fisica

La sottile differenza tra la sabbia e il mare

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Il Nostromo osservò quietamente il terzo Sole che sorgeva all’orizzonte, talmente piccolo e distante da poter essere fissato ad occhio nudo. La corona di nana bruna appena visibile nell’aria tesa dell’atmosfera. Gradualmente la sua ombra, proiettata sul cemento delle mura cittadine per l’effetto della possente fornace galattica nota come Alpha Centauri A, o Rigil Kentaurus, diventò più tenue, quindi sparì del tutto. “Come l’ultima traccia d’acqua su questo pianeta rinsecchito…” Sussurrò tra se e se. Di questi tempi difficili, mentre i messaggi dalla Terra diventavano sempre più rari, era più facile pensare al passato. Quando gli enormi depuratori trasportati durante la Migrazione funzionavano a pieno regime, prima che l’umanità smettesse di bere. Il vento delle grandi distese sabbiose soffiava senza sosta, minacciando di strappargli via l’ornato tricorno color del bronzo. Con un sospiro lungo all’incirca 4 secondi, lui premette la manopola sul casco, attivando il riconvertitore d’idrogeno a materia oscura. Mentre il suo corpo acquisiva idratazione dall’aria, secondo una prassi che da questa parte diventava comune all’età di un anno, fece un passo in avanti sul molo d’acciaio cromato, presso cui era attraccato il suo vascello di viaggiatore certificato, lo yacht 22-466, Elderleaf. La porta automatica sul ponte anteriore si aprì scivolando verso l’alto, mentre già il padrone di casa si sedeva ai comandi. Con gesto fluido, premette il tasto contrassegnato come “Pompa fluidizzante” in ideogrammi galattici, mentre con l’altra mano si allacciava la cintura di sicurezza. Appena in tempo: la nave ebbe come un sussultò, quindi con un boato roboante sprofondò per circa tre metri nella sabbia. Il contraccolpo fece quasi cadere a terra la bottiglia di rum sul tavolo in fondo al ponte di comando. Il Nostromo imprecò. “Computer, annotazione: acquistare un nuovo solenoide gravitazionale.” Ma a quel punto, il peggio era già passato. Come già migliaia di volte in passato, la sua nave aveva trasformato la sabbia del deserto in un liquido non newtoniano, iniziando, essenzialmente, ad immergersi fino alla linea di galleggiamento. L’Elderleaf stava fluttuando nella sabbia del deserto. Il senso di libertà spazzò istantaneamente via la sua cupezza residua. Abbassando la leva con il pomello a forma di teschio, dispiegò la vela maestra. L’àncora si smaterializzò automaticamente e il vascello salpò via, verso le più vicine caverne di quarziti luminescenti.
È possibile navigare su un solido? Si può annullare la distinzione tra gli stati della materia? Cosa c’è nella sabbia che la rende diversa, in linea di principio, da qualsiasi altro tipo di sostanza in grado di sostenere il peso di un essere umano (o nave)? In termini semplici e diretti, potremmo affermare che si tratti del suo essere composto da una matrice di particelle interdipendenti, coese unicamente per l’effetto della forza di gravità. Ma niente è assoluto in questo universo, neppure tale forza fisica da noi soltanto parzialmente compresa. Così che uno stato di caduta libera mantenuto nel tempo, come ben sanno gli astronauti di stanza sull’ISS, può cancellare il concetto stesso di “peso”. Oppure può farlo, in maniera molto più immediata, un fluido sparato con sufficiente pressione, tale da disgregare lo stato d’equilibrio latente delle cose. È un esperimento scientifico adatto all’aula di scuola, questo, ma anche un qualcosa che trova diretta applicazione in diversi campi industriali. Trae l’origine da uno strumento dal nome di letto fluidizzato, composto da una serie di elementi codificati per la prima volta nel 1922 da Fritz Winkler, chimico tedesco, che si era proposto di impiegarlo durante la gassificazione del carbone. Un campo, quello della preparazione dei carburanti, in cui trova ancora un vasto impiego, vista l’efficacia dimostrata a margine del processo di cracking, che consiste nella separazione delle macromolecole organiche in cherogeni ed idrocarburi, gli ingredienti primari della benzina. Per non parlare del suo impiego improtante in metallurgia, altro settore primario della moderna società industriale. Tutto inizia con un compressore ad aria…

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La prova del bambino che sparisce nel vetro

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Molto può essere detto in merito alla psicologia di una persona che vorrebbe sparire nel nulla. Ma ancora più è possibile discutere di colui che, una volta scoperto il segreto dell’invisibilità, pensa immediatamente a provarlo sui suoi due figli. Egli potrebbe voler rapinare il caveau di una banca, ma anche avere intenzioni del tutto benefiche, come allestire una ricostruzione fisica del mantello magico di Harry Potter. Vorrà mai vederli comparire di nuovo? O forse si tratta semplicemente di una ricerca (stipendiata) per il suo dipartimento di fisica all’università. Davvero: non è una mera perdita di tempo. Ma quanto di più vicino sia stato mai creato al sogno ancestrale di passare inosservati, perché inosservabili, e non soltanto in funzione di una personalità grigiastra e priva di tratti caratteriali degni di nota. Così semplice, nel suo metodo di funzionamento, da poter essere implementata persino da una coppia di bambini di 15 e 6 anni di età. Ma forse l’errore principale è discutere di questo insolito fatto al singolare. Poiché di metodi, il Prof. John Howell dell’Università di Rochester, effettivamente ne ha concepiti ben tre. Ciascuno più interessante dell’altro, a suo modo. A partire da quello che avete appena visto, certamente dall’impatto visuale più significativo ma anche il minore coefficiente d’innovazione. Si tratta, dopo tutto, di un adattamento del trucco usato sul palco da innumerevoli prestigiatori sul palcoscenico dei più variegati spettacoli d’intrattenimento. L’effetto, descritto a parole, già risulta memorabile: in fondo a uno dei corridoi più lunghi dell’istituto d’istruzione superiore più celebre dello stato settentrionale di New York, il figlio maggiore si posiziona dietro quello che sembra a tutti gli effetti un pezzo di vetro trasparente. Quindi, il suo fratellino gli si mette davanti, coprendogli le gambe con la sua presenza. O almeno, questo è quello che DOVREBBE succedere. Perché sotto gli occhi basìti di Internet, piuttosto, avviene qualcosa di diametralmente opposto: è il corpo del bambino anteriore, a sparire. Il suo volto fluttuante, all’altezza dello stomaco del fratello, sorride estatico dello spettacolo di cui sta facendo parte. E nessuno potrà mai capire che cosa effettivamente stia succedendo.
Nessuno, tranne chi sta ancora leggendo. Poiché si tratta, in effetti, di una soluzione tutt’altro che ardita: semplicemente, come nella maggior parte dei migliori giochi di prestigio, siamo stati indotti a pensare di stare vedendo un qualcosa, mentre la realtà dei fatti è che si tratta di un allestimento radicalmente differente; è per questo che la distanza dell’osservatore è importante. Da vicino, il trucco si squaglierebbe come neve al Sole. O per essere più specifici, la percezione della profondità permetterebbe di notare la presenza di un’anomalia nel posizionamento del “vetro”. Esso non è infatti perpendicolare alla telecamera, come vuole sembrare, bensì obliquo. E cosa ancor più importante, si tratta in realtà di uno specchio. Come mai dunque, diversamente dal normale, mostra quello che si trova posizionato dietro, invece che davanti? È presto detto: di specchi ce ne sono in realtà quattro, disposti trasversalmente in maniera parallela, formando una figura a “>>”. Isaac dunque, il figlio minore, si posiziona alla sinistra del sistema, nell’incavo creato dallo specchio interno, mentre il fratello Benjamin trova posto sul retro, a ridosso del muro. Visto: non era affatto difficile! Al punto che l’intero meccanismo può essere completato per un costo di appena un centinaio di dollari, di cui la parte più significativa è devoluta all’acquisto dei grandi specchi. Si tratta tra l’altro di un approccio facilmente scalabile a dimensioni maggiori, permettendo l’applicazione ipotetica a grossi veicoli da combattimento. Purché il nemico si offra di osservarli sempre e soltanto dalla stessa direzione. Ma forse sarebbe anche il caso di rispondere all’interrogativo più pressante di tutti: ebbene si. Questo fisico ha chiamato i suoi figli col nome di Newton e Franklin, due degli scienziati più importanti della storia anglosassone e americana. Questa SI, che è vera passione per la scienza…

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Arma finale contro la ruggine e la corrosione

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Splendente materiale indistruttibile, il prodotto di un reticolo cristallino talmente fine, e così solido, che nulla sembra in grado d’intaccarlo. Niente, tranne  l’aria che respiriamo e l’acqua che beviamo. È una strana giustapposizione di fattori, quella secondo cui qualsiasi cosa che sconfigge l’organismo umano, non può fare quasi molto ad un metallo (fori di proiettile, fuoco intenso, 4 tonnellate di peso… Il colesterolo…) mentre basta il fluido stesso della nostra semplice esistenza, ad un livello puramente elementare, per rovinarlo a medio termine ed infine, lentamente, disgregarlo come polvere nel vento. Tutta colpa del Fe(III), l’ossido presente sulla superficie, che reagendo con le anidridi carbonica e solforosa, forma un’antiestetica patina rossiccia o di altre tonalità. Ora, per quanto concerne il bronzo, la questione non sarebbe un gravissimo problema. Caratteristica pregevole ad esempio, resta la patina verde degli antichi manufatti ritrovati dentro i tumuli e le tombe dell’Asia, ancora solidi come il giorno in cui furono sottoposti alla fusione. Ma il problema del ferro propriamente detto, materiale più moderno e dall’ingegneria virtuosa, è che le molecole così trasformate modificano le loro caratteristiche chimiche, e quindi smettono di aderire alla superficie. Una volta iniziato tale processo, quindi, esso continua indisturbato fino al nocciolo della sua esistenza, e molto prima di raggiungerlo, generalmente, il pezzo colpito si spacca e sfalda, incapace di sostenere il suo stesso peso. Che cosa può fare, dunque, il proprietario? La rimozione della ruggine è un’importante mansione. Nonché la condanna quotidiana, in molti tipi di mestieri. Fra chi restaura le vecchie automobili, ad esempio, è assai noto il gesto di passare uno straccio imbevuto di solventi sopra la carrozzeria di un vecchio macinino, facendo il possibile per restituirgli lo splendore dei suoi anni migliori. Non abbiate dubbi, tuttavia: si tratta di un proposito ingrato, che richiede olio di gomito, grande fatica, e non sempre ottiene l’effetto sperato. Tanto che spesso la superficie del metallo stesso ne esce rovinata, e questo senza considerare il problema dell’odore nauseabondo e l’inquinamento causato da tali sostanze. Certo, l’alternativa elude il portafoglio degli hobbisti e degli amatori. Ad un prezzo minimo di 80.000 dollari, con i prodotti di punta che si aggirano sui 480.000, le soluzioni di pulitura della P-Laser si rivolgono quasi esclusivamente ad un utenza B2B, mostrando un occhio di riguardo in modo particolare alle grandi officine o fabbriche di ricondizionamento. A nessuno potrebbe venire il dubbio, tuttavia, che non ne valga la pena.
L’operatore impugna saldamente l’oggetto simile a una torcia da speleologia (non che il paragone sia del tutto privo di basi) per puntarlo saldamente verso il più deprecabile pezzo di tubo, ormai completamente mangiucchiato e pronto a sfaldarsi. Ci vuole mano ferma…E nient’altro. Ecco, in effetti, che cosa succede: con un singolo passaggio del P-Laser QF-1000, l’oggetto cambia letteralmente colore. Sembra di assister all’impiego di uno strumento di Photoshop, trasferito magicamente nel mondo reale. Producendo un suono stridulo simile a quello delle astronavi di fantascienza, l’opera di pulitura continua facendo ruotare il pezzo. Quindi, così com’è cominciata, all’improvviso raggiunge il suo culmine e risoluzione. Del tubo che era prima su tavolo, nessuna traccia. Al suo posto, un componente indistinguibile dal nuovo! E tutto questo, grazie solamente al potere notevole di un fascio di luce. Ma non di un tipo comune. Bensì conforme al sistema di massima coerenza e collimazione teorizzato inizialmente da Albert Einstein, costruito per la prima volta nel 1952 da Alfred Kastler e noto con il nome di light amplification by stimulated emission of radiation (L.A.S.E.R, per l’appunto). Talmente efficace che un singolo raggio con una fonte di 1000 Watt può raggiungere i 400.000 Joules a metro quadro, laddove il Sole sulla Terra ne produce appena 1367. E che cosa succede, dunque, alla ruggine sottoposta a un’energia 300 volte più potente di quella del Sole? Essa svanisce, si polverizza, diventa plasma dissolto nell’aria. È il principio delle armi cosmiche, che nei romanzi di fantascienza bucano le astronavi a innumerevoli parsec di distanza. Mentre l’aspetto più interessante ed utile della questione, è che il metallo sottostante rimane del tutto intonso. Lo strumento è semplicemente incapace di nuocergli. E non soltanto a quello…

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L’esperimento della palla che non può cadere

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Quando tutto è acqua, l’aria è intrisa d’umidità, così come la pelle da cui traspira sudore, e qualora dovesse piovere, si sviluppa uno scroscio così potente da scuotere le chiome degli edifici. Acqua e caldo, caldo intenso e inusitato. Neanche il fresco di una bibita del frigorifero, può cambiare il segno delle circostanze. Ed è allora che si guarda verso la piscina, quando viene da pensare: se fossi un pesce, vorrei nuotare. Ma poiché in me sussistono gli spiriti degli elementi, incluso il cielo, la mia preferenza è per il sogno di volare. Ed ecco dunque, cosa fare: prendi una sfera dal peso intermedio, ma che sia perfettamente circolare. Costruisci, con il tubo della pompa, una minuscola fontana. Quindi metti su la prima e accendi la seconda: se tutto è stato fatto correttamente, l’oggetto verrà come catturato, e da quel fluido sollevato. Fluttuando verso l’alto, ma in modo estremamente stabile, come il capitello di un’invisibile colonna gravitazionale. Ma la cosa più incredibile, in merito all’intera questione, è che l’oggetto-palla non si troverà centrato sopra il flusso, nossignore. Bensì piuttosto, incuneato a lato di quel getto, in equilibrio su uno spillo virtuale, come conficcato ai margini della sua presenza. Gira e rigira, non si muoverà di lì. Non si sposterà qualora il getto dovesse essere cambiato nella sua potenza. Non si sposterà se una mano, oppure un frisbee, verrà posto ad interrompere il sistema (purché brevemente, questo è chiaro). Mostrate questa cosa a una persona normale, e quella si trasformerà in un fisico, tanta concentrazione sarà devoluta alla risoluzione del problema. Ma mostratela ad un fisico, e lui diventerà qualcosa d’altro. Con gli occhi spalancati, le mani protese, un gran sorriso sopra il volto che si anima dell’entusiasmo di un bambino. Un uomo delle cause e degli effetti come Derek Muller, il creatore del tentacolare network di canali a sfondo scientifico dal nome Veritasium, i cui exploit, già in precedenza, tante volte ci hanno affascinato. Il quale in questo caso si è recato dal suo amico Blake alias “Innovinci”, inventore di giocattoli, per la dimostrazione di un’idea. Qualcosa di splendido, a vedersi, che proprio per questo meritava una valida disquisizione. Lui la chiama Backyard Levitation (la levitazione da giardino).
Un termine, soprattutto la prima parte, che può trarre in inganno, finché non gli si aggiunge l’aggettivo di “idrodinamica” a immediata riconferma che ci troviamo dinnanzi, in effetti, a un qualcosa che deriva dalle leggi fondamentali della fisica e non da un miracolo indiano. Ovvero quell’insieme di comportamenti delle forze e della materia, che hanno sempre un senso, benché talvolta risultino tutt’altro che intuitive. Fenomeni che prendono il nome, molto spesso, del loro scopritore. E pensate che per comprendere a pieno quanto stiamo effettivamente vedendo, c’è l’esigenza di chiamarne in causa addirittura TRE! Prima ipotesi: l’effetto Coanda, dal nome del fisico rumeno che ne fece la dimostrazione pratica nel 1936. La cui postulazione afferma che il flusso di un fluido, che si dirige in una direzione, tende a trascinare con se una certa quantità delle molecole che lo circondano, aumentando la pressione circostante. Ragione per cui la sua maggiore parte, tendenzialmente, viene premuta verso le superfici e tende a seguirle, talvolta anche lungo una direttiva curva, come quella di una sfera. E in un primo momento potrebbe sembrare di trovarci ad una dimostrazione da manuale di questo principio, finché non si prendono in considerazione due aspetti: primo, che l’effetto Coanda si sviluppa all’interno di un solo fluido, non al confine tra due (aria ed acqua) e conseguentemente, la larghezza del getto della fontanella non potrebbe mai risultare sufficiente allo scopo. E secondo, che anche se l’acqua sviluppa una forza di adesione alla palla, questa devierebbe solamente il suo corso, permettendo comunque all’oggetto più pesante di ricadere a terra. Quindi, c’è qualcosa di diverso all’opera in tutto questo, qualcosa di più antico e niente meno che fondamentale, per comprendere più a fondo la realtà…

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