprezzarsi, perché le operazioni di natura sono tutte in pari grado degne di maraviglia, e perché anco da cose comuni, direi in certo modo vili, si possono trarre notizie molto curiose e nuove, e bene spesso remote da ogni immaginazione”

In questo articolo Vogliamo seguire l’invito di Galileo sforzandoci d interpretare fenomeni ordinari, “in certo modo vili”, in termini di principi fisici fondamentali.

Il getto d’acqua che si assottiglia

Se osserviamo il getto d’acqua che cade dal rubinetto della cucina notiamo che il diametro del getto si assottiglia man mano che cade nel lavello (Fig. 1). Quale forza lo fa restringere? Non c’è nessuna forza! Si tratta invece di una conseguenza del principio fisico di conservazione della massa.

getto d'acqua

L’acqua è incomprimibile, quindi in ogni secondo il volume (ovvero la massa) d’acqua che passa attraverso la sezione S1 deve essere uguale a quella che passa nella sezione S2. Poiché la velocità di caduta dell’acqua aumenta (in virtù della legge di caduta dei gravi) se l’area della sezioni non diminuisse passerebbe sempre più acqua attraverso sezioni successive del getto, cioè la massa d’acqua che passa attraverso le sezioni aumenterebbe, il che è inammissibile in base al suddetto principio di conservazione della massa.

Purtroppo spesso gli interventi dell’uomo sul territorio non tengono conto di questo principio fisico e le conseguenze sono catastrofiche. Se si interviene maldestramente sulla morfologia dell’alveo naturale di un corso d’acqua, per esempio costruendovi manufatti, o intubando l’acqua nelle aree urbane, succede che l’area della sezione dell’alveo si restringe e siccome la massa d’acqua che passa deve essere sempre la stessa, deve necessariamente aumentare la sua velocità. Più velocità significa più energia cinetica e quindi più forza dirompente. Un tragico esempio è stato l’allagamento di Genova nel 2014 (Fig. 2).

l’allagamento di Genova nel 2014

La padella di Fermi

Si dice che il grande fisico Enrico Fermi durante un esame abbia fatto ad uno studente la seguente domanda: “la temperatura di ebollizione dell’olio d’oliva è più alta della temperatura di fusione dello Stagno. Spieghi lo studente come è possibile friggere del cibo in una padella dal fondo di Rame stagnato”.

Non sappiamo quale sia stata la risposta dello studente ma essa è molto semplice: quando il cibo frigge non è l’olio a bollire, ma l’acqua presente nel cibo, e ovviamente la temperatura di ebollizione dell’acqua è inferiore a quella di fusione dello Stagno (Fig. 3).

frittura

Non leccate la vaschetta del ghiaccio!

Avete mai provato a prendere in mano la vaschetta del ghiaccio del congelatore? Se si, avrete notato che le dita tendono a restarvi attaccate. Non provate mai a leccarla la vaschetta, sarebbe un’esperienza molto dolorosa!! Restiamo dunque alle sole dita. Queste sono sempre un po’ umide. Se toccate i bordi della vaschetta, l’umidità congelerà immediatamente e la pressione delle dita farà sì che l’umidità congelata si saldi allo strato di cristalli di ghiaccio presenti sulla vaschetta.

In realtà il fenomeno era molto marcato con le vaschette vintage in alluminio (Fig. 4), metallo che ha una particolare propensione a ricoprirsi di uno strato cristallino molto compatto e aderente al metallo.  Non a caso per separare i cubetti bisognava passarle per qualche minuto sotto l’acqua o, se si era impazienti, prenderle a martellate ! Dopo sono arrivate quelle di plastica rigida (Fig. 5). Una leggera rotazione della vaschetta e i cubetti o le palline saltavano, quasi sempre, fuori. Ma ruota oggi e ruota domani, prima o poi si spezzavano, stressate anche dalla continua escursione termica.

vaschette del ghiaccio

L’avvento di quelle in silicone (Fig. 6) è stato “rivoluzionario”. Gli scomparti delle vaschette hanno potuto assumere le forme più bizzarre: animali, pesci, fiori, frutti, numeri, lettere dell’alfabeto, ecc. Ed estrare il ghiaccio è diventato un gioco da ragazzi: una leggera pressione con il pollice e la piccola “scultura” gelata è pronta per essere usata.

Il colore della sabbia

Le sciabordio delle onde che si infrangono sulla riva del mare è un bellissimo spettacolo naturale. L’acqua avanza sulla riva e si ritrae lasciando la sabbia bagnata che appare nettamente più scura della sabbia asciutta (Fig. 7).

Perché? 

Facciamo riferimento alla Fig. 8. Un raggio di luce incidente sulla sabbia asciutta viene diffuso dai granelli di sabbia in varie direzioni tra i granelli (diffusione secondaria) ma in parte riemerge rapidamente dalla superficie della sabbia (diffusione primaria).

sabbia

La sabbia appare nella sua tipica colorazione giallognola (escludiamo quella sabbia di per se scura a causa dell’alta quantità di Silice e Ferro). Quando gli interstizi tra i granelli di sabbia sono riempiti d’acqua gli angoli di diffusione della luce sono molto più piccoli determinando un notevole numero di riflessioni tra i granelli di sabbia. Questo comporta che la luce prima di riemergere deve fare un percorso più lungo con la conseguenza che viene maggiormente assorbita dalla sabbia e la quantità che riemerge e sensibilmente inferiore a quella del caso sabbia asciutta. Ne consegue che la sabbia apparirà meno luminosa, più scura.

La ricerca delle cause…

Ci siamo posti delle domande e abbiamo cercato le cause di fenomeni della vita quotidiana che per lo più passano inosservati e quindi abbiamo formulato delle risposte. Vogliamo concludere con una riflessione del grande fisico Max Planck.

“La legge causale è un principio euristico, una guida, la guida più preziosa che noi possediamo se vogliamo orientarci nel groviglio degli eventi e conoscere la direzione in cui deve procedere la ricerca scientifica per giungere a risultati fecondi. Come la legge causale afferra subito la fresca anima del bambino che gli pone in bocca l’instancabile domanda “perché”, così essa accompagna lo scienziato per tutta la vita e gli pone incessantemente nuovi problemi.

Max Planck
Max Planck (1858-1947)

(Bibliografia: il diavoletto di Maxwell – edizioni Dedalo)

Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.

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