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L’esperimento della goccia di pece

23 Lug

Pochi giorni fa, e’ stata annunciata la notizia che finalmente e’ stato possibile riprendere uno degli esperimenti scientifici piu’ lunghi, secondo alcuni anche piu’ noioso, della storia.

Di cosa si tratta?

L’esperimento in questione e’ quello della goccia di pece. Come sapete bene, la pece e’ quella sostanza di colore nero, ricavata dai bitumi e da legni resinosi. In condizioni normali, la pece si presenta come un solido, tanto che e’ possibile romperla utilizzando un martello.

Confronto tra fluidi ad alta e bassa viscosita'. Fonte: Wikipedia

Confronto tra fluidi ad alta e bassa viscosita’. Fonte: Wikipedia

Anche se apparentemente sembra un solido, la pece e’ un fluido, precisamente un fluido ad altissima viscosita’. Come sapete, la viscosita’ di un fluido indica la resistenza della sostanza allo scorrimento. L’animazione riportata aiuta a capire bene la differenza tra fluidi ad alta e bassa viscosita’ quando questi vengono attraversati da solidi.

Bene, cosa c’entra la pece con questo esperimento?

Come anticipato, la pece e’ in realta’ un fluido ad alta viscosita’. Detto questo, anche se con tempi molto lunghi, questa sostanza deve comportarsi come un fluido. Sulla base di questa considerazione, e’ possibile realizzare un esperimento per misurare la viscosita’ della sostanza facendola scendere all’interno di un imbuto.

Il primo che propose questo esperimento fu il professor Thomas Parnell dell’università del Queensland. Parnell prese un pezzo di pece, lo sciolse e lo fece colare all’interno di un cono di vetro. Questo venne fatto addirittura nel 1927.

Per poter iniziare l’esperimento, fu necessario far raffreddare la pece, operazione che duro’ circa 3 anni, fino al 1930. Solo a questo punto, la parte finale del cono venne rotta formando un imbuto. Dal momento che la pece e’ un fluido, si devono osservare delle gocce cadere dall’imbuto.

Facile, direte voi. E’ vero, ma per eseguire questo esperimento serve tanta tanta pazienza.

Non ci credete?

La prima goccia di pece, cadde dopo ben 9 anni! Lo stesso avvenne per le gocce successive. Ecco una tabella riassuntiva dell’esperimento:

Data Evento Durata(Mesi) Durata(Anni)
1927 Inizio dell’esperimento: la pece viene versata nell’imbuto sigillato
1930 Il fondo dell’imbuto viene aperto
Dicembre 1938 Caduta della prima goccia 96-107 8-8,9
Febbraio 1947 Caduta della seconda goccia 99 8,3
Aprile 1954 Caduta della terza goccia 86 7,2
Maggio 1962 Caduta della quarta goccia 97 8,1
Agosto 1970 Caduta della quinta goccia 99 8,3
Aprile 1979 Caduta della sesta goccia 104 8,7
Luglio 1988 Caduta della settima goccia 111 9,3
28 novembre 2000 Caduta dell’ottava goccia 148 12,3

Perche’ questo esperimento e’ stato ritirato fuori in questi giorni?

Come evidenziato dalla tabella, sono state effettivamente osservate le gocce di pece cadere nel bicchiere sottostante, ma fino ad oggi, nessuno era mai riuscito a filmare la goccia che cadeva. In occasione dell’ottava goccia nel 200o, la telecamera che era stata montata era guasta, per cui si perse questo importante momento.

Seguendo il link, potete vedere il filmato della fatidica goccia che cade:

Video goccia di pece

Dai tempi misurati nell’esperimento, si e’ ricavato che la pece ha una viscosita’ pari a 230 miliardi di volte quella dell’acqua!

Durante questi 83 anni, l’esperimento e’ sempre stato in funzione e, nei primi anni del 2000, quando ci si rese conto che le variazioni di temperatura potevano modificare la viscosita’ della pece, la campana che conteneva l’apparato e’ stata termalizzata in modo da mantenere costanti i parametri.

Nel 2005, in memoria del professor Parnell, venne assegnato all’esperimento della goccia di pece l’IG Nobel, parodia, ormai seguitissima, del piu’ cleebre premio Nobel.

A parte gli scherzi, si tratta di un esperimento utile per evidenziare proprieta’ dei fluidi ad alta viscosita’. Certo, oggi come oggi, le misure sono state fatte, ma l’esperimento e’ ancora in corso perche’ rappresenta ormai un simbolo sia dell’universita’ del Queensland sia una memoria storica della fisica.

Se avete tempo libero, ma ne serve molto, potete ache seguire in diretta l’esperimento, collegandovi a questo link:

Diretta Pece

Dal punto di vista chimico-fisico, i fluidi alta viscosita’ sono assolutamnete interessanti e dalle proprieta’ a dir poco strabilianti. Anche il vetro, classificato come sostanza amorfa, puo’ essere definito un fluido ad alta viscosita’. Proprio per questo motivo, alcune vetrate delle chiese piu’ antiche, mostrano delle forme allargate verso il basso, caratteristica dovuta proprio al lento movimento del fluido.

Certamente, oggi come oggi non stiamo parlando di un esperimento in grado di stravolgere la fisica, ma di un’esperienza importante dal punto di vista storico e sicuramente curiosa per noi abituati alla comunicazione e ai risultati immediati. Punto a favore, e’ certamente il costo zero dell’esperimento che richiede solo un po’ di aria condizionata per termostatare il piccolo apparato.

 

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Cascadia e Tsunami orfano

10 Giu

Solo qualche giorno fa, parlando di previsioni catastrofische per il futuro, eravamo tornati sul discorso terremoti. In particolare, in questo post:

Se arrivasse il Big One?

abbiamo parlato del grande terremoto “atteso”, ovviamente per modo di dire, in California. Come sappiamo, la presenza della Faglia di Sant’Andrea genera da sempre terremoti lungo la costa occidentale degli Stati Uniti, e, come noto a tutti, nell’arco di un periodo non definito, che spazia fino a centinaia di anni, si potrebbe verificare un terremoto talmente distruttivo da abbattere gran parte delle costruzioni della zona.

Proprio su questo articolo, e’ stato fatto un commento molto interessante, che ci offre la possibilita’ di parlare di un altro fenomeno sismico, meno noto, ma forse ben piu’ distruttivo. Ci stiamo riferendo alle placche che convergono nella zona della Cascadia e che, negli ultimi anni, stanno richiamando sempre piu’ l’attenzione degli esperti.

Movimento di Subduzione tra placche

Movimento di Subduzione tra placche

Per Cascadia si intende quella zona che corre lungo le coste occidentali nord americane e che va dal Canada meridionale fino alla California Settentrionale. In termini geologici, questa e’ una zona detta di “subduzione”, cioe’ una parte di crosta terrestre in cui due placche scorrono passando una sull’altra. Per meglio comprendere questo fenomeno, potete fare riferimento alla figura riportata a lato.

La configurazione della Cascadia e’ estremamente interessante ed unica. In questa zona infatti, le placche pacifiche minori, dette Juan de Fuga, Explorer e Gorda, subducono, cioe’ si infilano sotto, alla piu’ grande placca Nord Americana. Questo lento movimento avviene da sempre con velocita’ comprese tra i 3 ed i 4 cm all’anno.

Nell’immagine seguente viene mostrata la situazione delle placche della Cascadia:

Placche convergenti in Cascadia

Placche convergenti in Cascadia

Cosa c’entra la Cascadia con i terremoti?

Fino a qualche decina di anni fa, si pensava che questa struttura fosse in grado di generare solo eventi di piccola intensita’ a causa della continua frammentazione delle rocce dovute al movimento.

Come evidenziato da recenti studi, questa idea e’ letteralmente sbagliata. Anche se fenomeni di grande intensita’ avvengono con intervalli di tempo molto lunghi, zone di subduzione come quelle della Cascadia, possono generare terremoti di notevole intensita’. In particolare, i piu’ grandi eventi registrati nel corso dei secoli, sono proprio dovuti a movimenti di questo tipo. Geologicamente infatti, la continua spinta tra le placche provoca un alto accumulo di energia elastica che puo’ portare ad una frattura estesa e profonda. Risultato di questo e’ l’insorgere di sismi di elevata magnitudo accompagnati anche da Tsunami molto alti.

Parlando direttamente della Cascadia, si pensa che eventi di questo tipo potrebbero avvenire con tempi che vanno dai 250 fino ai 350 anni ma con terremoti che possono tranquillamente superare magnitudo M8.

Perche’ e’ importante studiare questa zona?

Come potete immaginare pensando alla posizione delle placche, lungo la costa del continente americano interessata, sorgono grandi centri abitati: Vancouver, Seattle, Portland, tutti centri densamente popolati e ricchi anche di edifici storici. Dalle analisi condotte, e’ risultato infatti che molti dei grattacieli costruiti fino al 1970, non resisterebbero ad un evento cosi’ intenso. Tra l’altro, a causa proprio della subduzione, un eventuale terremoto di forte intensita’ avrebbe anche una durata prolungata nel tempo ed accompagnata da onde di Tsunami.

Ovviamente, dopo questi studi, i grandi centri degli Stati Uniti e del Canada stanno correndo ai ripari cercando di rendere piu’ resistenti gli edifici storici, proprio per evitare danni a seguito di un eventuale terremoto.

Quando dovrebbe avvenire il prossimo terremoto?

Come sappiamo bene, e come abbiamo discusso tante volte, e’ impossibile prevedere con precisione i terremoti. Nonostante questo, ricorrendo al solito alla statistica, e’ possibile avere un’idea con delle finestre di probabilita’. Prima parlavamo di periodi di 250-350 anni. Quando e’ avvenuto il precedente sisma causato alla Cascadia?

Proprio nell’ambito degli ultimi studi condotti su questa zona, e’ stato possibile determinare come il precedente grande sisma sia avvenuto nel 1700. E’ pero’ interessante raccontare come questa determinazione cosi’ precisa e’ avvenuta.

Nelle cronache giapponesi, si racconta di un cosiddetto “tsunami orfano”. Cosa significa? La popolazione giapponese e’ da sempre abituata a convivere sia con i terremoti che con le conseguenti onde di Tsunami che si abbattono sulle loro coste. Come e’ facile immaginare, a seguito di un violento sisma avvertito, dopo un certo tempo, ci si aspetta l’onda dall’oceano. Bene, nelle cronache si riporta di uno tsunami, avvenuto appunto nel 1700, che pero’ non era stato anticipato da nessun terremoto. Per moltissimi anni questo evento e’ rimasto un mistero al punto che, come anticipato, esiste tantissima documentazione storica che parla di questo Tsunami generato da niente.

In realta’, come scoperto solo pochi anni fa, lo Tsunami del 1700 fu generato proprio da un violento sisma, si pensa alcmeno M8.5, provocato dai movimenti delle placche della Cascadia. In quegli anni, la colonizzazione delle coste occidentali degli Stati Uniti era ancora molto scarsa per cui non esiste una vera e propria documentazione dall’altra parte del Pacifico.

La prova definitiva a sostegno del terremoto in Cascadia e’ venuta dallo studio dei reperti fossili nei terreni di fronte alla Cascadia e dallo studio delle cosiddette “foreste fossili”. Queste altro non sono che prove indirette dello Tsunami che ovviamente ha colpito anche le coste americane e canadesi. Per foreste fossili si intendono proprio i resti di alberi morti dopo essere stati sommersi delle acque salate dell’oceano. In questi casi, si osservano dei tronchi che restano al loro posto ma che muoiono tutti improvvisamente allo stesso istante. Proprio la presenza di queste foreste fossili el a datazione fatta studiando i tronchi ha permesso di datare lo Tsunami in corrispondenza dell’evento orfano sulle coste giapponesi.

Per chiudere, tutta la zona intorno all’Oceano Pacifico e’ altamente sismica e molto strutturata dal punto di vista geologico:

Cintura di Fuoco nell'Oceano Pacifico

Cintura di Fuoco nell’Oceano Pacifico

Come si vede dall’immagine, questa zona e’ comunemente detta”cerchio di fuoco”. Il nome deriva ovviamente dalla presenza di numerosi vulcani generati e alimentati proprio dai continui movimenti tellurici di subduzione e che interessano tutte le coste dell’Oceano Pacifico. L’ultima grande eruzione che si riporta e’ quella del 1980 avvenuta nell’isola di Sant’Elena, anche questa formata in realta’ da un vulcano molto attivo e potenzialmente pericoloso.

Concludendo, oltre alla gia’ citata Faglia di Sant’Andrea, negli ultimi anni molto si sta discutendo della Cascadia. Questa zona e’ interessata da fenomeni di subduzione dovuti al moviemnto di diverse placche in continuo e lento spostamento. Ad oggi, si pensa che questa zona potrebbe generare terremoti di altissima magnitudo ogni 250-350 anni. Dal momento che l’ultimo grande sisma, come scoperto studiando il conseguente Tsunami in Giappone, e’ avvenuto nel 1700, un nuovo sisma potrebbe avvenire nel giro di 50 anni da oggi. Al solito, stiamo parlando di statistica e analisi storiche, studi interessanti, che ci fanno capire tante cose, ma che non possono, in alcun caso, essere utilizzati per fare previsioni sui terremoti.

 

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