Chiacchiere di Fisica
Perché non cadiamo nel pavimento?
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Una cosa che proprio non capivo al liceo era che se appoggiavi un corpo su un piano, il piano reagiva con la famosa "reazione vincolare", che era sempre uguale e opposta al peso del corpo. Come se il piano fosse intelligente. Ci metto un corpo da un chilo? Pronti con la reazione vincolare da un chilo! Ce lo metto da 10 chili? Ecco a voi una bella reazione vincolare da 10 chili giusti giusti! Il piano pensante! Io di sicuro non ero una cima, ma se semplicemente mi avessero fatto notare che mettendo un corpo da 10000 chili non avrei prodotto una reazione vincolare da 10000 chili ma avrei sfondato il pavimento, avrei capito. Sarebbe bastato così poco!
La reazione vincolare è il risultato della modifica della struttura della superficie del piano quando ci si appoggia sopra un peso. La struttura del piano di supporto si modifica (a livello microscopico se il peso è piccolo, e anche a livello macroscopico se non lo è) a causa del peso, e finché il corpo non sprofonda, per forza di cose la reazione vincolare è uguale e opposta al peso stesso, perché la somma delle forze deve essere zero. Se il corpo pesa poco, non c'è bisogno che il piano si scomodi troppo a modificarsi per bilanciarne il peso e non farsi trapassare. Se invece il corpo pesa molto, il piano deve adattarsi di brutto chiedendo ai legami delle molecole che lo compongono un grosso sforzo collaborativo. E se il corpo pesa troppo, le molecole dicono "basta, questo è troppo per noi" e il pavimento schiatta sotto il peso.
Ma la cosa interessante è l’origine della reazione vincolare. La forza che localmente sostiene il peso dell'oggetto è dovuta alla repulsione elettrica tra gli elettroni degli atomi del pavimento e quelli degli atomi dell'oggetto che ci appoggio sopra. La reazione vincolare è una forza elettrica! È infatti merito della presenza di cariche elettriche nella materia, che non serve solo a far accendere le lampadine, ma anche a non farci sprofondare nel pavimento!
Oltre alla repulsione elettrica fra elettroni c'è in realtà un altro fenomeno della natura che in qualche modo ci mette del suo: il Principio di esclusione di Pauli. Il principio di Pauli impedisce a particelle di spin semi-intero (1/2, per capirci) di stare nello stesso posto con la stessa energia e spin (con gli stessi "numeri quantici", per essere precisi). E gli elettroni, guarda caso, sono particelle di spin 1/2. Il risultato è che quando cerchiamo di avvicinare troppo gli elettroni degli atomi dell'oggetto che appoggiamo sul tavolo con gli elettroni degli atomi del piano di supporto, il Principio di Pauli entra in azione, e si manifesta tenendo lontano il peso quel tanto che basta a non essere violato. Questa stralunata legge che si studia in chimica al liceo ancor prima che in fisica, contribuisce a impedirci di sprofondare al piano di sotto. Ma fa anche altre incredibili magie, che magari racconteremo un’altra volta.
PS: esiste un certo dibattito su quanto sia effettivamente rilevante il Principio di Pauli nel non sprofondare nel pavimento. Alcuni dicono che il motivo sia sostanzialmente nella repulsione elettrica e basta. La mia opinione è che il Principio di Pauli sia comunque fondamentale, perché senza di esso gli atomi sarebbero radicalmente diversi, e sostanzialmente la materia non avrebbe il volume che ha. E la reazione vincolare, alla fine, è la materia che si ribella a chi vorrebbe ridurre il suo volume all'interno.
Incredibile scoperta fatta dai pesci
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Incredibile scoperta fatta dai pesci
Sì, perché noi non lo sappiamo, ma anche tra i pesci ci sono gli scienziati, che dedicano la vita a studiare quello che per loro è l'Universo: il mare. Gli scienziati pesci, in questi ultimi anni, sono alle prese con un difficile problema: come è fatto l’Universo. In realtà da sempre i pesci si sono posti questo problema, prima ancora che anche tra di essi nascesse la Scienza. Ma oggi essi si chiedono come è fatto l’Universo non davanti alla propria tana, o nella propria zona di caccia, ma come è fatto su grande scala, su grandi distanze, in zone che mai saranno raggiungibili da nessun pesce, ma che con i mezzi della Scienza e della Ragione (che ai pesci non manca) sono comunque indagabili.
Al momento lo stato della conoscenza dei pesci sulla composizione dell’Universo è che esso è composto principalmente da sali. Ci sono sali di magnesio, di zolfo, di potassio, e anche vari carbonati, e poi nitrati, fosfati, e via via anche piccole percentuali di altri elementi. Tutto ciò i pesci lo chiamano genericamente Sale. Si può dire quindi in buona sostanza che l'Universo, per i pesci, è fatto di Sale.
Il bello della scienza
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Molti pensano che la Scienza debba innanzitutto fornirci risposte. Risposte sulla struttura della materia, sul cosmo, sulla genetica, sulla biologia, sulla vita. Secondo tanti il progredire della Scienza sta nel ridurre il numero delle domande senza risposta sulla nostra comprensione della Natura. E spesso, quando gli scienziati raccontano dei mille problemi scientifici ancora aperti - la materia oscura, l’espansione accelerata dell’universo, i buchi neri, l’origine dell’universo stesso, la natura dei fenomeni quantistici, solo per citare problemi di fisica - un commento comune è “gli scienziati non ci capiscono niente”. L’innumerevole quantità di problemi senza risposta è vista da certi come l’incapacità della Scienza di comprendere i fenomeni che studia.
Sbagliato.
La cenerentola delle forze
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
La forza di gravità è stata storicamente la prima forza fondamentale ad essere osservata e studiata. Quando ancora non esistevano lampadine o computer capaci di mostrare esplicitamente l’esistenza delle forze elettriche, chiedersi cosa facesse sì che quando sfuggiva di mano qualcosa esso venisse sempre inesorabilmente attratto verso il basso, era una delle domande più fondamentali che ci si potesse porre. Newton mostrò che mele, Terra e pianeti, erano tutti vittime di ciò che chiamiamo forza di gravità.
Adesso sappiamo che esistono anche altre forze fondamentali, o interazioni, come le chiamano i fisici, oltre alla gravità. Esistono le interazioni elettromagnetiche, responsabili di tutti i fenomeni elettrici e magnetici e dell’esistenza e delle proprietà di ciò che genericamente chiamiamo luce. E poi esistono le interazioni nucleari forti e deboli, responsabili dell’esistenza e delle proprietà dei nuclei atomici e di fenomeni del mondo subnucleare, generalmente poco conosciuti al grande pubblico, ma che sono comunque di importanza fondamentale per garantire la nostra esistenza, tipo, ad esempio regolare i processi che avvengono all’interno del nostro Sole.
Ma esiste una gerarchia di intensità delle interazioni fondamentali? D’accordo, sono tutte importanti, e non potremmo fare a meno di nessuna di esse, ma qual è la più forte? E la più debole?
La forza di gravità sulla Luna
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Tra i deliri del nuovo millennio c’è anche la credenza che non saremmo mai andati sulla Luna, e che le 6 missioni lunari, più quella fallita dell’Apollo 13 e le altre preparatorie, siano state tutte una messa in scena filmata in qualche hangar. Non intendo assolutamente mettermi a confutare gli argomenti dei No-Moon, ma essendo un fisico vorrei far notare un aspetto che in genere passa inosservato anche dagli stessi sostenitori del complotto: il campo gravitazionale sulla Luna, così come appare dai filmati degli astronauti.
Sulla superficie lunare il campo gravitazionale vale circa 1.6 m/s2, grosso modo il 17% che sulla superficie terrestre, dove è invece i famosi 9.8 dei problemi di fisica a scuola. Il valore è determinato dalla massa della Luna e dal suo raggio, entrambi diversi che per la Terra. Il risultato è che se sulla Terra peso 70 kg, sulla Luna ne peso 11. Ecco perché gli astronauti nei filmati saltellano sempre come Vispe Terese.
Maestro, cosa combina
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Nel 2017 fu venduto all’asta il “Salvator Mundi”, un quadro attribuito a Leonardo Da Vinci, aggiudicato dal compratore per la modica cifra di 450 milioni di dollari, cosa che lo ha reso l'opera d'arte più costosa della storia mai acquistata da un privato.
A parte la forte somiglianza con la Gioconda (se gli coprite il mento e la barba è uguale: che fosse il fratello?), la mia mente malata di fisico ha subito notato una cosa di quelle che da Leonardo proprio non me l'aspettavo: la sfera di vetro che il Cristo tiene in mano ha qualcosa di strano, perché mostra in trasparenza la mano e le pieghe del vestito.
I neutrini più veloci della luce e Babbo Natale
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Alcuni anni fa l’esperimento OPERA, sotto i Laboratori del Gran Sasso, uscì con una notizia sensazionale: una misura sulla velocità dei neutrini, particelle subatomiche ben note ai fisici, sembrava indicare che essi viaggiassero più veloci della luce. La misura della loro velocità, pur tenendo conto delle possibili incertezze sperimentali del caso, appariva fortemente incompatibile con il fatto che essi viaggiavano alla velocità della luce, o più lenti. Fortemente incompatibile, secondo il linguaggio della teoria degli errori: addirittura 6 deviazioni standard di differenza rispetto all’ipotesi di neutrini rispettosi della teoria della relatività.
Una notizia bomba! I fisici poi adorano quelle scoperte che ti obbligano a riscrivere i libri di fisica. Nonostante ciò, però, quasi nessuno ci credeva realmente. Nonostante la misura fosse così incompatibile con quanto previsto dalla teoria, praticamente tutti erano convinti che doveva esserci un errore di misura da qualche parte. E infatti, a breve si scoprì che dietro c’era un banale quanto subdolo effetto a cui nessuno aveva pensato: un cavetto mal collegato, tra la miriade di cavetti dell’esperimento, che casualmente ci faceva apparire i neutrini più veloci del previsto.
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Vedere gli atomi col microscopio della Befana
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Da bambino, la Befana della SIP (la futura Telecom) mi regalò un microscopio. Era in realtà una specie di proiettore, in cui infilavi il vetrino come se fosse una diapositiva e lui te lo proiettava ingrandito sul muro bianco. Si chiamava "Elettromicroscopio Max", un nome che già da solo incuteva rispetto. E poi specificava: "20000 ingrandimenti". Una macchina fantascientifica, quindi, per un bambino di 8 o 9 anni. Sulle istruzioni c'era la spiegazione su come vedere le cellule. Diceva di prendere una cipolla, togliere quella pellicina trasparente che sta fra un guscio e l'altro, adagiarla fra due vetrini, e le cellule sarebbero apparse miracolosamente sul muro della cucina.
Ed era vero! Si vedevano infatti tanti mattoncini allungati, uno attaccato all'altro, a costituire la pellicina della cipolla. E dentro ciascuno di quei mattoncini si vedeva anche un puntino più scuro: il nucleo. Tutto proprio come nei disegni dei libri! Per me fu un successo, una scoperta da premio Nobel! Abbiate pazienza, ero figlio unico, e senza WhatsApp e i videogiochi (il tennis con le due sbarrette avrebbe iniziato a traviare la gioventù dopo qualche anno) in gennaio dovevo riempirmi i pomeriggi in qualche modo.
Perché se metto acqua fredda nel tè caldo, il tè si raffredda?
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
Chiedetelo in modo provocatorio al vostro vicino di bancone la prossima volta che siete al bar, per intavolare una stimolante discussione di fisica! È una cosa talmente normale che non ci si pensa, però perché non può succedere il contrario, cioè che l'acqua fredda si raffreddi ancora di più, cedendo calore al resto del tè, e facendolo magari bollire? Che cosa lo impedisce?
Occhio che non sarebbe mica una curiosità da disturbati di mente! Infatti, metti caso che fosse possibile, avremmo risolto tutti i problemi energetici della terra. Sarebbe un modo fantastico per produrre energia pulita in modo inesauribile: ho dell'acqua tiepida, e basta del ghiaccio per scaldarla fino a farla bollire, e lo stesso ghiaccio poi lo potrei usare di nuovo e di nuovo, portando a ebollizione tutta l'acqua che mi pare. E poi potrei mettere il filmato su Facebook, scrivendo "Diffondete prima che lo censurino", seguito da molti punti esclamativi e qualche 1.
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Perché la fetta di pane cade sempre dalla parte della marmellata?
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
È un classico: l’hai appena spalmata per bene, ma hai un attimo di indecisione, e la fetta ne approfitta subito: si gira come un gatto, e plana sul tavolo spiaccicandosi dalla parte dove hai spalmato la marmellata. E ti va bene se cade sul piatto e non sul vestito!
Perché succede? È sfiga o c’è un motivo fisico sotto? Ecco quindi una proposta di esperimento, perché la fisica non è solo piani inclinati senza attrito, molle e pendoli, ma è soprattutto il mondo reale. E quindi affrontiamo questo problema reale da scienziati. Sarà un ottimo esempio per capire come la Scienza affronta i problemi.
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Ma come guidano gli alieni?
Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
A volte capita di vedere filmati di UFO veramente incredibili. Recentemente ne ho visto uno in cui un oggetto non identificato dalla forma tipica delle astronavi aliene (che somigliano tutte al lampadario che aveva mia nonna in cucina), si muove a zig-zag a velocità pazzesca, con improvvise inversioni di rotta, per poi arrestarsi di colpo per un paio di secondi e schizzare via da un fotogramma all’altro a velocità impossibile per qualunque oggetto umano. Il filmato, a vederlo, è molto veritiero e non sembra essere un trucco.
La reazione, anche per chi è scettico sull’ipotesi aliena, è innegabilmente: “ma che diavolo è questa cosa!”. Assumendo che non sia un trucco video, in molti casi non riusciamo proprio a trovare una spiegazione razionale, e il filmato di cui sto parlando non fa eccezione. E quindi potremmo concludere di trovarci di fronte a un video di un’astronave aliena, che sfrutta tecnologie inconcepibili per noi umani.