Tag Archives: goccia

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.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Annunci

Il futuro dell’eolico?

22 Apr

In questo articolo, vorrei tornare nuovamente a parlare di energie rinnovabili. Come sappiamo bene, il continuo aumento della richiesta di energia unita ovviamente al mantenimento e alla conservazione del nostro pianeta, impongono l’utilizzo anche di sorgenti rinnovabili. Quello che pero’ non dobbiamo mai dimenticare e’ che il nostro attuale stato dell’arte non rappresenta assolutamente un punto di arrivo. Le soluzioni disponibili oggi per lo sfruttamento delle sorgenti verdi, non sono ancora sufficienti e non consentono l’autosostentamento che sarebbe richiesto.

Di energie rinnovabili abbiamo parlato, ad esempio, in questi post:

Elezioni, promesse verdi e protocollo di Kyoto

Il futuro verde comincia da Masdar

Energia solare nel deserto

Pannelli, pannelli e pannelli

Mentre negli articoli precedenti ci siamo occupati principalmente di energia solare, in questo post vorrei parlare della seconda fonte per disponibilita’ che siamo in grado di sfruttare, l’energia eolica.

Come tutti sanno, lo sfruttamento dell’energia eolica avviene mediante delle enormi pale che vengono messe in moto dal vento e questa energia meccanica viene poi convertita in energia elettrica. Anche in Italia, abbiamo diverse installazioni di pale eoliche, soprattutto in quelle regioni dove la forza del vento e’ maggiore.

Quali sono i problemi principali delle pale eoliche?

Prima di tutto, come detto, si tratta di turbine molto grandi e che vengono installate su piloni molto alti. Come sostenuto anche da molti esperti, l’impatto ambientale di queste soluzioni e’ molto elevato. Detto in altri termini, le pale eoliche, secondo molti, “sono brutte”. Se ci pensate bene, molto spesso, infatti, queste pale rovinano il paesaggio, soprattutto perche’ vengono installate in vallate o comunque in zone isolate dove la natura e’ ancora dominante. Sapete perche’ vengono installate in questi punti e non all’interno dei centri abitati? Perche’ le pale, durante il normale funzionamento, hanno dei livelli di rumorosita’ molto elevati. Qualsiasi mezzo meccanico messo in movimento, produce necessariamente un rumore di fondo che, nel caso delle pale, e’ anche molto elevato. Proprio questo problema, rende inutilizzabili le pale all’interno dei centri abitati.

Dunque? Esiste una soluzione alternativa?

In questi ultimi tempi, e’ in fase di studio una soluzione alternativa che prevede lo sfruttamento dell’energia eolica senza apparentemente nessuna parte meccanica in movimento. Questa soluzione, chiamata Ewicon, sfrutta infatti una variazione del campo elettrico indotto dal vento per creare energia elettrica. Se volete, invece di convertire energia meccanica in elettrica, il nuovo sistema e’ direttamente basato su una vairazione di energia in forma elettrica per produrre corrente.

Come funziona Ewicon?

Anche se il discorso non e’ semplicissimo, cerchero’ di essere divulgativo mostrando il concetto di base sfruttato in questa soluzione.

Immaginate di avere due conduttori elettrici posti ad una certa distanza e caricati con segno opposto. In altre parole, potete vedere il sistema come le armature di un condensatore. Ora, nella regione di spazio tra i due conduttori si crea un campo elettrico. Se adesso mettete una carica singola all’interno del volume, dove si spostera’ questa? Se la carica e’ positiva, questa ovviamente si muovera’ verso l’elettrodo negativo, spinta dal campo elettrico. Bene, fin qui tutto normale. Se adesso pero’, la forza del vento spinge la carica in verso opposto, cioe’ porta la carica verso l’elettrodo dello stesso segno. L’accumulo di cariche sull’elettrodo provochera’ dunque una variazione della tensione che puo’ essere convertita in energia elettrica.

Questo e’ proprio il principio sfruttato da Ewicon.

Il sistema eolico, prevede due file di elettrodi di segno opposto distanti circa 40 cm tra loro. Nel sistema sono presenti una serie di ugelli che vaporizzano goccioline d’acqua caricate positivamente. Il vento spinge le goccioline di carica positiva verso l’elettrodo dello stesso segno, creando la variazione di campo elettrico. Questa tecnica e’ anche nota come Electrospraying ed in realta’ e’ stata proposta gia’ nel 1975. Ewicon, che sta per Electrostatic Wind Energy Converter, sfrutta proprio questo principio fisico per creare energia dal vento, ma senza mezzi meccanici in movimento.

Per meglio comprendere il principio di base, vi riporto anche un video del sistema:

come vedete, il tutto si basa sulla forza del vento in grado di spingere le gocce d’acqua  in verso opposto a quello determinato dal campo elettrico degli elettrodi.

Il primo prototipo di Ewicon e’ stato realizzato e posto di fronte alla facolta di ingegneria della Delft University:

Prototipo del sistema eolico davanti alla Delft University of Technology

Prototipo del sistema eolico davanti alla Delft University of Technology

Quali sono i vantaggi di questa soluzione? Prima di tutto, come visto, eliminando le parti in movimento, il sistema non soffre piu’ della rumorosita’ delle pale eoliche. In questo modo, il sistema Ewicon puo’ anche essere installato, come nel caso del prototipo, all’interno dei centri abitati. Inoltre, le diverse forme realizzabili consentono di integrare il sistema anche nelle architetture dei piu’ moderni centri urbani. Ad oggi, gia’ diverse soluzioni di design sono state proposte e pensate per adattarsi a molte capitali europee.

Quali sono gli svantaggi? Come potete capire, si tratta ancora di un sistema in forma di prototipo. Prima di tutto, per elettrizzare le goccioline d’acqua e’ necessaria un’energia di partenza. Al momento, questo problema e’ risolto integrando delle batteria all’interno di Ewicon. Se pero’ vogliamo pensare questi sistemi utilizzabili anche “off shore”, cioe’ in mare aperto, e’ impensabile andare di volta in volta a cambiare le batterie dei generatori.

Inoltre, l’acqua necessaria per il funzionamento, viene prelevata dall’umidita’ dell’aria. Questo rende il sistema non utilizzabile in luoghi dove l’umidita’ e’ troppo bassa. Come visto in uno degli articoli precedentemente riportati, uno degli sviluppi futuri, non solo per il solare ma anche per l’eolico, e’ la costruzione di impianti di grandi dimensioni in zone desertiche. In questo caso, il sistema non sarebbe utilizzabile a meno di collegare Ewicon ad una fonte idrica, cosa ugualmente non realizzabile in zone desertiche.

Altro problema non da poco e’ la miscela utilizzata. Nel prototipo visto, non viene utilizzata soltanto acqua, ma una miscela al 70% di acqua demineralizzata e 30% di etanolo.

Ovviamente, si tratta di problemi normali in un sistema in fase di prototipo. Per poter risolvere questi punti, sara’ ovviamente necessario lavorare ancora molto sul progetto e altresi’ investire capitali in questo genere di studi. Come detto all’inizio, ad oggi gia’ disponiamo di metodi per lo sfruttamento delle sorgenti rinnovabili, e proprio per questo dobbiamo utilizzarli. Questo pero’ non preclude lo studio di soluzioni alternative, come Ewicon o come il solare termodinamico, che in un futuro non troppo lontano potranno migliorare notevolmente l’efficienza di produzione energetica e risolvere anche gli altri problemi che ancora affliggono le attuali soluzioni.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Misteriosi pilastri di luce?

11 Dic

Piu’ volte, in questo blog, abbiamo parlato di fenomeni apparentemente strani, che molto spesso vengono utilizzati da siti catastrofisti come un chiaro segnale della prossima fine del mondo.

Di argomenti di questo tipo, ne abbiamo ad esempio parlato raccontando dei suoni dell’apocalisse, delle nuvole di forma particolare apparse in qualche angolo del mondo o di strani oggetti visti in prossimita’ del Sole:

I misteriosi suoni dell’Apocalisse

Di nuovo i suoni dell’apocalisse

Una nuvola che fa pensare alla fine del mondo

Altra strana nube, questa volta in Giappone

Altra strana nube a Tulsa

Strano arcobaleno a Conca della Campania

Scoperta nuova nuvola?

Missile vicino al Sole?

Tutte, e dico tutte, le volte, analizzando questi fenomeni, ci siamo resi conto che in realta’ non c’era assolutamente nulla di nuovo o di non conosciuto dalla scienza. Semplicemente, vengono presi eventi non standard, cioe’ non proprio manifestabili tutti i giorni, per far credere che qualcosa di strano sia in corso a livello naturale.

In questi ultimi giorni, un presunto nuovo fenomeno naturale sta facendo parlare molti siti catastrofisti che ovviamente vogliono far credere che sia in corso qualcosa di straordinario.

Come forse avrete gia’ letto in qualche sito, ma sicuramente questi articoli verranno rimbalzati nei prossimi giorni su molti forum predisposti al copia/incolla, in diverse parti del mondo si starebbero manifestando i cosiddetti “pilastri di luce”, misteriosi fasci luminosi che appaiono improvvisamente all’orizzonte e che salgono verso il cielo.

Eccovi un esempio delle immagini che trovate in rete in questi giorni:

Foto di pilastri di luce apparsi in diverse parti del mondo

Foto di pilastri di luce apparsi in diverse parti del mondo

Devo dire che artisticamente, e dal punto di vista fotografico, si tratta di un fenomeno molto suggestivo. E’ necessario premettere che si tratta di foto reali, scattate in diverse parti del mondo, soprattutto nell’ultimo periodo.

Come potete facilmente immaginare, e come premesso, sul web si legge che questi fasci sarebbero una manifestazione esclusivamente degli ultimi giorni e indicherebbero un chiaro segnale alla ormai prossima fine del mondo. Alcuni, devo dire dotati di una buona fantasia, vedrebbero in questi pilastri dei segnali divini o delle strade utilizzabili per l’ascensione verso nuovi mondi o verso civilta’ aliene molto avanzate.

Cosa c’e’ di vero in tutto questo? Purtroppo, solo le foto.

Anche in questo caso, si tratta di un fenomeno molto ben conosciuto dalla scienza e molto spesso anche da fotografi professionisti che a volte si trovano a dover combattere questo effetto. Ovviamente nessun sito catastrofista vi dice di cosa si tratta in realta’, ma trovate solo titoli pomposi e articoli pieni di enfasi. Il tutto sempre condito dalla solita argomentazione che “la scienza non sa di cosa si tratta” e che “i ricercatori stanno cercando di dare una spiegazione a questo misterioso effetto”.

Niente di piu’ falso.

In termini tecnici, questo effetto e’ noto proprio come “pilastro di luce” o anche “colonna di luce”, dall’inglese “light pillar”.

A cosa e’ dovuto?

Come sappiamo bene, in atmosfera possiamo trovare gocce d’acqua. Se la temperatura e’ bassa, alcune di queste gocce possono trasformarsi in cristalli di ghiaccio.

Fin qui tutto bene.

Ora, immaginate di avere una sorgente di luce di fronte a voi bassa in angolo, cioe’ radente al vostro orizzonte. Se i cristalli di ghiaccio sono paralleli al terreno, e’ possibile che a causa della riflessione della luce sul ghiaccio, la sorgente di luce puntiforme appaia allargata formando un fascio esteso. Data l’orientazione dei cristalli, e’ evidente che i fasci di luce cosi’ formati avranno una direzione verticale, cioe’ rivolta verso il cielo.

Per meglio comprendere la causa dei pilastri di luce, possiamo far riferimento a questa immagine:

Meccanismo ottico di formazione dei light pillar

Meccanismo ottico di formazione dei light pillar

Come vedete, la luce emessa dalla sorgente a terra, viene riflessa sul ghiaccio e l’osservatore, sempre a terra e lontano dalla sorgente, vede in cielo una linea luminosa estesa verso l’alto. Questo e’ esattamente il meccanismo alla base dei “light pillar”.

Ora, perche’ proprio in questi ultimi giorni si stanno riportando testimonianza di pilastri di luce?

La spiegazione e’ molto piu’ semplice di quanto si creda. Come abbiamo visto, per poter formare i pilastri e’ necessario che ci siano molecole d’acqua in atmosfera e che queste vengano ghiacciate. Quale momento migliore di un bel piovoso inizio inverno? Come potete capire, la spiegazione del fenomeno e’ proprio stagionale. Le basse temperature permettono il congelamento dell’acqua in atmosfera creando le condizini adatte per il fenomeno.

A questo punto, facciamo un esercizio semplice. Andiamo a rivedere le foto pubblicate prima e capiamo l’origine dei pilastri. Come vedete subito, in 3 foto su 4, la sorgente della colonna luminosa e’ il Sole basso all’orizzonte. Il tramonto e’ infatti uno dei momenti migliori per poter osservare fenomeni di questo tipo. Quando il Sole e’ basso, intorno agli 8-10 gradi all’orizzonte, si hanno le condizioni ottimali per la formazione dei pilastri. Vista l’alta probabilita’ di questi fenomeni, molto spesso ci si riferisce a questi chiamandoli proprio “sun pillar” per indicare che la sorgente e’ il Sole stesso.

Nella quarta foto invece, i numerosi pilastri visibili, sono dovuti a diverse sorgenti luminose poste dietro all’abitazione in primo piano. Come vedete, la foto e’ stata scattata da una posizione praticamente parallela al terreno e dunque alla stessa altezza delle sorgenti di luce che provocano i pilastri.

Quest’ultimo esempio in particolare, ci dimostra che la formazione dei pilastri di luce puo’ essere provocata indipendentemente sia da sorgenti naturali, come il Sole, che da sorgenti artificiali.

Dunque? Cosa c’e’ di particolare e misterioso in questi fenomeni?

Alla luce di quanto dimostrato, assolutamente nulla. Anche in questo caso, si tratta di fenomeni ben conosciuti dalla scienza e che di certo non hanno fatto la loro apparizione negli ultimi giorni.

Forse, sarebbe il caso che molti siti catastrofisti prima di pubblicare certe notizie, provassero a documentarsi o, come in questo caso, a studiare un po’ di ottica, tra l’altro molto semplice poiche’ basata solo sulla riflessione della luce, fenomeno noto praticamente a tutti.

Come sempre raccomandiamo, non credete ai titoli sensazionalistici che trovate in rete. Molto spesso, la spiegazione di alcuni fenomeni e’ molto piu’ semplice di quanto vorrebbero farvi credere. Come capite bene, un’analisi scientifica e profonda delle profezie del 2012, ci consente di parlare di scienza e di affrontare argomenti molto spesso poco noti e che possono aumentare il nostro bagaglio culturale indipendentemente dal 21 Dicembre. Per partire dall’analisi delle profezie del 2012, ma soprattutto per leggere un libro di divulgazione della scienza, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.