EMdrive: il motore che va contro i principi della fisica

Dopo qualche giorno di pausa, purtroppo non per svago, eccoci di nuovo qui. Per iniziare alla grande, torniamo a parlare di scienza, o almeno di qualcosa che gli somiglia. Come ci ha segnalato un nostro lettore nella sezione:

– Hai domande o dubbi?

in questi giorni si è molto parlato di un’invenzione davvero particolare. Di cosa si tratta? Detto “poco chiaramente”, stiamo parlando del “motore quantistico”.

Cosa sarebbe questo motore quantistico?

Cerchiamo di andare con ordine, capendo l’origine di questa storia. Partendo da parole più semplici , il motore quantistico è, appunto, un motore che produrrebbe una spinta senza propellente ma solo usando elettricità.

Una soluzione del genere, potrebbe essere utilizzata come thruster nello spazio, cioè come sistema per far muovere i satelliti o altri veivoli spaziali. Cosa c’è di strano in tutto questo? La risposta è semplice, sapete perchè ci vuole così tanto tempo per girovagare nello spazio? Perchè i velivoli che mandiamo si muovono per inerzia. Praticamente, vengono messi in moto tramite propulsori, poi questi vengono spenti e il mezzo continua a procedere lungo la sua direzione. Tutto questo è frutto di una delle leggi fondamentali della meccanica, cioè il principio di inerzia.

Perchè questo motore quantistico sarebbe così rivoluzionario? Detto semplicemente, per far andare qualcosa nello spazio, abbiamo bisogno di avere una spinta in senso contrario. Questo è noto come principio di conservazione della quantità di moto.

Facciamo un esempio per capire meglio.

Supponete di essere al centro di un lago ghiacciato. La superficie del lago è talmente liscia che, idealmente, non c’è nessun attrito tra voi e il ghiaccio. In questa condizione limite, non potete camminare. Sapete perchè? Il semplice camminare è possibile proprio grazie all’attrito tra i nostri piedi, o le nostre scarpe, e il terreno. Praticamente, camminando, il vostro piede è fermo grazie all’attrito statico tra voi e il terreno.

Se ora vi trovate al centro di questo lago, non potete quindi riuscire a camminare. Come fate a mettervi in salvo e raggiungere la riva?

Una buona soluzione potrebbe essere quella di togliervi un indumento e lanciarlo in una direzione. Come per magia, ma in realtà è fisica, voi vi muovete per reazione nella direzione opposta a quella del lancio.

Bene, nello spazio succede esattamente la stessa cosa. Questo è noto, appunto, come principio di conservazione della quantità di moto. Altra legge fondamentale della fisica. Dunque, se questo motore non spinge nulla, per la fisica non può andare avanti.

Come è possibile?

Per provare a rispondere a questa domanda, vediamo prima di tutto come è fatto questo motore. Ecco a voi una foto di quello che viene chiamato EMdrive:

EM drive

Questo motore è stato inventato dallo scienziato inglese Roger Shawyer alcuni anni fa. Come funziona? Il principio di funzionamento, secondo il suo inventore, sarebbe il seguente: si tratta di una cavità asimettrica in cui la radiazione a microonde viene fatta rimbalzare sulle pareti producendo effetti di risonanza. A causa di effetti relativistici, si creerebbe una differenza di pressione tra i due estremi del motore con una conseguente spinta, appunto quella di cui parlavamo per far andare i razzi nello spazio.

A distanza di qualche anno, alcuni ricercatori cinesi decidono di costruire un loro proprio motore quantistico per verificare che quanto detto da Roger Shawyer fosse vero. Cosa riescono ad ottenere? Un motore che funziona secondo lo stesso principio e conferma quanto scoperto anni prima.

Di che spinte parliamo? Più o meno 720 milli Newton secondo i cinesi.

Cosa significa 720 milli Newton? Immaginate di prendere in mano un peso da 1 Kg e di tenerlo fermo. Come sapete questo oggetto è dotato di massa ed esercita una spinta sulla nostra mano, chiamata forza peso, risultato dell’attrazione della Terra verso l’oggetto (e mutuamente dell’oggetto verso la Terra). Con un peso da 1 Kg, la spinta è di circa 10 Newton. Dunque, qui abbiamo una spinta di 720 mN, cioè equivalente a quella che produrrebbe un oggetto da 72 grammi tenuto in mano.

Interessa a qualcuno il valore della spinta? L’importante è che questa ci sia e sia in grado di far andare i nostri satelliti.

In realtà, come vedremo, il valore della spinta non è trascurabile.

A questo punto, potremmo essere di fronte alla solita teoria rivoluzionaria che la scienza cerca di insabbiare perché mette in crisi le basi su cui abbiamo costruito tutti i nostri castelli di carte. Attenzione però, questa storia è leggermente diversa dalle solite. Sapete perché? Vista la possibile applicazione di questo motore, la NASA ha deciso di analizzarlo e di provare a verificare se i risultati sono corretti.

Cosa accade a questo punto?

La NASA fa le sue prove e ottiene un risultato in cui si ha una spinta che per la fisica non dovrebbe esserci! Dunque funziona tutto? Aspettiamo prima di dirlo.

Come visto, la spinta misurata era di 720 mN. I tecnici della NASA hanno ottenuto una spinta tra 30 e 50 micro Newton, dunque, circa un fattore 10000 in meno.

Come detto prima, ma chi se ne frega, l’importante è che la spinta ci sia!

Come potete immaginare, molti giornali internazionali hanno dato ampio risalto alla notizia, salvo però non dire tutto fino in fondo.

Cosa significa?

La NASA, dopo aver effettuato questi test, ha pubblicato un conference paper sulla questione. Ecco a voi il link dove leggere il lavoro:

– NASA, EMdrive test

Come potete vedere, l’articolo sembra confermare quanto affermato. Attenzione però, leggete tutto fino in fondo. Verso la fine, gli autori scrivono una frase che tanti hanno fatto finta di non leggere. Questa:

Thrust was observed on both test articles, even though one of the test articles was designed with the expectation that it would not produce thrust. Specifically, one test article contained internal physical modifications that were designed to produce thrust, while the other did not (with the latter being referred to as the “null” test article).

Cosa significa? Nel test i tecnici hanno utilizzato anche un motore di controllo realizzato per non avere nessuna spinta. Durante il test però, quando hanno utilizzato questo motore, hanno osservato nuovamente questa spinta. Cioè? Dovete fare un test che porterà valori misurati molto piccoli. Come normale, costruite qualcosa che non dovrebbe invece funzionare. Poi ottenete che tutti e due misurano qualcosa paragonabile. Come concludere? E’ sbagliata la misura su quello buono o su quello che non dovrebbe funzionare?

Personalmente, come mia natura, voglio essere propositivo e, come si dice, “open mind”. Ad oggi, i risultati mostrano valori discordanti. Molto probabilmene, i valori della spinta che si vuole misurare sono troppo bassi per le incertezze derivanti dal metodo di misura stesso. Detto in modo statistico, il risultato ottenuto è compatibile con zero Newton di spinta ma anche con qualcosa diverso da zero.

Ovviamente, non voglio precludere nulla ma, allo stato attuale, questo motore non ha dato risultati che confermano quanto affermato. Visto l’interesse sulla cosa, sono sicuro che ci saranno ulteriori sviluppi nei prossimi mesi. Se così fosse, torneremo sull’argomento proprio per vedere se quanto affermato corrisponde al vero e, in tal caso, ragioneremo su effetti non considerati dalla fisica.

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

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Scontro tra un Boeing ed un UFO!

Dopo un paio di giorni di assenza, leggo le ultime notizie e cosa trovo? Addirittura, un Boeing 757 della Air China si e’ scontrato in volo con un UFO. L’aereo, partito il 4 Giugno alle 10.11 ora locale da Chengdu e diretto a Guangzhou, dopo circa 20 minuti dalla partenza si e’ scontrato in volo con un oggetto non identificato ed il pilota e’ stato costretto a tornare a Terra. Non si e’ trattato di un vero e proprio atterraggio di emergenza, dal  momento che l’aeromobile era completamente funzionante, ma, dopo l’atterraggio, i tecnici hanno evidenziato un notevole danno a muso dell’aereo che ‘e risultato completamente schiacciato da un lato a causa dell’impatto.

Ecco le foto del 757 dopo l’atterraggio:

Il Boeing della Air China dopo l’atterraggio di emergenza

Cosa potrebbe aver ridotto in questo modo il muso dell’aereo? Semplice, secondo moltissimi siti internet, si e’ trattato necessariamente di un UFO. Le autorita’ hanno preferito chiudere il caso dicendo che si e’ trattato di un “uccello”, ma ovviamente, i complottisti non sono mica fessi, e’ impossibile che si sia trattato di un uccello. Prima di tutto, come evidenziato dalle foto, non ci sono evidenze di materiale organico, un uccello che arriva sul muso dell’aereo dovrebbe lasciare sangue, ma, soprattutto, l’urto e’ avvenuto a 8000 metri di quota. Quale uccello volerebbe a questa altezza? Come potrebbe un “uccello” lasciare un segno cosi’ esteso ad un Boeing?

Questi complottisti diventano ogni giorno piu’ furbi, non si riescono piu’ a raggirare …

Ovviamente, la mia e’ solo ironia. Leggendo i tanti siti internet c’e’ veramente da restare stupiti. Su alcuni forum addirittura si scherza sulla notizia dicendo che solo uno pterodattilo riuscirebbe a fare questa ammaccatura.

Davvero? Forse e’ il caso di parlare un po’ di natura, ma un po’ di piu’ di fisica.

Prima osservazione, possibile che un uccello voli a 8000 metri? Anche se non e’ una quota abituale, la cosa non e’ assolutamente improbabile. Generalmente, il volo dei grandi uccelli migratori avviene tra i 500 e i 1500 metri di quota ma la reale altezza scelta dipende in realta’ dalle termiche e dalle correnti. Come potete immaginare, dovendo percorrere lunghe distanze senza fermarsi, anche gli uccelli scelgono la via migliore che permette un notevole ed importante risparmio energetico. In fondo, e’ quello che fanno anche le compagnie aeree seguendo le correnti d’aria. Dicevamo tra 500 e 1500, ma non sono insoliti voli anche fino a 4000 metri. Si, ma nell’articolo si parla di 8000 metri. Bene, vi riporto un link di focus:

– Focus, quote migrazioni

Come potete leggere, gia’ nel 1967 sono stati avvistati cigni selvatici in volo a 8230 metri. Ora, in questo caso c’e’ stata proprio l’osservazione diretta, oggi non stiamo mica a controllare le quote di volo di tutti gli uccelli che passano. Questa notizia ci fa pero’ capire come un volo a 8000 metri non sia affatto impossibile.

Bene, ora pero’ resta da discutere l’incidente. Che genere di uccello potrebbe causare un simile danno ad un 757?

Al contrario di quanto si pensi, non serve assolutamente uno pterodattilo. Sicuramente tutti conoscerete la definizione fisica di forza, cioe’ una sollecitazione in grado di modificare lo stato di moto di un corpo. Un’altra variabile molto utilizzata, ed introdotta per la prima volta da Cartesio, e’ la quantita’ di moto, data dal prodotto tra la massa di un corpo e la velcoita’ con cui questo si muove. La quantita’ di moto e’ direttamente legata al concetto di forza, ma utile per descrivere il movimento di un oggetto. Pensateci bene, a parita’ di quantita’ di moto, un corpo grande che si muove con velocita’ piccola sara’ del tutto equivalente ad un corpo piccolo che si muove a velocita’ molto grande.

Bene, ora ragioniamo in termini scientifici. Quanto pesa un uccello? Mezzo kg? 1 kg? 10 kg? Non importa, supponiamo per praticita’ che il peso stimato sia di 5 Kg. A che velocita’ vola un uccello? Sicuramente non cosi’ alta. Se la quantita’ di moto e’ il prodotto massa per velocita’ e la massa e’ di 5 Kg, a quanto dovrebbe volare questo uccello? In realta’, il ragionamento e’ sbagliato. Non e’ l’uccello che vola cosi’ veloce, bensi’ e’ l’aereo che ha una velocita’ elevata. Entriamo nel discorso dei moti relativi. Se una macchina va contro un muro a 50Km/h si fa molto male. Se una macchina va a 50Km/h contro un’altra macchina che va a 50Km/h, lo scontro e’ equivalente a quello di una macchina che va a 100Km/h contro il muro. D’accordo?

Bene, se un uccello che vola a velocita’ trascurabile sbatte contro un aereo, questo incidente e’ equivalente a quello di un uccello che si muove alla velocita’ dell’aereo e sbatte contro il velivolo fermo.

A che velocita’ viaggia un 757? La velocita’ di crociera e’ di 860 Km/h. Poiche’ il boeing della Air China era partito solo da 20 minuti, supponiamo che andasse solo a 600 Km/h.

Bene, tenendo le stesse unita’di misura, anche se sbagliando perche’ si dovrebbe portare la velocita’ in metri al secondo, la quantita’ di moto di un uccello di 5 Kg che si scontra a 600 Km/h e’ di 3000 KgKm/h.

Con un paragone semplice semplice, questo urto e’ equivalente a quello di una massa di 300Kg che viaggia a 10 Km/h, capiamo dunque come il danno risultante sia assolutamente possibile.

Da questi calcoli, pensate ancora che l’urto sia impossibile? Non stiamo facendo supposizioni, stiamo parlando di numeri e di fisica.

Se non vi bastasse, vi voglio mostrare un link molto interessante:

– BirdStrike

F111 dopo lo scontro con un pellicano

E’ il sito di una compagnia che si occupa di studiare il fenomeno del Birdstrike, cioe’ proprio dell’urto di aerei con uccelli. Questo e’ un problema molto importante in diversi aereoporti, soprattutto nella fase di partenza e atterraggio di aerei. Come potete vedere su questo siti, ci sono decine di casi documentati.

Ragionando su questi incidenti, dovete tenere conto anche del fatto che i materiali utilizzati subiscono un invecchiamento che tende a rendere meno flessibili le superfici dal momento che queste si induriscono a causa della continua esposizione ai raggi solari. A fianco e’ riportata la foto di un caccia F111 dopo lo scontro con un pellicano. Vedendo questa foto possono venire in mente due pensieri, il primo e’ che l’incidente del boeing e’ perfettamente comprensibile, il secondo e’ che poteva andare molto peggio.

Concludendo, il caso dell’incidente al Boeing 757 della Air China e’ perfettamente spiegabile in termini di scontro con un uccello. Non solo e’ possbile vedere voli migratori sopra gli 8000 metri, ma, causa l’alta velocita’ dell’aereo, lo scontro puo’ avere conseguenze anche molto gravi. Detto questo, e’ assolutamente fuori luogo parlare di scontro con dischi volanti.

 

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