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La fisica in casa. Viaggio, stanza per sta

1. Un libro come questo non nasce per caso N pu essere mai veramente di un solo autore Quello che trovate scritto qui infatti 1l frutto di anni di studi numerose letture altrettante discussioni Vorrei perci ringraziare per primi tutti coloro che nel corso del tempo mi hanno fatto appassionare alla fisica me l hanno insegnata me l hanno fatta capire Alcuni compagni di liceo e di universit certi professori liceali molti docenti universitari tanti autori di libri e articoli e alcuni amici che condividono con me la mia stessa passione per questa splendida disciplina che spiega l infinitamente piccolo e l infinitamente grande passando dalla descrizione del comportamento delle particelle subatomiche all evoluzione dell universo nel suo insieme E che anche in grado come abbiamo visto di spiegare le nostre semplici azioni quotidiane Sarebbero troppi i nomi da citare Spero che sappiano riconoscersi A tutti loro va il mio sincero ringraziamento Oltre a questo grazie collettivo voglio offrirne anche qualcuno individuale A Pino Perla per alcuni suoi preziosi suggerimenti a David Pacifici per il conforto e i consigli su alcune difficili scelte editoriali e a Guia De Martino Norante per il lavoro di editing sul manoscritto originale Ma soprattutto voglio ringraziare Adriana Rigutti per la pazienza e la continua e instancabile opera di incoraggiamento Senza questa difficilmente sarei riuscito a porre la paro
2. tale da sopportare il nostro peso ci possiamo sempre mettere a carponi e distribuire il peso del corpo che ovviamente rimane sempre lo stesso qualunque posizione assumiamo su una superficie maggiore di quella dei nostri piedi Camminando a quattro zampe facciamo s che ogni elemento di superficie del lastrone di ghiaccio sotto di noi sopporti un carico ridotto e possa quindi resistere al nostro passaggio Il risultato non garantito ma il rischio di finire nell acqua gelida senz altro minore Chiudiamo questa parte tornando per un attimo ai coltelli da cui siamo partiti esperienza comune che alcune lame rimangono affilate per moltissimo tempo mentre altre perdono il filo molto rapidamente Naturalmente questo dipende soprattutto dal materiale di cui composta la lama stessa Questo di solito acciaio ovvero una lega di carbonio e ferro in cui la presenza di carbonio non deve superare il 2 1 per cento del peso Quando 1l carbonio presente in percentuale molto ridotta o praticamente assente si parla invece di ferro battuto che in pratica ferro con alcune impurit ed usato quasi esclusivamente per lavorazioni artigianali proprio per la sua tenerezza Se al contrario il carbonio supera quel 2 1 per cento di peso la lega ferro carbonio prende il nome di ghisa di cui possono essere fatte alcune pentole della vostra cucina All aumentare del carbonio in percentuale sul ferro il materiale ottenuto
3. Emiliano Ricci LA FISICA IN CASA Viaggio stanza per stanza tra fenomeni inaspettati e ingegnose scoperte G GIUNTI IRIZZON Emiliano Ricci LA FISICA IN CASA Viaggio stanza per stanza tra fenomeni inaspettati e ingegnose scoperte G GIUNTI ORIZZONTI Emiliano Ricci La fisica in casa Viaggio stanza per stanza tra fenomeni inaspettati e Ingegnose scoperte G GIUNTI www giunti it 2008 2013 Giunti Editore S p A Via Bolognese 165 50139 Firenze Italia Via Borgogna 5 20122 Milano Italia Prima edizione digitale luglio 2013 ISBN 9788809788015 PRO DIGI G GIUNTI FESTINA LENTE A Giulia e Leonardo che spero ameranno la fisica a Ester che mi aiuta a fargliela amare ai miei maestri che me l hanno fatta amare Prefazione Felice colui che ha potuto conoscere l essenza delle cose VIRGILIO Nucleare s o nucleare no Che cosa sono gli organismi geneticamente modificati meglio noti con la sigla OGM Che opinione si pu avere della fecondazione assistita Potremmo andare avanti con infiniti esempi parlando di cambiamenti climatici e del Protocollo di Kyoto sulla riduzione delle emissioni di gas serra oppure di nuove tecnologie per l informazione e la comunicazione parlando di Echelon Grandi Fratelli e reti di spionaggio e intercettazione varie ed eventuali oppure ancora di virus e malattie infettive emergenti come l HIV la SARS o l influenza aviaria Ogni giorno
4. Le lampadine a incandescenza trasformano in luce visibile solo una frazione molto bassa dell energia elettrica assorbita inoltre hanno una durata molto limitata perch il filamento si consuma quando la lampada accesa a causa dell alta temperatura a cui si trova infatti il tungsteno sublima passando dallo stato solido a quello aeriforme La scarsa efficienza e la ridotta durata di queste lampadine ha portato all invenzione di altre sorgenti luminose le lampade alogene per esempio sono anch esse a incandescenza ma la presenza nel bulbo di un gas alogeno come lo iodio permette da un lato di recuperare parte del tungsteno sublimato attraverso un processo chimico ciclico e dall altro di produrre una luce pi bianca di quella emessa da una lampada a incandescenza tradizionale Le lampade alogene durano circa il doppio e hanno un rendimento luminoso doppio rispetto alle altre Perch il ciclo alogeno funzioni occorre che il bulbo della lampada si trovi ad alta temperatura Per questo motivo al posto del vetro normale viene usato vetro di quarzo un vetro speciale resistente alle alte temperature Il vetro di quarzo trasparente alla radiazione ultravioletta emessa dalla lampada ma poich i raggi ultravioletti sono dannosi all occhio e alla pelle davanti al bulbo viene messa spesso una schermatura in vetro come accade nei faretti alogeni Lo schermo concavo dietro 1 faretti invece ha la funzione di assorbire la radiazione inf
5. abate svilupp i sensi dell olfatto e del gusto a tal punto da ottenere un vino spumante entrato nella leggenda anche per le sue finissime bollicine lo champagne Proprio per esaltare la sensazione olfattiva e per impedire una fuga eccessiva di bollicine il bicchiere migliore per gustare champagne o spumanti nostrani la flute alto e affusolato e non la coppa modellata secondo la leggenda sui seni di Madame de Pompadour amante di Luigi XV dall apertura troppo larga I sottili treni di bolle dello spumante partono come detto dal fondo del bicchiere Ma da dove sbocciano Curiosamente il loro punto di origine sta nelle imperfezioni del bicchiere e soprattutto negli eventuali residui di pulitura o asciugatura piccole fibre granelli di polvere da questi punti che fungono da centri di aggregazione dell anidride carbonica disciolta nel liquido che nasce la bollicina La microscopica tasca di gas che all inizio ha una dimensione di una frazione di millesimo di millimetro si allarga con l ingresso di altro gas disciolto fino a quando diventa pi leggera del liquido circostante In quel momento si stacca dal bicchiere e inizia a galleggiare fino alla superficie aumentando ancora le proprie dimensioni fino ad avere un diametro di qualche millimetro via via che altra anidride carbonica si aggiunge lungo il percorso Spumanti birre vini frizzanti sono tutti accomunati dalla presenza di anidride carbonica dis
6. apparire modesta ma si accumulata nel tempo e ha fatto s che 16 secoli dopo l equinozio di primavera cadesse nel giorno che il calendario indicava come 11 marzo anzich 21 marzo L errore fu corretto o dovremmo dire fu mitigato dalla riforma gregoriana Questa riforma voluta da papa Gregorio XIII Ugo Buoncompagni 1502 1585 venne introdotta nel 1582 con un meccanismo di recupero dei giorni persi e di riduzione massima dello scarto fra la durata dell anno tropico e quella dell anno civile Sulla base di osservazioni pi precise rispetto a quelle dell epoca romana fu infatti proposto un anno civile della durata di 365 2425 giorni pari a 365 d 5 h 49 m 12 s che differisce di soli 26 s da quello effettivo cio tropico La riforma gregoriana si articolava in sostanza in due punti Innanzi tutto occorreva raccordare il calendario dell epoca all anno tropico Per questo fu necessario eliminare 10 giorni dell anno 1582 Venne quindi stabilito che il giorno successivo a gioved 4 ottobre 1582 sarebbe stato venerd 15 ottobre 1582 Inoltre per evitare che si producessero nuovamente gli effetti di uno scarto fu decretata l eliminazione di 3 giorni ogni 400 anni con la modifica della successione dei giorni bisestili che da allora non sono 1 su 4 ma 97 su 400 saltando gli anni di fine secolo non divisibili per 400 quindi 1700 1800 1900 2100 ecc non sono bisestili mentre 1600 2000 2400 ecc sono bisestili
7. per quando le gocce cadono staccandosi dalla doccia hanno una forma pi o meno allungata mentre quando sono in volo assumono una forma leggermente schiacciata Tutto questo accade a causa dell azione della forza di gravit e della resistenza dell aria Cos solo le gocce pi piccole riescono a mantenere la loro forma sferica La tensione superficiale una manifestazione macroscopica delle forze di reciproca attrazione intermolecolare che sono sempre presenti fra le molecole di un liquido Queste forze dette di coesione sono di natura elettrostatica e fanno s che le molecole siano a seconda del liquido in esame pi o meno legate fra loro appunto questo legame fra molecole pi o meno intenso a manifestarsi sotto forma di tensione superficiale Proviamo a capire meglio il concetto considerando un liquido in un contenitore per esempio una certa quantit d acqua in un bicchiere Le molecole di acqua completamente immerse sotto la superficie sono tutte circondate da altre molecole di acqua mentre quelle che si trovano in superficie hanno un lato a contatto con l aria sovrastante il bicchiere Perci queste sentono una forza netta diretta verso l interno proprio perch richiamate dalle forze di coesione delle molecole sottostanti Tanto maggiore questa forza tanto pi grande sar la tensione superficiale ovvero la tensione della pellicola superficiale del liquido Quando una goccia di liquido arriva a contatt
8. reagisce al passaggio delle onde sonore La qualit del suono che si diffonde nella stanza infatti dipende da diversi fattori Velettronica dell impianto e in particolare dell amplificatore 1 cavi di collegamento fra 1 diversi elementi e fra l amplificatore e i diffusori acustici le prestazioni dei diffusori stessi Chiaramente non possiamo modificare l elettronica dell impianto n cambiare gli altri fattori in gioco se essi dipendono dal modo in cui stato progettato e fabbricato l impianto che abbiamo acquistato Tuttavia possiamo migliorarne le prestazioni agendo almeno sulla disposizione della stanza in particolare sulla posizione dei diffusori acustici e dei mobili che rappresentano degli ostacoli alla propagazione delle onde sonore Queste infatti possono essere riflesse rifratte assorbite diffratte esattamente come accade alle onde elettromagnetiche e in particolare alla radiazione luminosa La riflessione consiste nel rimbalzo dell onda su un ostacolo che la rimanda indietro secondo una direzione determinata il caso dell eco Se l onda incide su una superficie non piana n perfettamente levigata non viene riflessa ma rimbalza tornando indietro in tutte le direzioni in questo caso si parla di diffusione e di onda diffusa La rifrazione consiste nella deviazione della direzione di propagazione dell onda quando essa passa da un mezzo a un altro per esempio dall aria all acqua o dall aria
9. Finalmente 1 due filoni del calcolo quello filosofico concettuale del linguaggio binario sviluppato dal matematico inglese George Boole 1815 1864 sulla scia delle idee di Leibniz e quello elettromeccanico a schede perforate si uniscono In seguito Zuse allora appena ventiseienne realizz altri e pi perfezionati modelli programmabili occupando con i suoi calcolatori il salotto della casa dei genitori a Berlino Curiosamente le macchine di Zuse non riceveranno grande attenzione dal mondo scientifico tedesco per gli ingegneri del Reich il solitario scienziato costruiva una macchina di dubbia utilit Consigliato dal collega Helmut Schreyer 1912 1984 Zuse sar a un passo dall inventare l elaboratore elettronico nel quale non esistono pi parti meccaniche in movimento ma solo circuiti elettrici purtroppo per lui l idea datagli da Schreyer di sostituire 1 rel con valvole elettroniche non gli parve tale da essere presa in seria considerazione Indipendentemente da Zuse anche se con 8 amp 8 anni di ritardo il fisico americano Howard Aiken 1900 1973 in collaborazione con l IBM realizza all Universit di Harvard il Mark 1 il primo calcolatore aritmetico universale il coronamento del sogno visionario di Babbage reso possibile dagli studi svolti da Alan Turing 1912 1954 un altro illustre matematico inglese che aveva dimostrato la possibilit teorica di costruire macchine che eseguissero qualsias
10. La griglia quindi da un lato aumenta l efficienza del processo di cottura perch nessuna microonda va persa dall altro rende sicuro il forno impedendo che le microonde prodotte vadano a diffondersi nell ambiente circostante e riscaldino le barrette di cacao o le persone che si trovano intorno Spesso viene sollevato proprio il problema della sicurezza di questi dispositivi Premesso che per essere messi in commercio questi forni devono rispondere ai particolari requisiti di emissione regolamentati per legge se non vi fidate delle specifiche indicate nel manuale d istruzioni potete sempre fare il seguente esperimento Prendete un bicchiere d acqua a temperatura ambiente e misuratene la temperatura con un termometro da alimenti Fatto questo ponete il bicchiere davanti alla finestra del forno in funzione mi raccomando per non accendete mai il forno con la camera di cottura vuota perch potrebbe surriscaldarsi e andare in corto circuito aspettate che il forno termini il suo ciclo di cottura e controllate nuovamente la temperatura dell acqua Se questa rimasta uguale potete stare tranquilli le microonde sono rimaste ingabbiate dalla schermatura della griglia Se invece l acqua nel bicchiere si riscaldata forse il caso di cambiare forno FATTI E FALSIT SUL MICROONDE In realt le microonde non agiscono solo sull acqua contenuta nel cibo ma anche su tutte le altre molecole che hanno una struttura dip
11. La logica della fisica moderna Boringhieri Torino 1968 Caldirola P Dalla microfisica alla macrofisica Mondadori Milano 1974 Calvo M Ciotti F e Roncaglia G Internet 2004 Manuale per l uso della rete Laterza Bari 2003 Caprara G e Belloni L La scienza divertente Rizzoli Milano 2002 Ceruzzi P E Storia dell informatica Dai primi computer digitali all era di Internet Apogeo Milano 2005 Dirac P A M I principi della meccanica quantistica Boringhieri Torino 1978 Dunbar R Non sparate sulla scienza Longanesi Milano 1996 Fermi E Termodinamica Boringhieri Torino 1974 Feynman R P La legge fisica Boringhieri Torino 1971 Feynman R P Sei pezzi facili Adelphi Milano 2000 Fraser J T I tempo una presenza sconosciuta Feltrinelli Milano 1992 Frova A Perch accade ci che accade Rizzoli Milano 1995 Frova A Fisica nella musica Zanichelli Bologna 1999 Frova A La fisica sotto il naso Rizzoli Milano 2001 Frova A Ragione per cui Rizzoli Milano 2004 Frova A Se l uomo avesse le ali Rizzoli Milano 2007 Gamow G Biografia della fisica Mondadori Milano 1963 Gamow G Trent anni che sconvolsero la fisica La storia della teoria dei quanti Zanichelli Bologna 1966 Heisenberg W principi fisici della teoria dei quanti Boringhieri Torino 1979 Hewitt P G Fisica per concetti Zanichelli Bologna 1990 Kuhn T S La struttura delle rivoluzioni scie
12. Ma una scelta andava comunque fatta E ci pareva pi ovvio e naturale parlare di idraulica trovandoci in bagno che non in cucina oppure di acustica trovandoci in soggiorno piuttosto che in camera da letto Il risultato comunque non cambia l impianto stereo qualunque sia la sua collocazione all interno della vostra casa funzioner sempre alla stessa maniera E se per caso avete deciso di mettere una vasca a idromassaggio in camera da letto be beati voi che ve lo potete permettere Bene ma come si legge questo libro Un modo quello tradizionale dalla prima all ultima pagina senza saltarne nemmeno una Ma ce n anche un altro forse pi adatto a questi tempi in cui tutto scorre rapido e veloce Lo sciacquone del vostro bagno non funziona bene Correte al capitolo due nel bagno laboratorio L troverete descritto che cos un sifone e qual il suo semplice ma efficace meccanismo di funzionamento Il coltello non taglia come dovrebbe Il capitolo sulla cucina laboratorio il primo subito dopo queste pagine vi si consiglia non solo di affilarlo ma vi si spiega anche perch il mestiere dell arrotino non morir mai L impianto hi fi non produce suoni cos belli come quelli che avevate ascoltato nel negozio prima di acquistarlo Con ogni probabilit un problema di acustica della stanza Consultate il capitolo quattro quello sul soggiorno laboratorio e troverete qualche dritta su come disporre 1 cinqu
13. a differenza del Sole che ha il suo massimo di emissione nella banda visibile dello spettro in particolare nel giallo noi emettiamo essenzialmente radiazione infrarossa ovvero molto meno energetica Questo dipende in ultima analisi dalla temperatura superficiale del corpo emittente maggiore quella minore la lunghezza d onda della radiazione emessa E la radiazione visibile infatti a lunghezza d onda minore di quella infrarossa Fra parentesi 1 vecchi scaldini a brace riscaldavano il letto per irraggiamento non per conduzione la brace calda infatti emette radiazione elettromagnetica prevalentemente nella zona rossa dello spettro visibile e soprattutto nell infrarosso vicino Il fatto che noi emettiamo radiazione infrarossa viene proficuamente sfruttato nei visori notturni Questi dispositivi infatti sono dotati di sensori termici che evidenziano i corpi caldi rendendoli facilmente riconoscibili sullo sfondo scuro di corpi generalmente molto pi freddi dei nostri alberi muri ecc La radiazione infrarossa non sarebbe altrimenti visibile in quanto 1 nostri occhi non sono sensibili a essa Naturalmente esiste anche il modo di ridurre le perdite di calore per irraggiamento Uno dei metodi pi semplici ed efficaci quello impiegato per riscaldare le serre La radiazione solare filtra infatti attraverso 1 vetri 0 comunque 1 materiali trasparenti andando a cedere energia alle piante e comunque a tutti 1 corpi che si trova
14. attivare il sifone e ottenere l effetto di risucchio desiderato Lo schema del meccanismo di scarico molto semplice Assai pi ingegnoso invece il meccanismo di riempimento del serbatoio Una volta che questo completamente svuotato la valvola di scarico torna al proprio posto sul fondo del serbatoio stesso andando a coprire il foro da cui passata l acqua e permettendo al serbatoio di riempirsi nuovamente a questo punto che entra in funzione il meccanismo di riempimento Una valvola decide se far entrare nuova acqua nel serbatoio oppure no Questa valvola si apre quando il galleggiante cade Ma questo accade proprio quando il livello dell acqua nel serbatoio si abbassa Cos mentre l acqua si riversa nella tazza il serbatoio inizia nuovamente a riempirsi la valvola di scarico a questo punto sar chiusa sollevando il galleggiante AI termine del processo il galleggiante sar arrivato a un livello tale da chiudere la valvola di riempimento e impedire che questa versi ancora acqua nel serbatoio Come elemento di sicurezza dell impianto nel caso in cui il galleggiante si incastri sul fondo o la valvola di riempimento si blocchi nella posizione di apertura c comunque il tubo del troppopieno ovvero l apertura di scarico accessoria che versando nella tazza impedisce in ogni caso all acqua in eccesso di superare il livello di sicurezza del serbatoio e di riversarsi sul pavimento del bagno A ques
15. con un salto discreto D altra parte l etimologia del termine digitale a indicare il suo significato deriva infatti dall inglese digit che significa numero parola che a sua volta deriva dal latino digitus ovvero dito con le dita che s impara a contare Cos digitale di fatto sinonimo di numerico Ma anche diventato contrario di analogico Fino a pochi decenni fa registrare e archiviare suoni ma anche filmati avveniva in modalit analogica per esempio sui nastri magnetici le famose audiocassette e videocassette Questi supporti per erano soggetti a usura e con il tempo l informazione che contenevano si deteriorava fino a perdersi completamente Nacque cos l idea di registrare l audio in modalit digitale ovvero convertendolo in una sequenza di numeri facilmente archiviabile come file sul disco rigido del computer su CD su DVD ecc e soprattutto riproducibile sempre uguale a se stessa Avendo la sequenza di numeri e conoscendo la tecnica di codifica del segnale infatti chiunque in grado di riprodurre l audio in maniera esattamente identica alla registrazione originale definitiva detta master da cui viene poi ricavato lo stampo per effettuare le copie commerciali Per il trattamento la memorizzazione ma anche la trasmissione di suoni e di immagini anche in movimento come avviene ancora oggi nelle normali radio e televisioni analogiche si passati con il tempo dall uso di tecniche anal
16. del fatto che le differenze di velocit fra 1 vari strati concentrici in questo caso di miele sono molto minori di quelle presenti nell acqua Inoltre a differenza dell acqua versando del miele in un piatto questo non scorrer in tutte le direzioni ma tender ad accumularsi nelle vicinanze del punto di caduta Ma perch il miele si arrotola su se stesso Atterrando sul piccolo cono che si forma subito sulla fetta biscottata il miele in caduta incontra un ostacolo che gli impedisce di arrivare direttamente alla superficie della fetta e comincia a scivolare lungo le pareti del cono stesso Il flusso dunque costretto a piegarsi ma la viscosit del miele tale che il sottile filo della sostanza viene costantemente richiamato dalle forze interne per essere rimesso in linea proprio per questa tendenza al riallineamento che il miele cade arrotolandosi a spirale attorno alla collinetta di sostanza depositata sulla fetta biscottata Seguendo sostanzialmente lo stesso destino di una corda fatta di materia solida badate bene con un estremit a terra e l altra che viene lasciata cadere da una certa altezza D altra parte corda e filo di miele seguono semplicemente quello che per loro il percorso di minore resistenza ovvero quello che richiede minor dispendio di energia Finora abbiamo immaginato del miele versato da un cucchiaino o comunque in maniera tale che il flusso in caduta fosse filiforme cilindrico o tub
17. ecco quindi che l energia delle microonde andata a trasformarsi in energia interna del cibo sottoposto a cottura e in calore che si diffonde al suo interno per conduzione ma vedremo pi avanti le modalit in cui si trasmette 1l calore L uovo EsPLOSIVO Il secondo tentativo di cottura di Spencer fu eseguito su un uovo che esplose drammaticamente sul volto di uno degli sperimentatori Il motivo per cui l uovo un tipico cibo da non cuocere a microonde presto detto essendo ermeticamente chiuso l acqua liquida che si trova al suo interno comincia a evaporare e quindi a espandersi aumentando la pressione interna Poich non trova vie di fuga spinge sulle pareti del guscio fino a quando questo si rompe in maniera tipicamente esplosiva provare per credere ma poi non fate drammi se vi tocca ripulire il forno con la candeggina d altra parte il lavoro dello sperimentatore anche questo Se volete comunque cimentarvi nella cottura delle uova nel vostro forno a microonde non disperate Da qualche tempo infatti esistono in commercio particolari contenitori a doppia camera in grado di cuocere le uova a vapore senza gli inconvenienti appena visti In pratica si tratta di un contenitore che ha una camera inferiore in plastica all interno della quale va messa un po d acqua collegata a una camera superiore da una serie di piccoli fori Questa camera superiore che serve ad accogliere l uovo in metallo totalmente sc
18. infatti esse sono costituite da un apertura che in condizioni normali mantenuta chiusa da una molla Se per la pressione del vapore si alza oltre il livello stabilito questo spinge con una forza superiore alla forza elastica della molla che perci viene compressa e apre la valvola lasciando uscire vapore fino a quando all interno non si ristabilisce nuovamente una pressione tale da permettere alla valvola di richiudersi richiamata dalla forza elastica della molla La regolazione della pressione si ottiene proprio agendo adeguatamente sulla molla ovvero costringendola a una maggiore o minore compressione LA MACCHINA PER IL CAFF Se pensiamo alla bevanda pi popolare in Italia ci viene subito in mente il caff e di conseguenza se dobbiamo dire quale sia l utensile da cucina pi diffuso il pensiero vola alla moka la caffettiera ideata da Alfonso Bialetti nel 1933 e di cui facile ipotizzare che esista almeno un esemplare in ogni casa italiana ma in molte se ne trovano anche due o tre di diverse dimensioni La moka essenzialmente costituita da tre parti la base o caldaia in cui si mette l acqua e che ha la funzione di bollitore come la pentola a pressione anche la base della moka dotata di valvola di sicurezza la parte centrale costituita da un filtro metallico cilindrico adibito a raccogliere la polvere di caff macinato e da un imbuto anch esso di metallo che pesca quasi al fondo dell acqua d
19. moderna del vecchio scaldino a brace impiegato in passato per scaldare il letto in ambienti privi di riscaldamento Anche nel caso dello scaldino moderno detto scaldino elettrico si ha a che fare con una resistenza elettrica in grado di riscaldarsi al passaggio di corrente Ma in mancanza di corrente elettrica ci si pu anche accontentare di una bella borsa piena di acqua calda da mettersi sotto i piedi che insieme alle mani sono fra le zone pi fredde e pi soggette a raffreddamento del nostro corpo Spesso per motivi di sicurezza ma anche per evitare che la temperatura del letto aumenti eccessivamente termocoperte e scaldini elettrici sono dotati di un termostato un apparecchio tanto semplice quanto efficace In generale la funzione del termostato quella di mantenere costante la temperatura di un sistema Nel caso che stiamo considerando si tratta di fissare la temperatura a cui vogliamo trovare il letto e impedire alla termocoperta o allo scaldino di superarla Molti termostati si basano sul principio della dilatazione termica tutti 1 materiali infatti quando vengono riscaldati si dilatano allungandosi e aumentando di volume Accoppiando due lamine di metalli diversi ovvero con coefficienti di dilatazione differenti si ottiene come risultato che all aumentare della temperatura uno dei due metalli si allunga pi dell altro costringendo la lamina bimetallica a incurvarsi In questo modo essa pu attivare
20. permettendoci cos di distinguere progressivamente forme e dimensioni sempre pi numerose anche in una stanza quasi del tutto buia Provate a sedervi in una stanza chiusa e al buio e aspettate 15 min circa vi stupirete della capacit che hanno 1 vostri occhi di vedere Amplificare le capacit visive Dei cinque sensi la vista quello pi sfruttato e l occhio l organo sensoriale della vista uno strumento sottoposto continuamente a stimoli di carattere luminoso a parte ovviamente quando stiamo a occhi chiusi Il mondo che ci circonda per noi soprattutto un universo di luci e colori e l immagine che ne abbiamo soprattutto quella che di esso ci mostrano 1 nostri occhi Il contributo dato dagli altri sensi pur fondamentali secondario Ci vale ancor pi per lo studio di corpi lontani come accade per esempio in astronomia o molto piccoli come succede in microbiologia dove la luce disponibile molto limitata L evoluzione ci ha dotato di uno strumento eccezionale capace di distinguere fra infinite tonalit di colore di percepire il movimento anche in condizioni di bassissima illuminazione di mettere a fuoco oggetti vicini e lontani nello stesso tempo Ma anche il nostro occhio ha capacit limitate per questo motivo nel corso dei secoli gli scienziati hanno inventato strumenti che permettessero di superare questi limiti in particolare di visione di oggetti piccolissimi o lontanissimi dalla luminosi
21. pi duro ma anche meno duttile pi fragile e pi difficile da saldare Come tutti sanno il ferro ha la tendenza ad arrugginirsi la ruggine il risultato del processo di ossidazione del ferro che esposto all acqua e all aria si combina con le molecole di ossigeno acquisendo il tipico colore rossastro Proprio per ovviare a questo inconveniente stato inventato l accialo inossidabile cos chiamato perch resistente all ossidazione Per rendere inossidabile l acciaio occorre aggiungere alla lega ferro carbonio anche una discreta percentuale di cromo almeno 1l 10 per cento in peso spesso combinata anche con il nichel Solo cos 1 nostri coltelli lucidi e splendenti possono resistere alla corrosione e rimanere integri Ma ricordate che come cantava alla fine degli anni Settanta il mitico cantautore canadese Neil Young Rust never sleeps ovvero la ruggine non dorme mai LE LEVE SCHIACCIANOCI FORBICI E APRIBOTTIGLIE Adesso entriamo nel variegato mondo delle leve strumenti cos utili e importanti da far pronunciare ad Archimede la storica frase Datemi una leva abbastanza lunga e un punto d appoggio e vi sollever il mondo Che questa frase sia stata veramente detta dallo scienziato siracusano vissuto nel III secolo a C poco importa in questo contesto Quello che a XY noi interessa la scoperta che possibile muovere grandi pesi con pochissimo sforzo a patto di avere una leva un asta un s
22. quello solido l unico ad avere una forma propria Gli elementi allo stato aeriforme comunemente detto gassoso anche se impropriamente e allo stato liquido invece prendono la forma del contenitore in cui si trovano In altre parole ogni corpo solido possiede una propria configurazione geometrica a riposo dotata di una certa resistenza ovvero capace di sopportare entro determinati limiti tensioni e deformazioni causate da azioni esterne come per esempio l applicazione di forze perpendicolari sforzi di compressione o di trazione o parallele sforzi di taglio alla superficie del corpo Responsabili di questa resistenza sono naturalmente 1 legami atomici e molecolari dei materiali che compongono il corpo solido I comportamenti macroscopici osservati sono infatti da considerare sempre il riflesso visibile di quanto avviene a livello microscopico Infatti quando un corpo solido messo sotto sforzo all interno del materiale di cui composto si manifestano delle forze dovute naturalmente ai legami atomici e molecolari in esso presenti In pratica considerate due regioni interne del corpo fra queste si eserciteranno reciprocamente delle forze di contatto agenti attraverso le relative superfici di separazione Tanto pi intense sono queste forze tanto pi resistente il materiale Il rapporto fra queste forze di contatto e la superficie attraverso cui si esercitano viene chiamato dai fisici tensione interna o sf
23. sfugge il fatto che l acqua si incanala verso il tubo di scarico formando un vortice che si avvolge attorno al foro di uscita In che verso sta ruotando Ruota sempre nello stesso senso Da che cosa dipende questo verso di rotazione Queste domande sono tutt altro che oziose Su molti testi di fisica si legge infatti che 1 vortici di acqua che si creano quando si stappa un lavandino o una vasca hanno un verso di rotazione privilegiato a seconda del luogo del Pianeta in cui ci troviamo In particolare se ci troviamo nell emisfero boreale ovvero a nord dell equatore i vortici dovrebbero girare in senso antiorario mentre se ci troviamo nell emisfero australe questi dovrebbero avvolgersi in verso orario attorno al foro Ma accadr veramente cos L unico modo sperimentarlo ma prima cerchiamo di capire se succede e per quale motivo Secondo i sostenitori del vortice rotante con verso privilegiato la causa di questo fenomeno sarebbe da attribuire alla forza di Coriolis un tipo di forza molto speciale che si manifesta solo in determinate circostanze Forza speciale determinate circostanze sembra davvero misteriosa questa forza di Coriolis che prende il nome da Gustave Gaspard de Coriolis 1792 1843 il fisico francese che per primo la descrisse nel 1835 In realt gli scienziati sanno benissimo di che cosa si tratta ma per capirla bene occorre procedere per gradi Inerziale o non inerziale I fisici amano distinguer
24. tempo Fra gli studiosi del problema dell asimmetria del tempo l ipotesi pi accreditata vede nel passaggio del tempo una nostra consapevolezza cosciente dell aumento di entropia cosmica In effetti se consideriamo l universo nel suo insieme non possiamo non ritenerlo un sistema termodinamicamente isolato per cui valgano le stesse considerazioni svolte in precedenza da cui ne discende che l entropia dell Universo via via che questo si evolve aumenta sempre In altre parole l Universo sarebbe nato da uno stato estremamente ordinato per evolversi verso stati disordinati e perci sempre pi probabili Che cosa dire allora delle infinite strutture ordinate presenti nell Universo pianeti stelle galassie che si formano continuamente grazie all azione della gravitazione Senza volerci addentrare nei meandri di una teoria complessa qual la moderna cosmologia che peraltro sul problema dell entropia dell Universo e della freccia del tempo mostra varie lacune occorre dire che in generale diminuzioni locali di entropia sono ammesse a spese dell entropia totale In altri termini per tornare all esempio della stanza noi possiamo certamente mettere in ordine gli oggetti in essa contenuta riducendone perci localmente 1l livello di entropia ma quest ultima sar globalmente aumentata non fosse altro che per le trasformazioni di energia avvenute all interno del nostro corpo nell operazione di riordinamento
25. vocale In particolare la pronuncia delle vocali che caratterizza una voce rispetto a un altra Il flusso d aria che esce sotto pressione dai polmoni attraversa la laringe in cui si trovano le corde vocali Secondo i segnali inviati dal cervello esse possono entrare in vibrazione cos modulano il flusso d aria secondo uno spettro di frequenze unico determinato anche dalla geometria del tratto vocale laringe faringe cavit boccale e nasale che ha la funzione specifica di cassa di risonanza Sono tutte queste condizioni a definire le frequenze formanti della voce le onde sonore s irradiano nell ambiente attraverso la bocca e in modo parziale e discontinuo il naso Le frequenze formanti possono essere alterate anche volontariamente modificando le posizioni della mascella della lingua o delle labbra o addirittura agendo sulla rigidit del palato cio sul grado di tonicit della muscolatura del velo palatino In altre parole le corde vocali generano l onda portante che definisce l altezza del suono determinata appunto dalla loro frequenza di vibrazione il tratto vocale invece produce londa modulante che agisce sulla qualit cio sul timbro sonoro della voce Fisiologia dell orecchio umano L orecchio umano l organo dell udito e dell equilibrio suddiviso in tre parti principali e orecchio esterno che comprende il padiglione auricolare e il condotto o meato uditivo e che termin
26. Boltzmann Ludwig Boltzmann Born Max Born bps Braccio della forza Broadband Bulletin Board System Bureau international des poids et mesures di S vres Buys Ballot Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot Byte Calcolo delle variazioni Calendario Calendario giuliano Calendario lunare Calendario solare Calendario lunisolare Calore Campionamento Campionatori Campo conservativo Capacit termica Capek Karel Capek Capillarit Carico di rottura Casa intelligente Caucci Central European Time Centrale elettrica Centro di gravit Cesio CET CFC Champagne Chardin Jean Baptiste Sim on Chardin Chiocciola o coclea Ciclo Ciclo alogeno Ciclo frigorifero Ciclo termodinamico Ciclone Clausius Rudolf Clausius Clavius Cristopher Clavius Clorofluorocarburi Coefficiente Coefficiente di assorbimento Coefficiente di attrito Coefficiente di attrito statico Coefficiente di attrito radente Coefficiente di attrito volvente Coefficiente di filtrazione Coesione Forze di coesione Colore musicale Composizione armonica Compressione Algoritmi di compressione Computer Conducibilit Conducibilit elettrica specifica Conducibilit termica Conduttivit Conduzione Coni Conservazione della massa Convezione Cook James Cook Corpo nero Spettro di corpo nero Corrente elettrica Corrente elettrica alternata Corrente elettrica cont
27. Espressa in maniera molto semplice essa dice che una volta individuata la direzione del vento possibile trovare le zone di alta e bassa pressione da cui ha origine In particolare nell emisfero boreale poich il vento soffia in verso antiorario attorno all area di bassa pressione questa si trover alla nostra sinistra se ci mettiamo con le spalle al vento L area di alta pressione sar quindi a destra Nell emisfero australe naturalmente si verifica la situazione opposta La legge di Buys Ballot ha una validit approssimata perch non tiene conto degli eventuali ostacoli naturali o artificiali che possono deviare il corso del vento ma in alta quota o in mare aperto si pu applicare senza problemi Adesso non sarete esperti meteorologi ma potrete comunque divertirvi a capire come si muove il vento e perch E adesso torniamo all osservazione della vasca da bagno da dove siamo partiti Il vortice di acqua diretta verso lo scarico si fa sempre pi veloce via via che il livello dell acqua diminuisce rendendo pi evidente il senso di rotazione basta mettere nell acqua un qualunque oggetto galleggiante di piccole dimensioni per osservarlo con chiarezza Questo per non dipende dalla forza di Coriolis non perch non sia presente l effetto tutt altro ma perch sicuramente trascurabile rispetto ad altre cause in grado di alterare 1l verso di rotazione del vortice di acqua Eccone alcune la geometria della
28. Fu ancora Bohr che abbracciando senza riserve l ipotesi probabilistica della funzione d onda dette almeno in quel momento il colpo di grazia ai deterministi convinti Fra questi si trovava anche Einstein che nonostante tutto dette contributi essenziali allo sviluppo della nuova teoria Sua la famosa frase Dio non gioca a dadi data a commento di una disputa personale con Bohr con il quale per altro era legato da un rapporto di affetto e di stima reciproca Il principio d indeterminazione Il pi sembrava fatto ma non era cos Werner Heisenberg 1901 1976 giovane brillante e di belle speranze si dedicava da tempo allo studio della struttura atomica per altra via da quella di Schr dinger egli infatti aveva formalizzato le grandezze fisiche in esame con degli enti matematici che vanno sotto il nome di matrici da cui il nome di meccanica matriciale in contrapposizione a meccanica ondulatoria I risultati che trovava erano effettivamente gli stessi di Schr dinger e degli altri tuttavia purtroppo per lui le matrici su cui si trovava a svolgere 1 calcoli non erano particolarmente maneggevoli erano matrici infinite Furono ancora Schr dinger Born e altri a dimostrare l assoluta equivalenza dei due formalismi schiudendo le porte della celebrit anche al nostro Heisenberg a un passo da mollare tutto i fisici ovviamente usano il formalismo ondulatorio pi semplice e immediato ma ci non toglie alcun merito a
29. Heisenberg Heisenberg per peregrinando fra le matrici una scoperta importante l aveva fatta eccome Si trattava del famigerato principio di indeterminazione Per spiegarci faremo ricorso a un esempio Consideriamo un pallone da calcio qui forse i fisici ortodossi cominceranno a lanciare anatemi ma noi proseguiamo All inizio della partita il pallone viene posto al centro del campo questa la sua posizione iniziale La sua velocit iniziale ovviamente nulla Appena viene dato il calcio d inizio il nostro pallone comincia ad assumere posizioni diverse sul campo e velocit diverse a seconda di come viene calciato noi potremmo istante per istante tracciarne la traiettoria Il pallone infatti con il suo raggio di circa 20 cm e una massa di circa 400g un oggetto macroscopico e segue le leggi classiche della dinamica Ci significa che se un giocatore chiama la palla da un compagno di squadra quest ultimo piedi buoni permettendo potr passargliela con estrema precisione addirittura sui piedi se un fuoriclasse facendogli seguire il tragitto desiderato rasoterra a pallonetto e cos via E allora Dov tutta questa indeterminazione di cui vanno parlando i fisici Da questi ragionamenti pare che non ce ne sia traccia Consideriamo adesso un elettrone la particella microscopica per eccellenza e proviamo a immaginare una partita di calcio con un elettrone che fa le veci del pallone Qui cominci
30. La costruzione del diagramma stress strain ovvero del grafico che mette appunto in relazione la deformazione di un materiale al variare della tensione interna uno dei compiti fondamentali della fisica applicata e della scienza dei materiali per esempio questo diagramma largamente usato dagli ingegneri nello studio dei materiali impiegati nella costruzione di case ponti dighe macchine e comunque ogni qual volta si trovano a impiegare materiali che devono operare sotto sforzo cosa che accade quasi sempre Quella che abbiamo espresso come proporzionalit diretta fra tensione 0 carico applicato e deformazione pu essere considerata come la forma generalizzata individuata da Young di una legge di elasticit lineare pi vecchia formulata dallo scienziato inglese Robert Hooke 1635 1703 da cui prende appunto il nome di egge di Hooke e che riguarda proprio le molle La legge di Hooke esprime infatti la relazione esistente fra la forza applicata a una molla e la deformazione lineare che ne deriva se la forza di compressione la molla infatti si accorcia viceversa questa si allunga se la forza di trazione In particolare nel caso di una forza di trazione la legge di Hooke stabilisce una proporzionalit diretta fra la forza applicata e l allungamento della molla misurato naturalmente in relazione a una lunghezza a riposo della molla stessa in cui non si manifestano tensioni Analogo ragionamento vale nel caso di una fo
31. Ma qui vogliamo riprenderla anche perch uno dei concetti fondamentali e forse pi ostici della fisica classica per affrontarla da un diverso punto di vista Consideriamo un automobile lanciata a gran velocit lungo uno strada diritta L energia di moto 0 pi precisamente energia cinetica che possiede le conferita da una serie di trasformazioni chimiche che avvengono all interno del motore Improvvisamente un ostacolo si para davanti all automobile il conducente per evitare l urto si trover ad agire energicamente sui freni in modo da interrompere la corsa del mezzo L incidente sar sicuramente sventato ma l auto ha perso tutta la sua energia cinetica Dove finita Tutti sanno che l energia una grandezza fisica che si conserva o in altre parole per un sistema isolato essa si mantiene costante nel tempo Se ci mettessimo a cercarla ovviamente con strumenti appositi la ritroveremmo in buona parte proprio nell impianto frenante dischi ganasce liquido ecc che in occasione della brusca frenata avr aumentato la propria temperatura cio si sar riscaldato Nella frenata il conducente ha operato quella che in fisica viene chiamata trasformazione di energia l energia cinetica dell auto si trasformata in energia termica o meglio energia interna dei freni Manteniamo un po di suspense sull entropia e apriamo una parentesi Quasi tutte le leggi fisiche a noi note fino a oggi s
32. Pianeta inferiore a quella che si ha all equatore Per questo motivo considerato che la Terra ruota da ovest verso est si trover sempre pi in anticipo rispetto ai punti del meridiano lungo il quale stato lanciato ovvero a destra a est quindi rispetto a questi Analogamente un missile lanciato dal polo Nord verso sud lungo un meridiano si trover in ritardo rispetto ai punti del meridiano lo troveremo quindi ancora a destra a ovest questa volta rispetto al meridiano stesso L identico ragionamento si pu applicare all emisfero australe scoprendo che qui come detto la forza di Coriolis agisce deviando il missile verso sinistra ovvero verso est se si muove dall equatore al polo Sud verso ovest se si muove in direzione opposta Che tempo che fa Applicato ai moti a grandi scale delle masse d aria in atmosfera l effetto Coriolis spiega come si formano 1 cicloni e gli anticicloni e soprattutto dice in quale verso girano a seconda dell emisfero in cui si manifestano Tutti sappiamo che il vento si muove dalle aree ad alta pressione verso quelle a bassa pressione Se ci troviamo nell emisfero boreale la direzione del vento dall area a bassa pressione B verso quella ad alta pressione A verr deviata verso destra dalla forza di Coriolis costringendo quindi il vento a ruotare in senso antiorario attorno all area B siamo quindi in presenza di un ciclone ovvero un area a bassa pressione ci
33. Timpano Timpano dell orecchio Timpano da orchestra TMEC Tralettoria Transizione Transizione al caos Transizione di fase Transizione fra due livelli Transmission Control Protocol Internet Protocol Trasformatori Trasformazione Trasformazione di energia o energetica Traslazione Trasporto del calore Trazione Treble Troppopieno Trottola TU Tubo catodico TUC Tungsteno Turbina Tukey John Tukey Tweeter UNIVAC Urto Urto anelastico Urto elastico UT UTC Valle di un onda Valvola di sicurezza Variabile indipendente Variabili coniugate Vasi comunicanti Velocit della luce Venturi Giovanni Battista Venturi Verne Jules Verne Videotel Villaggio globale Viscosit Visione distolta Visore notturno Viviani Vincenzo Viviani Von Neumann John Von Neumann Vulcanizzazione WAN Weizenbaum Joseph Weizenbaum Wide Area Network Widescreen Wien Wilhelm Wien Wiener Norbert Wiener N Wireless Woofer Young Thomas Young Zenit Zero assoluto Zuse Konrad Zuse
34. a differenza di quanto avviene nella fisica nucleare e delle particelle dove si osservano fenomeni in cui una parte della massa viene convertita in energia secondo la famosa equazione di Einstein che stabilisce l equivalenza fra queste due grandezze Consideriamo per esempio un flusso di acqua che si immette in una tubatura Se questa tubatura ha un improvviso restringimento ovvero una riduzione della sezione trasversale alla direzione di moto del fluido questo deve necessariamente aumentare la propria velocit poich la quantit di acqua che attraversa una sezione della tubatura nell unit di tempo deve rimanere costante Se non rimanesse tale infatti significherebbe che all interno del tratto di tubo compreso fra le due sezioni diminuita o aumentata la quantit d acqua ovvero che in quel tratto si ha una perdita o un ulteriore apporto di fluido La grandezza fisica che permette di definire questo principio di conservazione la portata che rappresenta la quantit di fluido che attraversa una sezione di area data nell unit di tempo Nel caso tipico in cui la sezione di un condotto sia perpendicolare alla velocit della corrente fluida la portata molto semplice da calcolare essendo data dal prodotto della sezione ovvero dal valore della superficie attraversata dal fluido per la velocit del fluido stesso Quanto espresso prima quindi pu essere definito in termini di costanza della portata ne deriva anche
35. a velocit basse mentre diventa banale e quasi naturale a velocit pi alte sempre un gioco di momenti angolari momenti di forze e tenacia degli assi di rotazione A velocit basse infatti l asse giroscopico che in questo caso individuato dal mozzo della ruota meno tenace e una piccola inclinazione pu far s che il momento della forza di gravit ci tiri gi per terra praticamente indisturbato Viceversa a velocit alte il momento angolare grande e la tenacia dell asse giroscopico ci permette di restare dritti in sella resistendo alle continue sollecitazioni della forza peso La prossima volta che andate in bicicletta ricordatevi di ringraziare il momento angolare FIAT LUX Abbiamo tirato tardi con la girata in bicicletta ed calata la sera Rientriamo a casa e con un gesto automatico premiamo un interruttore per accendere la luce nel corridoio La radiazione luminosa emessa dalla lampadina si diffonde immediatamente in tutto l ambiente illuminando pareti mobili oggetti che riacquistano 1 loro colori altrimenti invisibili nell oscurit Una parte della luce viene sempre assorbita una parte riflessa ed quella che vediamo e che d colore all oggetto o se l oggetto ha una certa trasparenza come nel caso di un vetro di una finestra o della plastica di una bottiglia un altra frazione si trasmette attraverso il suo corpo per riemergere dalla parte opposta Un vetro in grado di trasmett
36. acqua i cibi mantengono valori nutrizionali pi elevati Occorre invece fare molta attenzione alla scelta dei contenitori i materiali pi usati sono vetro carta ceramica e plastica perch sono trasparenti alle microonde le microonde passano attraverso questi materiali come la luce attraverso un vetro Essi perci non sono scaldati dalle microonde ma dal cibo che contengono questo pu raggiungere temperature molto alte che possono per esempio fondere alcune plastiche le cui sostanze andrebbero a contaminare il cibo sempre meglio usare contenitori in vetro e ceramica resistenti alle alte temperature e ricordarsi di estrarli dal forno a microonde con le stesse precauzioni che useremmo con un forno tradizionale il rischio di ustioni e bruciature sempre in agguato Ma che cosa succede al cibo Perch per la prova di schermatura abbiamo scelto proprio un bicchiere d acqua Perch il forno a microonde cuoce o riscalda gli alimenti agendo proprio sulle molecole d acqua che questi contengono generalmente in abbondanza La molecola d acqua composta da un atomo di ossigeno e da due atomi di idrogeno questi ultimi sono posti ai vertici della base di un triangolo isoscele mentre al vertice opposto alla base sta l atomo di ossigeno La molecola d acqua ha una caratteristica fisica importante quella di essere elettricamente polarizzata In pratica gli elettroni esterni della molecola impegnati nei legami tra l a
37. acronimo dell espressione inglese Because It s Time Network cio perch ora di mettersi in rete Con questo le universit statunitensi volevano sottolineare il ritardo con cui era giunto il finanziamento per la connessione fra centri di ricerca civili in confronto con quelli per scopi militari Anche l Europa non sta a guardare e comincia dapprima la sperimentazione dei servizi noti in Italia con il nome Videotel il primo in Francia ed del 1980 il Minitel poi inizia la vera e propria ramificazione di reti di computer L equivalente europeo di Bitnet prende il nome di EARN European Academic Research Network mentre anche in Italia cominciano a svilupparsi i primi BBS Gli anni Novanta del Novecento testimoniano una crescita esponenziale delle connessioni in rete sia essa dedicata che per via telefonica da parte di enti pubblici Istituzioni private centri commerciali privati cittadini Le autostrade elettroniche come le defin Al Gore vicepresidente degli Stati Uniti all epoca della presidenza di Bill Clinton sono ora una realt Questa la storia avvincente delle reti di computer Curiosamente non abbiamo mai fatto menzione di Internet la rete per eccellenza Per la verit infatti non esiste ufficialmente nessuna rete con questa denominazione non si tratta cio n di un operazione commerciale n di un ente di ricerca con scopi precisi Internet non altro che l insieme delle molte re
38. al vetro Un esempio tipico quello del remo parzialmente immerso nell acqua che sembra spezzato ci avviene proprio perch 1 raggi di luce passando dall acqua all aria vengono deviati L assorbimento la scomparsa parziale o totale dell onda che viene catturata dagli ostacoli che incontra durante la propagazione o dal mezzo stesso in cui si propaga La diffrazione un fenomeno tipico di ogni moto ondoso e si verifica quando un onda incontra un ostacolo sul suo cammino i bordi dell ostacolo alterano il fronte d onda che ad esempio da piano pu diventare sferico variano la direzione di propagazione dell onda Questo fenomeno dipende dalla lunghezza d onda e dalle dimensioni dell ostacolo ed tanto pi evidente quanto pi queste sono confrontabili con la lunghezza dell onda A causa della diffrazione un onda pu aggirare un ostacolo e propagarsi anche al di l di questo cos che le onde sonore prodotte nel soggiorno possono arrivare seppure attenuate nelle altre stanze dell appartamento grazie a una serie di riflessioni sulle pareti interne della casa e anche grazie alla loro diffrazione causata principalmente dal passaggio attraverso le porte che collegano fra loro le varie stanze Torniamo dunque al nostro home theatre che non suona come dovrebbe o meglio come vorremmo che suonasse in fin dei conti al di l di tutte le specifiche tecniche possibili e immaginabili siamo noi con i nost
39. anche modulo di Young dal nome del fisico e medico britannico Thomas Young 1773 1829 noto non solo per le sue ricerche sull elasticit dei materiali ma anche e soprattutto per i suoi studi di ottica fu infatti Young con il suo famoso esperimento della doppia fenditura a dimostrare in maniera incontrovertibile la natura ondulatoria della luce Il modulo di elasticit definisce pertanto l elasticit del materiale e anche quanta energia meccanica elastica pu immagazzinare In generale pi elevato il valore del modulo di elasticit pi il materiale difficile da allungare comprimere o piegare Per essere leggermente pi rigorosi occorre dire che in realt non esiste un unico modulo di elasticit per ciascun materiale ma ne esistono tre esattamente tanti quanti sono 1 tipi di tensione possibile allungamento trazione accorciamento compressione e scorrimento taglio I primi due corrispondono a carichi applicati perpendicolarmente alla superficie del corpo mentre l ultimo come accennato in precedenza fa riferimento a forze applicate tangenzialmente a tale superficie Mamma mia che stress Quando studiando il comportamento di un materiale i fisici si trovano nella situazione in cui tensione e deformazione sono direttamente proporzionali dicono che l elasticit nella regione lineare del diagramma tensione deformazione binomio forse pi noto con l equivalente espressione inglese stress strain
40. apposito il termometro Prima di introdurre la misura della temperatura occorre capirne il concetto e procedere poi a una sua definizione operativa Prendiamo due corpi A e B il primo che al tatto sembri freddo e il secondo che sembri caldo Ponendoli a contatto ci accorgeremo che dopo un certo intervallo di tempo che pu essere anche molto lungo sia A sia B sembreranno alla stessa temperatura Quando due corpi A e B si trovano in questa condizione si dice che sono all equilibrio termico In generale si dice che due corpi sono in equilibrio termico se posti a contatto il sistema risultante in equilibrio termico Un modo semplice per verificare se due corpi A e B sono in equilibrio termico consiste nell impiegarne un terzo C come termometro In pratica s1 tratta di procedere esattamente come indicato nel principio zero della termodinamica il corpo C indica cio misura l uguale temperatura dei corpi A e B e per questo motivo viene chiamato termometro In particolare la temperatura di un sistema quella propriet che determina se un sistema in equilibrio termico o meno con altri sistemi Non banale osservare che l idea contenuta nel principio zero per quanto semplice non ovvia Essa esprime il fatto fondamentale che la temperatura di un sistema una grandezza che tende dopo un tempo sufficientemente lungo ad assumere il valore di quella dei sistemi con cui a contatto La nostra esperienza quotidiana c
41. aumento della resistivit nei semiconduttori a una temperatura pi alta in genere corrisponde una diminuzione della resistivit e quindi una maggiore disponibilit del materiale a far passare corrente elettrica Tutte queste caratteristiche specifiche dei semiconduttori vengono sfruttate in campo industriale proprio per realizzare componenti e dispositivi elettronici impiegati negli usi pi svariati diodi transistor dispositivi ad accoppiamento di carica CCD memorie per computer microprocessori ecc provate a contare quanti apparecchi avete in casa che impiegano dispositivi a semiconduttore come quelli appena citati scoprirete forse con stupore di essere circondati e di non poter pi fare a meno di loro Se ancora avete qualche dubbio e siete convinti che in casa vostra non essendoci il computer i semiconduttori non sono entrati contate quanti telefoni cellulari vi portate dietro o anche solo quanti telecomandi avete in soggiorno il segnale che una volta premuto un pulsante dice al televisore di accendersi o al videoregistratore di cominciare a registrare inviato da un LED dall inglese Light Emitting Diode ovvero diodo a emissione di luce una sorta di lampadina colorata che altro non che uno dei dispositivi a semiconduttore pi usati e diffusi Nei telecomandi in genere si usano LED a infrarossi ma esistono LED praticamente di tutti 1 colori rossi verdi blu consumano poco durano tanto e danno colori brill
42. bilia lenta che passi nelle loro estreme vicinanze pu cadervi proprio in virt della deformazione geometrica del piano di gioco Un aspetto ancora pi rilevante il fatto che colpendo con la stecca la bilia in posizioni diverse rispetto al centro le imprimiamo anche una rotazione intrinseca oltre al moto traslatorio essa acquista momento angolare In pratica il momento angolare sta al moto rotatorio come la quantit di moto sta al moto traslatorio per il quale vale anche un principio di conservazione nel caso di sistemi isolati Ma il fatto che la bilia strisciando sul panno ruoti su se stessa significa anche che oltre all energia cinetica traslazionale ha un energia cinetica rotazionale che deve essere presa in considerazione quando applichiamo il principio di conservazione dell energia Ecco 1 motivi fisici per cui possono esistere colpi a seguire colpi a rientrare colpi a curvare rimbalzi strani sulle sponde o fra bilie tutto dovuto alla rotazione intrinseca della bilia e alla sua interazione di attrito con il panno Un esempio tipico quello della bilia di attacco che anche dopo l urto segue per un po la bilia colpita Il colpo a seguire si ottiene colpendo la bilia in una posizione superiore rispetto al suo centro Ovviamente questo fenomeno non rappresenta una violazione della conservazione dell energia la bilia di attacco infatti cede la sua energia cinetica traslazionale ma mantiene quella rotazional
43. cardinale nord con il punto cardinale sud passando per lo zenit del posto cio il punto esattamente sopra le nostre teste Ma possiamo anche scegliere il Sole e definire il giorno solare come il tempo intercorso fra due passaggi consecutivi al meridiano del luogo Ma giorno siderale e giorno solare non coincidono nell arco di un giorno infatti il Sole si sposta dal punto in cui era stato osservato a causa del moto di rivoluzione del nostro pianeta attorno al Sole appunto cos che la Terra costretta a ruotare un altro po per ritrovare il Sole al meridiano Questo significa che il giorno solare leggermente pi lungo di quello siderale la differenza ammonta in media a circa 4 min Ogni giorno quindi il Sole si sposta rispetto allo sfondo delle stelle fisse sfasando gli orologi solari da quelli siderali esistono anche questi e naturalmente sono impiegati negli osservatori astronomici Bene potremmo dunque scegliere un qualunque giorno solare dopo tutto sulla presenza della luce del Sole che basiamo le nostre attivit quotidiane suddividerlo in 24 ore suddividere ogni ora in 60 min ogni minuto in 60 s e pensare di aver sistemato tutto Purtroppo per non cos Perch la Terra orbita attorno al Sole percorrendo non una circonferenza ma un ellissi In altre parole il nostro pianeta non sempre alla stessa distanza dal Sole ma si avvicina e si allontana da questo Ora si d il caso che un pian
44. che compongono un WC I sistemi idraulici che devono lavorare insieme sono tre la tazza con il sifone il meccanismo di scarico lo sciacquone e il meccanismo di riempimento dell acqua Questi ultimi due sono naturalmente nascosti nel serbatoio d acqua la cassetta ma in molti casi possono essere studiati tirando su il coperchio del serbatoio che semplicemente appoggiato alla cassetta proprio per rendere agevoli eventuali operazioni di manutenzione dell impianto Cos troviamo la valvola di riempimento il galleggiante il tubo di sicurezza detto anche troppopieno e la valvola di scarico Tutti questi elementi possono essere disposti in maniera varia ed eventuale ma sono sempre presenti all interno del serbatoio A mettere in funzione l insieme di scarico carico naturalmente una leva che di volta in volta pu essere attivata da una catenella da un pulsante da una maniglia e cos via Analizziamo la tazza di maiolica avente sul retro l elemento fondamentale dell impianto idraulico del WC il sifone Supponete che il serbatoio sia guasto e non possiate usarlo per scaricare acqua nel WC Nessun problema perch la tazza e il sifone pur non avendo alcuna parte mobile o n essendo chiss quale strano marchingegno tecnologico sono comunque pi che sufficienti e possono svolgere egregiamente il loro lavoro anche in assenza dei due sistemi di scarico e di riempimento Scopriamo come In generale un sifone u
45. che intercorre fra due noviluni successivi La sua durata sta aumentando a causa del trasferimento di energia rotazionale terrestre all orbita lunare attraverso le maree La durata media di 29 53 giorni circa Per definizione la durata del mese sinodico e dell anno tropico sono espresse in giorni di 86 400 s di tempo atomico quindi non dipendono pi dal rallentamento della rotazione terrestre Sia l anno che il mese sinodico non sono commensurabili con il giorno cio non contengono un numero intero di giorni n di loro sottomultipli Se un valore frazionario va benissimo per l uso astronomico per non ammissibile per l uso civile D altra parte come sostenuto dall astronomo tedesco Cristopher Clavius 1538 1612 il principale artefice della riforma gregoriana del calendario annum civilem necessario constare ex diebus integris necessario che l anno civile sia formato di giorni interi per cui occorre trovare una soluzione a questo inconveniente La soluzione l intercalazione a un certo numero di anni di 365 giorni si fa seguire un anno di 366 oppure a un mese lunare di 29 giorni si fa seguire un mese di 30 e cos via Occorre comunque introdurre altri meccanismi correttivi Infatti nessuna intercalazione per sempre perch non modifica l incommensurabilit e la variabilit dei periodi Cos paese e tempo che vai calendario che trovi a seconda del metodo scelto di intercalazione Ciascuna n
46. comportamento casuale e disordinato ma in realt regolato da precise leggi certe reazioni chimiche le orbite di alcuni sistemi planetari ma anche l andamento dei mercati finanziari lo sviluppo di un sistema biologico o l evoluzione di un gruppo sociale ne sono esempi Alla base della scienza del caos il cui scopo quello di individuare regolarit laddove sembra che non ve ne siano si trova una propriet fondamentale dei sistemi dinamici complessi conosciuta tecnicamente con il nome di dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali Con questa espressione gli studiosi del caos intendono dire che un sistema pu evolvere nel tempo con modalit del tutto diverse anche se gli stati iniziali sono molto vicini fra loro In altre parole un errore piccolissimo nella conoscenza dello stato di partenza di un sistema ovvero la condizione in cui si trova il sistema nell istante di tempo scelto come istante iniziale pu propagarsi in maniera tale da rendere impossibile determinare con certezza come questo evolver nel tempo e dare cos previsioni certe sui suoi possibili stati futuri Tuttavia non tutti 1 sistemi sono caotici Perch lo siano o meglio perch lo possano diventare occorre che il sistema di equazioni matematiche che ne descrive il comportamento contenga almeno un equazione non lineare Ci significa che non tanto la quantit di variabili necessarie per descrivere il sistema n la complessit delle equ
47. dall applicazione di un algoritmo che riesce a comprimere il suono mantenendo una qualit audio molto fedele all originale sia pure a prezzo di una certa perdita di dati In pratica per ridurre le dimensioni del file e di conseguenza risparmiare spazio di archiviazione il codificatore mp3 rimuove dal file audio alcuni suoni Il trucco per mantenere alta la qualit consiste nell eliminare quei suoni che gli studi di psicoacustica la disciplina che si occupa della percezione soggettiva del suono dicono che non possono comunque essere rilevati dall orecchio umano In genere tuttavia un buon ascoltatore in grado di riconoscere la differenza fra un file in formato mp3 e un CD originale HOME THEATRE E ACUSTICA DOMESTICA Abbiamo appena acquistato un impianto home theatre e l abbiamo installato in salotto Siamo ansiosi di metterlo alla prova fra le mura domestiche dopo che le prove di ascolto nel negozio ci avevano dimostrato che quello era esattamente l impianto che volevamo e cercavamo da tempo Inseriamo il DVD nel lettore alziamo il volume e il suono che esce dai diffusori acustici impastato la stanza rimbomba insomma quella che stiamo vivendo un esperienza di ascolto completamente diversa da quella vissuta in negozio Come possibile La risposta a questa domanda sta nell acustica del nostro soggiorno ovvero nel modo in cui la stanza e tutto il suo contenuto poltrone divani tavoli mobili
48. dell energia fornita dall esterno ci troviamo con il sistema a temperatura pi bassa a causa di un trasferimento netto di calore dal sistema stesso all ambiente Per ottenere questo risultato il cosiddetto ciclo a compressione impiegato nella maggioranza dei frigoriferi e congelatori domestici sfrutta un fluido intermedio detto refrigerante con cui sistema e ambiente possono scambiare calore In particolare le quattro trasformazioni del ciclo possono essere sintetizzate cos 1 espansione dove il refrigerante espandendosi rapidamente diminuisce pressione e temperatura passando in parte dallo stato liquido a quello di vapore 2 evaporazione dove il refrigerante cambia completamente di stato passando da liquido a vapore sottraendo calore dal sistema 3 compressione dove il vapore refrigerante viene appunto compresso subendo un drastico aumento di temperatura 4 condensazione dove il vapore riduce la temperatura trasferendo calore verso l ambiente esterno e passando nuovamente allo stato liquido Cos sfruttando successivi passaggi di stato liquido vapore e di compressione espansione possibile raffreddare un corpo senza avere a disposizione alcun altro corpo a temperatura pi bassa Il ciclo procede fino a che all interno dei vani del frigorifero e del congelatore non si raggiungono le temperature indicate dai termostati Se per cause varie apertura del frigorifero inserimento di cibi caldi scam
49. della stanza Occorre fare molta attenzione alla definizione di sistema termodinamicamente chiuso la stanza evidentemente non lo se noi agiamo al suo interno e non ci consideriamo facenti parte del sistema In ogni caso e malgrado gli innegabili problemi la convinzione che identifica l aumento di entropia cosmica con le origini del nostro senso del tempo rimane forte proprio nello spirito dei princ pi esposti per la prima volta da Eddington Chiss se i fisici su questa questione osteggiati dai pi potranno davvero porre la parola fine oppure dovranno cedere il passo ai loro detrattori un folto gruppo di biologi psicologi filosofi sociologi che vedono nella freccia del tempo un problema legato essenzialmente alla vita e alla nostra coscienza impossibile da relegare nell angusto ambito della scienza delle cose inanimate Oppure quando forse avremo compreso l ancora inafferrabile rapporto che lega la nostra mente e la nostra coscienza alla materia del nostro cervello chiss che tutti non si debbano inchinare a una diversa e ancora ignota soluzione Concludiamo questo paragrafo e con esso il capitolo sottolineando come al termine delle nostre considerazioni di termodinamica sia tornata alla ribalta la forza di gravitazione universale gi nella mente di Einstein quando teorizz la relativit generale questa infatti che governa l evoluzione a grande scala dell Universo questa che governa la formazione di
50. di analogico e digitale abbiamo detto che a livello macroscopico tutti 1 fenomeni sembrano svolgersi con continuit senza salti n Improvvise inversioni una grandezza passa da un valore a un altro toccando sempre tutti i valori intermedi E almeno secondo il senso comune non potrebbe fare altrimenti Natura non facit saltus la natura non fa salti dicevano gli antichi convinti che tutto in natura si svolgesse con continuit il passaggio del tempo un percorso nello spazio un cambiamento di uno stato energetico di un corpo e cos via Mai pi secca smentita venne a quella professione di fede nella continuit della natura se non dai fisici che vissero i primi trent anni del secolo scorso Planck Bohr Schr dinger Born Heisenberg De Broglie Dirac tanto per citare coloro che maggiormente hanno contribuito a questa imponente rivoluzione scientifica hanno mostrato a tutti come il mondo dell infinitamente piccolo sia profondamente diverso dal mondo macroscopico aprendo cos la strada a uno sconvolgimento epistemologico ancora in atto e ben lungi dal volgere al termine La folle idea di Planck Fra la fine del XIX secolo I fisici sperimentali continuavano a raccogliere dati su esperimenti a cui ancora nessuno era riuscito a dare risposta lo spettro del Sole la struttura dell atomo i raggi X la radioattivit Max Planck 1858 1947 studiava termodinamica e fu l che trov la risposta La luce ipotizz in una
51. e s innesti la marcia E questa una diretta conseguenza del famigerato secondo principio Che cosa afferma dunque di cos importante E come si lega tutto questo all entropia Ricordato in estrema sintesi esso afferma che il contenuto di calore dei corpi cio la loro energia interna pu essere usato per svolgere lavoro come definito in fisica solo quando c comunque anche passaggio di calore In pratica non tutto il contenuto di calore di un corpo pu essere trasformato in lavoro riferendosi all esempio anche volendo mettere in atto la trasformazione che vuol fare il conducente non tutto il calore dei freni potrebbe essere usato per far riacquistare energia cinetica all auto cio per compiere lavoro su di essa ma una parte di questo calore verrebbe inesorabilmente dissipata La trasformazione opposta viceversa abbiamo visto che un operazione di estrema semplicit Verso il 1870 un altro grande fisico l austriaco Ludwig Boltzmann che abbiamo gi incontrato nel capitolo precedente dimostr che il secondo principio della termodinamica una legge statistica e pu essere enunciato in termini di probabilit Nella sua formulazione si afferma che un sistema chiuso tende sempre a trasformarsi da uno stato pi ordinato a uno meno ordinato perch lo stato meno ordinato ha maggiori probabilit di prodursi Basti pensare a quanto facile mettere in disordine una stanza rispetto alle difficolt che si incont
52. e sinistro Cos il prezzo degli effetti stereofonici il raddoppiamento delle dimensioni del file Per fare un esempio lo spazio di archiviazione di 1 min di audio in qualit CD cio con risoluzione a 16 bit e 44 kHz di frequenza di campionamento di 10 megabyte Mb circa 10 milioni di byte dove 1 byte contrazione dei termini inglesi binary term termine binario unit di misura della capacit di archiviazione delle memorie informatiche una sequenza ordinata di 8 bit Se invece il minuto di musica registrato a 22 kHz con una risoluzione di 8 bit serve uno spazio di archiviazione di circa 1 25 Mb E se il suono stereo queste dimensioni vanno raddoppiate Negli ultimi anni gli informatici si sono dedicati a cercare di risolvere il problema dell occupazione di memoria dei file audio e di quelli grafici e video individuando alcune tecniche di riduzione delle dimensioni chiamate algoritmi di compressione In pratica il segnale numerico viene trattato in modo da non abbassare eccessivamente la qualit audio cos che l orecchio continui a sentire suoni non troppo distorti riducendone per le dimensioni Pur essendo l audio molto difficile da comprimere sono stati individuati comunque alcuni algoritmi di compressione in grado di ridurre le dimensioni del file di un fattore 10 senza registrare grosse perdite di qualit Fra questi il formato audio compresso pi famoso senz altro 1 mp3 che deriva
53. elettrico l avvolgimento sul rotore che induce la corrente nell avvolgimento dello statore Per questo motivo il primo avvolgimento di rame prende il nome di induttore mentre il secondo si chiama indotto Proprio in virt del meccanismo con cui viene prodotta la corrente uscente dall alternatore appunto alternata cio varia in maniera ciclica con un andamento sinusoidale diversa dalla corrente continua generata per esempio dalle batterie o da alcuni tipi di alimentatore come quelli impiegati nei computer portatili o nei caricabatteria dei cellulari La scelta se diffondere l uso della corrente continua o di quella alternata fu il risultato di una vera e propria battaglia per il predominio industriale fra due grandi inventori del XIX secolo lo statunitense Thomas Alva Edison 1847 1931 gi inventore del fonografo e detentore del brevetto contestato per l invenzione della lampada a incandescenza fervido sostenitore della corrente continua e il serbo Nikola Tesla 1856 1943 geniale immigrato negli Stati Uniti per trovare fortuna e accanito sostenitore della corrente alternata al quale una sentenza del 1943 della corte suprema statunitense attribu anche la paternit dell invenzione della radio considerata fino ad allora frutto dell ingegno di Marconi Al termine di quella che venne chiamata guerra delle correnti la spunt proprio Tesla per la grande facilit con cui possibile modificare i valori d
54. eventuali di surround circondare in inglese invece sono riprodotti dalle normali casse o dai cosiddetti satelliti diffusori di piccole dimensioni da collocare anch essi in maniera opportuna In particolare in un impianto home theatre del tipo 5 1 ovvero con 5 diffusori di frequenze medio alte e un subwoofer 1 2 diffusori principali stanno davanti all ascoltatore in modo da formare con esso 1 vertici di un triangolo equilatero quello centrale sta esattamente di fronte all ascoltatore e i 2 posteriori vanno collocati ai lati dell ascoltatore ma in posizione arretrata Grazie a questa disposizione gli sfasamenti dei segnali nei diversi canali audio uno per ciascun diffusore vengono esaltati dandoci l impressione di trovarci nel mezzo dell azione o del concerto evidente che a patto di non avere ostacoli fra noi e le sorgenti del suono a influenzare in particolar modo le onde sonore sono le riflessioni successive all emissione note come riverberi Grandezze fondamentali dei riverberi sono e l intensit dell onda riflessa che dipende da quanta parte dell onda viene assorbita dall ostacolo e 1 tempi di ritorno o tempi di riverberazione ovvero il ritardo con cui arrivano al nostro orecchio rispetto al suono diretto che dipendono ovviamente dalla velocit del suono nell aria che a sua volta dipende dalla temperatura Conoscere questi dati fondamentale per progettare e costruire sale
55. ferme che rappresenta quindi la resistenza a iniziare un moto e quello radente presente fra due superfici di contatto che strisciano l una contro l altra e quello volvente attivo quando si ha invece un corpo che rotola su un altro Nel biliardo in momenti diversi e talvolta contemporaneamente l attrito statico quando la bilia ferma i due attriti dinamici quando in movimento sono presenti tutti e tre 1 tipi di attrito Con buona approssimazione la forza di attrito fra due superfici costante e indipendente dalle velocit con cui queste si muovono Naturalmente su superfici scorrevoli o lubrificate si manifesta una forza di attrito minore di quella presente su superfici ruvide o addirittura appiccicose Infine per una data coppia di superfici il coefficiente di attrito statico sempre maggiore del coefficiente di attrito radente anche se per alcuni materiali sono molto vicini in valore e questo sempre maggiore del coefficiente di attrito volvente dove per coefficiente di attrito si intende proprio la misura di questa resistenza Alcuni biliardi professionali hanno il panno riscaldato proprio per ridurre di una certa percentuale gli attriti dinamici Scopo principale del gioco del biliardo colpire con la propria bilia quella dell avversario o comunque le altre bilie disposte sul panno sfruttando anche gli eventuali rimbalzi con le sponde un capitolo importante della fisica del biliardo quindi riguarda
56. ferro ma nettamente superiore a quelli di polietilene e gomma aventi moduli di Young rispettivamente pari a un centesimo e a un decimillesimo di quello dell alluminio facile intuire che un materiale tanto pi elastico quanto pi basso il valore del suo modulo di Young Ai diversi tipi di gomme pi o meno dure sono anche associati moduli di Young diversi Fra il tipo di gomma pi dura e quello di gomma pi morbida ed elastica 11 modulo di Young cambia addirittura di un fattore 10 Viceversa moduli di elasticit molto alti come quelli dell acciaio sono indici di un elevato grado di rigidit Ecco perch i materassi a molle sono molto diversi da quelli in lattice di gomma La molla riveste in fisica classica un ruolo molto importante Lo studio del suo moto quando essa spostata dalla sua posizione di equilibrio infatti alla base degli studi di tutti 1 moti oscillatori e periodici La molla ideale perfettamente elastica indeformabile condizioni che si verificano nelle molle reali solo nel caso di deformazioni di piccola entit non soggetta ad attriti o ad altre cause di smorzamento il prototipo di quello che 1 fisici chiamano oscillatore armonico L oscillatore armonico un sistema meccanico che spostato dalla sua condizione di equilibrio soggetto a una forza di richiamo proporzionale all entit della deformazione ovvero a una forza elastica la cui espressione ricavabile dalla legge di Hook
57. gli urti Gli urti sono fisicamente di due tipi elastici o anelastici Per capire che cosa significano oltre alla quantit di moto gi vista occorre definire anche l energia cinetica traslazionale data dal semi prodotto della massa di un corpo per il quadrato della sua velocit un corpo in moto perci sempre dotato di una certa energia cinetica o di movimento Un urto si dice elastico o perfettamente elastico quando nel sistema preso in esame per esempio due bilie si conservano sia la quantit di moto sia l energia cinetica totale cio quando queste grandezze hanno lo stesso valore sia prima che dopo l urto In pratica la bilia che prima era in movimento trasferisce in tutto o in parte la propria quantit di moto e la propria energia cinetica alla bilia ferma in modo tale che le due quantit prima e dopo l urto siano uguali Nel caso limite di due bilie identiche e di un urto perfettamente centrale la prima bilia dovrebbe fermarsi e la seconda iniziare a muoversi con la stessa velocit con cui si muoveva la prima Tutti 1 giocatori di biliardo e non solo sanno che gli urti perfettamente elastici esistono solo nei biliardi ideali in quelli reali nessun urto mai completamente elastico Il caratteristico suono che udiamo al momento dell impatto per esempio indica che parte dell energia di movimento viene impiegata per creare l onda sonora che si diffonde nell ambiente Ma non solo dopo ogni urto
58. occhi a intervalli regolari chiaro che se campioniamo il segnale aprendoli una volta al secondo ci capiter di vedere la lampada sempre accesa o sempre spenta e penseremo che questa in realt non lampeggia Se per apriamo gli occhi 2 volte al secondo vedremo chiaramente la lampada una volta accesa e una volta spenta e saremo in grado di ricostruire perfettamente il fenomeno Con il campionamento digitale i suoni vengono rappresentati in forma numerica come sequenze di bit contrazione dell inglese binary digit cifra binaria ovvero di unit elementari d informazione tipicamente associate a variazioni definite del segnale elettrico In informatica il bit corrisponde ai numeri 0 e 1 associati agli stati logici no e s o falso e vero che in ultima analisi corrispondono rispettivamente agli stati fisici di un circuito elettrico 0 se il circuito aperto spento e quindi non lascia passare corrente 1 se il circuito chiuso acceso e quindi permette il passaggio di corrente Sembra impossibile ma il funzionamento dei circuiti elettrici di tutte le apparecchiature elettroniche moderne dai computer ai televisori dagli impianti stereo alle lavatrici alle lavastoviglie ecc basato proprio su questi due stati elementari la rappresentazione di informazioni pi complesse richiede l uso di un insieme pi o meno ampio di bit Cos con un opportuna sequenza di 0 e 1 che pu essere anche lunghissima possi
59. ora il record per una bolla sferica a base di acqua sapone e glicerina secondo la ricetta citata sopra pari a 2 3 m di circonferenza anche se il record di bolla pi grande del mondo detenuto da una sfera di sapone di ben 35 m di circonferenza Con un altra ricetta invece si possono ottenere bolle che durano per mesi a patto di averne cura Una bolla fatta con tre parti uguali di acqua soluzione commerciale per bolle e glicerina arrivata a durare addirittura 342 giorni Le bolle di sapone sono presenti anche nell arte La prima bolla di sapone compare nel 1595 a opera del pittore olandese Hendrick Goltzius nella pittura fiamminga la bolla simbolo di fragilit della vita umana ma anche vista come un gioco di bambini Forse stata proprio la diffusione del gioco ad attrarre gli scienziati primo fra tutti Newton a studiare colori e forme delle lamine saponate Le bolle intanto proseguirono il loro cammino nell arte diventando protagoniste di celebri quadri di Jean Baptiste Sim on Chardin e di douard Manet Poi arriv la pubblicit e infine le Mille bolle blu la famosa canzone di Mina anch essa impiegata anni dopo la sua registrazione per pubblicizzare saponi e bagnischiuma TUTTI SOTTO LA DOCCIA Quando siamo sotto la doccia una miriade di gocce d acqua ci cade addosso dandoci quella straordinaria sensazione di benessere Ma perch si formano le gocce d acqua E davvero sono tutte perfettame
60. per ciascun canale di trasmissione si chiama onda portante Il suo nome deriva naturalmente dal fatto che essa porta il segnale vero e proprio codificato in qualche maniera Le tecniche maggiormente usate per trasmettere i segnali sono la modulazione di ampiezza abbreviata in AM e la modulazione di frequenza FM Nel primo caso il segnale viene trasmesso modulando opportunamente l ampiezza dell onda portante ovvero apportando istante per istante piccole variazioni all ampiezza di questa Analogamente nella modulazione di frequenza sono piccole variazioni di frequenza dell onda portante a trasportare il segnale In pratica l onda portante un vero e proprio supporto sul quale viene appoggiato il segnale da trasmettere Ovviamente n le variazioni di ampiezza n soprattutto le variazioni di frequenza sono tali da far sovrapporre l onda portante di quel determinato canale alle onde portanti dei canali contigui Modulazione di ampiezza e modulazione di frequenza sono tecniche diffusissime di trasmissione dei segnali elettromagnetici e sono ampiamente applicate nella radio nella televisione nella telefonia nelle comunicazioni wireless Le tecniche di modulazione possono essere sia analogiche sia digitali In questo secondo caso il segnale da modulare costituito da un informazione in formato binario cio da una sequenza di 0 e di 1 Una tipica applicazione di modulazione digitale appunto quella che si v
61. piccolissima perch lago si infili nella nostra pelle la pressione sulla punta infatti molto alta proprio in virt del fatto che la superficie della punta stessa estremamente ridotta Il principio contrario a quello su cui si basa il funzionamento di un coltello lo si pu osservare invece nel cammello e in un qualsiasi mezzo cingolato come un trattore o un carro armato Il cammello non affonda nella sabbia delle dune del deserto nella quale percorre centinaia di kilometri grazie alle piante larghe delle sue zampe pianta larga corrisponde infatti ad area grande e quindi a una minore pressione esercitata dal cammello sul terreno Il peso del cammello che appunto la forza applicata si distribuisce su una superficie maggiore l animale in questo modo pu camminare galleggiando sulla sabbia Questo invece non accade a chi si avventura su una spiaggia o sull asfalto appena colato con un paio di scarpe dotate di tacchi a spillo Per carri armati e trattori vale lo stesso ragionamento appena fatto per il cammello I cingoli distribuiscono il peso notevole del mezzo su una superficie molto estesa in modo tale da esercitare sul suolo una pressione relativamente limitata e impedire cos che il mezzo stesso affondi nella sabbia o nel fango Sfruttando questa importante differenza fra peso e pressione nel caso in cui ci si trovi a dover attraversare un fiume o un lago ghiacciato senza sapere se lo spessore del ghiaccio
62. poids et mesures di S vres un sobborgo di Parigi Con una serie complessa di passaggi questa scala utile per le esigenze di precisione degli scienziati ma totalmente slegata dalle esigenze della Vita pratica connesse al susseguirsi del giorno e della notte viene raccordata con la scala astronomica data dal Tempo Universale TU ma spesso si trova anche UT dall inglese Universal Time definito come il tempo solare medio sul meridiano fondamentale di Greenwich Cos pur essendo l uno indipendente dall altro sempre possibile ricavare il TAI dall UT e viceversa In realt poich PUT irregolare stata infine definita un altra scala detta Scala del Tempo Universale Coordinato TUC o UTC che rappresenta un compromesso fra il tempo atomico e quello astronomico In pratica in questa nuova scala la lunghezza del secondo definita dagli orologi atomici mentre il numero di secondi in un anno dato dalle osservazioni astronomiche Naturalmente esiste un legame fra TAI e UTC che permette di ricavare il primo dal secondo e viceversa Bene ma con tutti questi tempi atomici astronomici e misti quando alla radio o in televisione danno il famoso segnale orario a quale scala si riferiscono Adesso abbiamo la risposta il tempo del segnale orario PUTC L UTC anche la scala dei tempi impiegata dalla costellazione di satelliti GPS Global Positioning System quelli che danno le coordinate esatte del luogo in cui ci t
63. portano all eliminazione dei pixel meno percettibili dall occhio umano In particolare i nostri occhi sono meno sensibili alle variazioni di colore che alle piccole variazioni di luminosit cos che nel caso in cui nell immagine vi siano 2 pixel vicini con una minima variazione cromatica l algoritmo di compressione ne elimina uno Viceversa nel caso in cui fra 2 pixel contigui vi sia una minima variazione di luminosit essi vengono entrambi conservati In realt il grado di compressione jpeg viene deciso dall utente pi alto il livello di compressione desiderato pi viene degradata l immagine Il risultato della compressione in formato jpeg che porta a una perdita di informazioni un immagine con un livello di dettaglio inferiore rispetto a quella di partenza ma con una dimensione in byte che pu arrivare a essere alcune decine di volte pi bassa dell originale CALCOLATORE O ELABORATORE Fin qui abbiamo parlato di bit e di byte praticamente senza mai citare il vero signore dei bit il computer Ormai presente quasi in ogni casa e in ogni luogo di lavoro il computer diventato un vero e proprio compagno di viaggio delle nostre vite e per molte persone e molte attivit quasi impensabile se non addirittura impossibile poterne fare a meno Eppure questo strumento frutto del genio dell umanit ha cominciato a infiltrarsi nelle nostre esistenze meno di trent anni fa Prima di allora
64. riunione della fine dell anno 1900 passata alla storia viene emessa in quanti di radiazione cio per unit discrete e non con continuit come tutti pensavano Da allora il fisico tedesco noto come il padre della fisica moderna Quella ipotesi infatti risolveva brillantemente il suo problema si stava occupando dello spettro di emissione del cosiddetto corpo nero un assorbitore ed emettitore ideale e forniva nuove impensate possibilit agli altri problemi che si stavano con il tempo accumulando sulle scrivanie senza soluzione Ma altri inquietanti quesiti erano alle porte come conciliare le nuove scoperte e la nascente teoria con tutta la perfetta costruzione della fisica classica Come verificare la validit di certe ipotesi Come infine risolvere il problema dei fondamenti concettuali Nel frattempo Niels Bohr 1885 1962 danese di Copenaghen sviluppava un modello di struttura atomica in cui gli elettroni per passare da un orbita a un altra cio per cambiare il loro stato energetico dovevano emettere o assorbire proprio uno di quei quanti di radiazione L austriaco Erwin Schr dinger 1887 1961 prendendo le mosse dall osservazione di alcune analogie fra il comportamento degli elettroni e quello delle onde formalizz in un equazione che prende il suo nome il moto dei primi all interno dell atomo fondando cos la meccanica ondulatoria L equazione di Schr dinger forniva il necessario supporto t
65. s che un quadro completo venga tracciato appunto 25 volte al secondo Questo sistema di scansione a linee alternate chiamato interlacciato Ma esiste anche il sistema di scansione in cui le linee vengono composte una dopo l altra questo sistema detto progressivo particolarmente usato nei monitor di computer e nei moderni televisori LCD e al plasma Sia l uno che l altro metodo di scansione offrono vantaggi e svantaggi e al momento convivono entrambi sul mercato anche se il progressive scan favorito rispetto all interlaced scan nella produzione di televisori ad alta definizione Il singolo pixel fosforo del CRT elemento a cristalli liquidi cella di plasma pu essere di varie dimensioni e forme ma tipicamente quadrato o rettangolare se avvicinate lo sguardo al monitor del vostro computer o allo schermo del vostro televisore scoprirete che davvero scomposto in una miriade di piccoli quadrati o rettangoli Ma c di pi Nei televisori e nei monitor a colori ogni pixel a sua volta composto da 3 subpixel ciascuno per ogni colore fondamentale rosso verde e blu Tutti i colori che vediamo sullo schermo infatti sono il risultato della composizione di questi 3 colori fondamentali ottenuta accendendo in maniera opportuna i vari subpixel e facendo in modo che abbiamo la corretta intensit luminosa Pixel pixel e ancora pixel Naturalmente maggiore il numero di pixel in cui diviso l
66. second porta a vedere una sequenza a scatti pi o meno evidenti secondo la velocit con cui si svolge la scena Cos il cinema si basa su un illusione ottica Anche la televisione per Le immagini che vediamo sullo schermo televisivo non si trasformano con continuit cos come avviene in una scena reale ma si formano proprio sotto 1 nostri occhi senza che noi ce ne possiamo accorgere Infatti 1 singoli elementi luminosi che compongono lo schermo detti pixe contrazione dell inglese picture element elemento dell immagine sono disposti in righe che non si accendono tutte insieme ma una alla volta in sequenza rapidissima In particolare lo standard televisivo pi diffuso a livello europeo PAL da Phase Alternating Line prevede che le schermate siano composte da 625 linee trasmesse 25 volte al secondo Cos i pixe si accendono uno dopo l altro riga per riga 25 volte al secondo dandoci l impressione che le schermate si succedano una dopo l altra senza soluzione di continuit Ma solo un illusione In realt la questione leggermente pi complicata La scansione delle linee non fatta in sequenza ma accendendo prima le linee dispari e poi quelle pari Lo schermo si pu considerare perci diviso in 2 parti dette semiquadri composte rispettivamente dalle linee pari e da quelle dispari Un televisore che opera con lo standard PAL visualizza 50 semiquadri al secondo 25 pari e 25 dispari facendo
67. semplici esperimenti Dapprima prendiamo un bicchiere pieno d acqua e versiamolo nella tazza Scopriremo che in prima approssimazione non accade niente ovvero il livello dell acqua rimane costante perch quella che abbiamo versato andata a sostituire quella che invece caduta gi per il tubo di scarico perch aveva superato la quota massima ammessa dalla U rovesciata del sifone Questo accade anche se versiamo 20 30 bicchieri d acqua uno dietro l altro Completamente diverso invece il comportamento del sifone quando l acqua dei trenta bicchieri viene raccolta in un secchio e versata tutta insieme nella tazza A quel punto infatti la tazza scarica tutta l acqua che viene letteralmente risucchiata verso il sifone e da l verso le tubature fognarie Il classico rumore dello sciacquone e il successivo gorgoglio dell aria dicono che 1il sifone prima si svuotato e poi si nuovamente riempito d acqua Avendo gettato molta acqua nella tazza in pochi secondi infatti il sifone si potuto riempire completamente Ma una volta riempito la differenza di pressione idrostatica fra 1 livelli dei due serbatoi la tazza e lo scarico fognario fa s che l acqua del WC venga totalmente risucchiata l effetto sifone Subito dopo l arrivo dell aria nel sifone e il suo riempimento con nuova acqua determinano la fine del processo in attesa di un altro scarico L esperimento del secchio che proba
68. simulare capacit di ragionamento tipiche dell uomo e dando cos il via alle moderne ricerche sull Intelligenza Artificiale o pi brevemente IA termine coniato nel 1956 fu ELIZA un programma scritto da Joseph Weizenbaum 1923 2008 allora docente di Computer Science al Massachusetts Institute of Technology MIT di Boston ELIZA era un programma di analisi del linguaggio progettato per recitare la parte di uno psicoterapeuta impegnato in un colloquio con un paziente Il codice per la verit piuttosto rudimentale riconosceva determinate parole chiave e ricomponeva domande a partire dagli input ricevuti dagli interlocutori pur lavorando in modo meccanico i colloqui che ne risultavano parevano sensati Il successo di ELIZA fu superiore a ogni aspettativa tanto che numerosi psicologi ne fecero richiesta in modo da attrezzare gli ospedali di computer psicoterapeuti alleggerendo cos il proprio carico di lavoro A partire da questo risultato Weizenbaum cominci a manifestare pubblicamente le sue preoccupazioni per le aspettative che una certa opinione pubblica nutriva nei confronti degli elaboratori elettronici macchine che per quanto intelligenti non erano in ogni caso capaci di capire Weizenbaum fu un convinto assertore del rischio che poteva essere generato dal fatto di non imporre alcuna limitazione alle capacit di prendere decisioni dei computer e si riferiva in particolar modo alle applicazioni militari di una certa tecno
69. sono basati sulla durata dell anno solare o anno tropico di circa 365 giorni Le stagioni iniziano sempre nelle stesse date queste date tuttavia possono spostarsi molto lentamente nell arco dei secoli ma i mesi non seguono esattamente il ciclo delle fasi lunari Esempi di calendari solari sono il calendario gregoriano e il calendario giuliano e i calendari lunari sono basati sulla durata del mese lunare di circa 29 giorni e mezzo In questi calendari il mese inizia sempre con la Luna Nuova ma la data d inizio delle stagioni si sposta in avanti da un anno all altro in media di circa 11 giorni Un esempio il calendario islamico e 1 calendari lunisolari sono sincronizzati sia con la durata dell anno tropico sia con quella del mese lunare Per poter mantenere questa sincronia alternano anni di 12 e di 13 mesi In questi calendari la data d inizio delle stagioni si sposta in avanti o indietro da un anno all altro ma si mantiene sempre vicina entro 12 13 giorni a una data fissa Un esempio il calendario ebraico Il calendario giuliano frutto della riforma del calendario romano voluta da Giulio Cesare 100 a C 44 a C nel 46 a C e in uso fino a 4 secoli fa fissava la durata dell anno in 365 25 giorni vale a dire 365 giorni e 6 ore Di qui la necessit di aggiungere un giorno ogni quattro anni per sincronizzare il calendario civile con gli equinozi La differenza di soli 11 m 14 s rispetto all anno tropico pu
70. stato possibile accordandosi universalmente sulla scelta di una particolare sostanza di una sua particolare propriet termometrica e infine sulla particolare relazione funzionale che lega le misure di questa propriet a una scala di temperature a questo punto da considerarsi campione universale Una qualunque altra scala di temperature personale definita in un qualunque altro modo pu sempre venire tarata sulla scala universale Un po pi approfonditamente ma senza addentrarci in eccessivi tecnicismi per tarare un termometro occorre scegliere un punto fisso campione al quale tutti 1 termometri devono fornire la stessa lettura di temperatura A livello internazionale al X Congresso Generale di Pesi e Misure svoltosi a Parigi nel 1954 stato scelto il punto triplo dell acqua cosiddetto per il fatto che coesistono in equilibrio 1 tre stati fisici dell acqua quello solido ghiaccio quello liquido e quello aeriforme vapore d acqua A esso stata convenzionalmente attribuita una temperatura assoluta di 273 16 K 0 01 C allo scopo di mantenere inalterati i valori della scala Celsius corrispondenti ai punti di fusione del ghiaccio 0 C e di ebollizione dell acqua 100 C Come termometro campione stato scelto il termometro a gas a volume costante in cui la propriet termometrica la pressione del gas generalmente azoto ossigeno o idrogeno molecolari oppure semplicemente aria che varia al variare della te
71. stelle e galassie e 1 loro moti reciproci da questa che in ultima analisi dipendono le origini di ogni forma di irreversibilit termodinamica nell Universo reale L Universo volge inesorabilmente verso la morte termica e ci avviene proprio in virt dell azione della forza di gravit A questa sorte indicata dai fisici dobbiamo sottostare tutti volenti o nolenti filosofi biologi e psicologi E questa sar nonostante tutto la fine del tempo qualunque sia stata la direzione verso cui si mossa la sua freccia IV La fisica del soggiorno Di onde sonore elettroni e bit Penso che ci sia richiesta mondiale per circa cinque computer THOMAS J WATSON JR FRASE PRONUNCIATA NEL 1943 Il soggiorno la stanza dedicata allo svago e al divertimento Ci sediamo in poltrona e con un telecomando accendiamo il nostro impianto stereo ad alta fedelt La nostra musica preferita inizia a uscire dalle casse acustiche diffondendosi per tutta la stanza E se chiudiamo gli occhi possiamo avere benissimo l impressione di trovarci in un teatro ad ascoltare un concerto di musica classica o anche in uno stadio ad assistere all ultima performance della nostra star preferita Tutto questo possibile grazie all applicazione di trucchi elettronici e informatici al segnale in uscita dai diffusori acustici del nostro impianto home theatre essendo in Europa preferiamo scrivere theatre all inglese piuttosto che theater come scri
72. su un ampio spettro di temperature in modo da poter tarare successivamente altri termometri sulla scala del termometro campione In questa maniera avendo indicati 1 tipi di strumento pi adatti per interpolare fra i vari punti fissi ed estrapolare al di sopra dei punti estremi possibile costruirsi scale termometriche approssimate ma la cui differenza fra due punti fissi rispetto alla scala Kelvin usualmente trascurabile La Scala Internazionale di Temperature cos ottenuta diventata di uso legale in quasi tutti i Paesi del mondo Pensate a quanto lavoro hanno fatto 1 fisici per permettervi di valutare in maniera quantitativa se vostro figlio ha o meno la febbre LE MILLE BOLLE BLU Vi siete mai chiesti quante bollicine si formano in una coppa di spumante appena riempita La risposta circa 5 milioni Tante sono infatti mediamente le piccole sferette di anidride carbonica che originandosi dal fondo e dalle pareti del bicchiere salgono fino alla superficie per esplodere e rilasciare nell aria 1 tipici aromi di questo vino frizzante L effetto non solo spettacolare dal punto di vista visivo ma anche funzionale perch chi produce 1 vini sa bene che per giudicarne la qualit l aspetto olfattivo di fondamentale importanza Doveva saperlo bene anche Dom Pierre P rignon abate benedettino cieco che due secoli fa ide il metodo per rendere effervescente una bevanda alcolica Forse fu grazie alla sua cecit che l
73. sveglie orologi telefonini e palmari con avvisi sonori ci avvertono che non possiamo fermarci per non essere continuamente in ritardo L orologio forse lo strumento pi tiranno che sia mai stato inventato Non ci lascia tregua avanza sempre secondo dopo secondo senza che nessuno di noi possa mai esclamare Attimo fermati sei cos bello come fa dire Johann Wolfgang von Goethe 1749 1832 al suo Faust Ma da dove ha origine il concetto di tempo Fratello Sole sorella Luna cugine stelle Lo studio del sistema solare ha mostrato l esistenza di satelliti con orbite caotiche cio non descrivibili con traiettorie a periodicit determinata Il nostro pianeta d altro canto ha invece nel suo moto manifeste periodicit quali l alternarsi del giorno e della notte e il mutare regolare delle stagioni molto probabile che la prima concezione intuitiva dello scorrere del tempo sia da riferirsi a questo volgere ciclico dei fenomeni naturali osservati dall uomo per cui per esempio era possibile individuare la durata del giorno attraverso l osservazione ripetuta di due tramonti SUCCESSIVI Proviamo invece a iImmaginarci ipotetici abitanti di un mondo caotico nel senso precedentemente descritto riusciremmo a sviluppare naturalmente una concezione dello scorrere del tempo legata all osservazione della regolarit del manifestarsi di alcuni fenomeni naturali Probabilmente no o perlomeno non nel modo in cui noi abit
74. temperatura La correlazione fra il punto di vista microscopico e quello macroscopico sta nel fatto che quelle poche grandezze direttamente misurabili che costituiscono la descrizione macroscopica del sistema sono in realt medie nel tempo di un gran numero di propriet microscopiche Per esempio la grandezza macroscopica pressione il valore medio della variazione di quantit di moto per unit di tempo dovuto agli urti molecolari su un area unitaria La descrizione macroscopica di un sistema si ottiene specificandone le caratteristiche globali per mezzo di poche grandezze misurabili La conoscenza di un numero sufficiente di queste coordinate permette di determinare lo stato interno di un sistema e in particolare la sua energia interna I principi della termodinamica In origine il termine termodinamica stava a indicare la scienza del calore Solo successivamente quando ci si rese conto delle diverse propriet del calore la parola cominci a indicare lo studio delle trasformazioni dell energia nelle sue varie forme Alla base della termodinamica ci sono quattro postulati detti principi della termodinamica numerati curiosamente da 0 a 3 per ragioni storiche Il principio zero infatti stato l ultimo a essere formulato negli anni Trenta del secolo scorso ma ci che esprime necessario alla comprensione degli altri tre per questo motivo si chiama principio zero e non quarto principio della termodinamica Il prim
75. una risposta neuronale molto lenta cos gli stimoli luminosi si sovrappongono aumentando la sensibilit fotorecettiva 1 coni molto meno numerosi si concentrano nella zona centrale della retina la fovea e contengono tre pigmenti ciascuno dei quali d una spiccata sensibilit a radiazioni con lunghezze d onda diverse cio a colori differenti I coni per sono poco sensibili all intensit luminosa ci vogliono centinaia di fotoni per attivarne uno Ci permette loro di avere un alta velocit di risposta e di percepire i dettagli con un alta risoluzione La fovea dunque la parte pi attiva alla luce ma quasi inattiva al buio per questo di notte vediamo poco i colori e i dettagli delle cose Da qui ha origine anche il proverbio di notte tutti i gatti sono bigi la luce diffusa della notte attiva solo i bastoncelli che non percepiscono i colori e tutto sembra bigio Gli appassionati di astronomia sfruttano questa conoscenza per osservare a occhio nudo gli oggetti celesti pi deboli guardandoli senza puntare direttamente gli occhi sulla fonte di luce fanno in modo che questa cada dove si trovano 1 bastoncelli Una tecnica chiamata visione distolta Se da un ambiente illuminato passiamo in uno completamente al buio all inizio non siamo in grado di vedere assolutamente niente 1 bastoncelli infatti sono in grado di funzionare solo dopo un breve periodo di adattamento alle nuove condizioni di luminosit
76. Ecco dunque spiegato l arcano del 2000 bisestile La riforma gregoriana ebbe un affermazione graduale legata naturalmente alla diffusione della religione cattolica Cos in Italia Spagna e Portogallo venne introdotta immediatamente passando dal 4 al 15 ottobre 1582 in Francia si aspett il mese di dicembre dello stesso anno passando dal 9 al 20 del mese nelle province cattoliche della Germania e Svizzera l adozione avvenne passando dal 21 dicembre 1583 al 1 gennaio 1584 I Paesi protestanti come gran parte di Germania e Svizzera e l Inghilterra adottarono la riforma gregoriana molto pi avanti nel corso del Settecento Si invece dovuto attendere il XX secolo perch la riforma gregoriana si affermasse anche nei Paesi cristiani ortodossi Queste differenze fra 1 calendari impiegati anche in Paesi dello stesso continente hanno causato alcune interessanti curiosit storiografiche come per esempio quella legata alla data di nascita di Isaac Newton Tutti sanno infatti che il grande fisico inglese nacque il 25 dicembre del 1642 ovvero alla fine dello stesso anno in cui mor Galileo in un ideale passaggio di testimone In realt per dato che in Inghilterra il calendario gregoriano venne introdotto solo nel 1752 quella data si riferisce ancora al calendario giuliano allora vigente in quel Paese cosicch risulta che per il calendario gregoriano Newton nato il 4 gennaio 1643 Altra curiosit interessante quella l
77. Microscopio Midrange Miele Milnet Minitel Miscelatore Modem Modulazione Modulazione di ampiezza Modulazione di frequenza Modulo Modulo di elasticit Modulo di Young Modulo di rottura Moka Molecola d acqua Molla Momento Momento angolare Momento d inerzia Momento di una forza Morse Samuel Morse Morte termica Moto Moto apparente del Sole Moto armonico semplice di una molla di un pendolo Moto di precessione Moto di rivoluzione Moto di rotazione Moto ondoso Moto periodico O zZ Mp Mpeg Newton Isaac Newton Nota fondamentale Occhio Ohm Georg Simon Ohm Olio lubrificante Onda Cresta dell onda Valle dell onda Onda di pressione Onda portante Onde elettromagnetiche Orecchio Organo del Corti Organologia Origine sistema di riferimento Orologio Oscillatore armonico Osservatore inerziale Ossicini Ottica Ottica fisica Ottica geometrica Ottoni PAL Packard David Packard Papa Gregorio XIII Papin Denis Papin Parnell Thomas Parnell Pascal Blaise Pascal Pascalina Pellicola fotografica Pendolo Pendolo di Foucault Penna stilografica Pentola a pressione P rignon Dom Pierre P rignon Periodo Periodo del pendolo Periodo di un onda Persistenza della visione Phase alternating line Picture element Pixel Pizzicato Planck Max Planck Plateau Antoine Ferdinand Pla
78. a trasformazione nella quale il solo risultato sia l assorbimento di calore da una riserva termica e la sua completa conversione in lavoro Esso sancisce in pratica l impossibilit di convertire completamente il calore in lavoro qui dunque proprio in questa impossibilit sta la fondamentale asimmetria della natura quella che porta ai concetti di entropia di reversibilit e irreversibilit di ordine e disordine di caos di freccia del tempo di auto organizzazione e in ultima analisi all incredibile diversit di strutture viventi o inanimate esistenti nell Universo Bench infatti calore e lavoro siano equivalenti nel senso che entrambi rappresentano un modo di trasferire energia essi non sono equivalenti per quanto riguarda la possibilit di scambiarsi l uno con l altro Poche righe sopra parlando di entropia caos tempo ci eravamo apparentemente lasciati prendere un po la mano ma solo apparentemente Uno degli aspetti curiosi della termodinamica e che fanno di essa una scienza affascinante rappresentato proprio dal modo in cui osservazioni apparentemente poco correlate fra loro risultano equivalenti Come esempio plateale citiamo l altra formulazione del secondo principio nota come enunciato di Clausius a cui ovviamente dovuta non possibile realizzare una trasformazione nella quale il solo risultato sia il trasferimento di calore da un corpo pi freddo a uno pi caldo L enunciato di Clausiu
79. a con la membrana flessibile del timpano e l orecchio medio alloggiato in una cavit dell osso temporale che comunica con la faringe costituito da una serie di 3 ossicini adiacenti martello incudine e staffa che con 1 loro movimenti trasmettono le vibrazioni del timpano alla finestra ovale della chiocciola l orecchio interno composto dalla chiocciola o coclea e dal labirinto Mentre quest ultimo predisposto al controllo dell equilibrio la chiocciola un tubo arrotolato su se stesso pieno di liquido trasforma le vibrazioni che riceve sulla finestra ovale dai 3 ossicini in impulsi nervosi che vengono inviati al cervello attraverso il nervo acustico Le onde sonore entrano nell orecchio e arrivano al timpano che entra in vibrazione a causa delle variazioni di pressione dell aria Il moto del timpano si trasmette ai tre ossicini che stimolano la finestra ovale poich questa ha una superficie minore di quella del timpano 3 mm2 contro 75 mm2 a parit di pressione la forza oscillante viene concentrata e le onde sonore si amplificano fino a 30 volte mettendo in moto 1 fluidi interni alla chiocciola Qui le vibrazioni si trasmettono alla membrana basale sotto la quale si trova l organo del Corti formato da numerosissime cellule ciliate in grado di trasformare i movimenti meccanici in segnali elettrici che inviano al cervello Questo organo di senso funziona entro limiti precisi anche se si restringe con l et e vari
80. a costruzione di un termometro personale la cui scala cio non sia tarata ma sia una scala individuale di temperature Una scala di questo tipo dipende ovviamente dalla scelta sia della particolare sostanza termometrica sia della sua particolare propriet termometrica scelta come indicatore di temperatura A questo punto possibile definire una scala di temperature in base a una relazione che si ipotizza continua e monot na attenzione all accento in matematica si dicono monotone le funzioni semplicemente crescenti o decrescenti fra la propriet termometrica scelta della sostanza impiegata e la temperatura misurata nella suddetta scala personale Nel caso del termometro clinico per esempio la sostanza termometrica il mercurio talvolta l alcol immerso nel capillare di vetro e la propriet termometrica l altezza della colonna liquida legata alla variazione di volume del mercurio stesso facile rendersi conto che ogni scelta di sostanza e di propriet termometrica insieme con la relazione assunta fra propriet stessa e temperatura conduce a una scala specifica di temperature non necessariamente corrispondente a una qualunque altra scala definita indipendentemente attraverso la scelta di una qualunque altra sostanza o propriet termometrica Per ovviare a questo grave inconveniente la comunit scientifica internazionale ha dovuto eliminare ogni motivo di confusione nella definizione di temperatura e questo
81. a da individuo a individuo l intervallo dei suoni udibili detto gamma dell udibile varia da 20 Hz a 20 000 Hz al di sotto di questo intervallo si trovano gli infrasuoni al di sopra gli ultrasuoni In generale poi riusciamo a distinguere 3 caratteristiche di un suono e l intensit che ne rappresenta l energia ossia il volume del suono e la frequenza o altezza che definisce la tonalit del suono e il timbro ovvero la sua composizione spettrale in termini di armoniche superiori Chiariamo meglio di che cosa si tratta AI di l dell intensit una nota musicale definita dalla frequenza di oscillazione indotta nel mezzo trasmissivo dallo strumento che la produce il l a centrale scelto come nota di riferimento standard a livello internazionale ha una frequenza di 440 Hz essendo lo hertz l unit di misura della frequenza corrispondente a una oscillazione al secondo Ma lo stesso a prodotto da un violino non identico al a di un flauto 1 due strumenti hanno voci diverse Il motivo legato al fatto che oltre all oscillazione fondamentale tonica ciascuno strumento produce una serie pi o meno estesa di oscillazioni a frequenze multiple di questa le armoniche superiori sono queste oscillazioni armoniche sempre presenti e diverse per ogni strumento a caratterizzare il timbro o colore sonoro Cos il suono di un violino diverso da quello del flauto perch il suo la centrale e tutte le
82. a delle fibre tessili a maggiore calore specifico e minore conducibilit termica quindi il materiale ideale in cui avvolgerci per proteggerci dal freddo e dal caldo In effetti essendo un ottimo isolante termico quando la temperatura esterna molto alta ponendo il nostro corpo sotto un bel mantello di lana ci garantiamo il mantenimento della nostra temperatura corporea senza correre il rischio di prendere colpi di calore Questo il motivo per cui i beduini attraversano il deserto dove di giorno la temperatura pu arrivare anche a 50 C avvolti in pesanti caffettani di lana preferibilmente bianchi o di colore chiaro Gli oggetti chiari infatti assorbono meno calore di quelli scuri per verificarlo provate ad appoggiare per un istante la mano sul cofano di un auto nera e sul cofano di un auto bianca in una giornata di sole facendo molta attenzione a non scottarsi Per la verit il nostro corpo dotato anche di un ottimo meccanismo di termoregolazione che dissipa il calore in eccesso eventualmente accumulato la sudorazione Infatti quando il sudore evapora porta via calore dalla nostra pelle dandoci quella fantastica sensazione di fresco che pu essere aumentata accelerando il processo di evaporazione Per fare questo sufficiente agitare un ventaglio il maggiore ricambio di aria agevola infatti l evaporazione Per comprendere meglio il meccanismo interessante analizzare che cosa accade a livell
83. a e la sesta corda lasciate vibrare liberamente producono entrambe un mi ma di altezza cio frequenza differente Altri fattori Importanti per il tipo di suono generato sono la lunghezza della corda e la tensione con cui questa tirata a parit di tutti gli altri fattori una tensione maggiore implica un suono pi acuto Un altra classe quella degli strumenti ad aria in cui direttamente l aria a essere messa in vibrazione per produrre il suono Questi a parte l organo in cui la diversa lunghezza delle canne all interno delle quali si hanno le colonne d aria in movimento a generare suoni di altezza diversa mentre il diametro della canna ne definisce il timbro sono tipicamente a fiato e suddivisi ulteriormente in ottoni e legni a seconda non solo del materiale di fabbricazione ma anche e soprattutto per la tecnica di produzione del suono Gli ottoni come tromba trombone e tuba infatti si basano sul soffio del musicista e sulla vibrazione delle labbra poste a contrasto con un bocchino per convogliare l aria all interno di una serie di tubi Questi sono dotati spesso di valvole di chiusura che se azionate alterano la lunghezza del percorso dell aria e quindi l altezza del suono prodotto cio servono a produrre note differenti AI termine della serie di tubi troviamo un padiglione o campana da cui fuoriesce gran parte del suono prodotto dalla colonna d aria posta in vibrazione I legni come clarinett
84. a essa sono sensibili le cellule presenti nella retina dell occhio umano ha lunghezza d onda minore andando da 350 a 700 milionesimi di millimetro passando dal colore violetto al rosso I raggi X hanno lunghezze d onda ancora minori che si trovano nell intervallo compreso fra 10 milionesimi di millimetro e un millesimo di milionesimo di millimetro Scendendo ancora lungo lo spettro verso le lunghezze d onda pi corte in assoluto troviamo i raggi gamma la radiazione pi energetica dell intero spettro elettromagnetico Infatti per le onde elettromagnetiche vale la relazione che minore la loro lunghezza d onda maggiore l energia che portano Quando si muovono nel vuoto le onde elettromagnetiche hanno la caratteristica fondamentale di muoversi tutte alla stessa velocit chiamata velocit della luce perch venne misurata per la prima volta per la radiazione visibile solo in seguito si cap che questa costituiva solo una piccolissima parte dello spettro delle onde elettromagnetiche Il simbolo universalmente riconosciuto per la velocit della luce la lettera c minuscola che l iniziale della parola latina celeritas ovvero velocit In pratica 1 fisici riconoscono che quella della luce la velocit per eccellenza Anche perch come venne dimostrato da Albert Einstein nella sua teoria della relativit ristretta la velocit della luce un limite fisico invalicabile nessun corpo materiale sep
85. a forza per unit di superficie del corpo E la pressione tanto maggiore quanto minore la superficie su cui la forza si distribuisce Se il filo fatto bene lo spessore della lama davvero molto sottile si pu arrivare anche a pochi millesimi di millimetro cos che la superficie totale che poggia sul materiale ridottissima In queste condizioni la pressione risultante notevole anche se la forza applicata non particolarmente intensa e il taglio netto preciso e ottenuto senza fatica quando la lama affilata alcuni materiali si tagliano addirittura di colpo con un movimento secco senza che occorra segarli Ma basta che il filo della lama si stondi un po perch si perda gran parte dell efficacia di un coltello la forza applicata si distribuisce su una superficie maggiore decine o centinaia di volte pi grande di quando il filo della lama appena fatto quindi meno concentrata e perci meno efficace l esperienza tipica e assai frustrante che si fa quando per distrazione si cerca di tagliare con il dorso della lama invece che con il filo lo spessore del dorso della lama seppure non grandissimo una lama per poter essere ben affilata e svolgere efficacemente la sua funzione di cuneo non pu in ogni caso essere troppo spessa comunque maggiore di quello del filo Ecco anche perch molto pi facile pungersi con la punta di un ago piuttosto che con la sua cruna Basta una spinta
86. a nel rubinetto e quella atmosferica al di fuori Ma anche un sistema con cui ognuno di noi pu sperimentare quella che gli scienziati chiamano transizione al caos nel nostro caso il passaggio da un regime di gocciolamento regolare e periodico o di flusso lento a un regime caotico contraddistinto da irregolarit e aperiodicit del gocciolamento stesso E per arrivare al flusso caotico sufficiente variare anche di pochissimo le condizioni iniziali del gocciolamento una piccola variazione nella pressione dell acqua per esempio e quello che sembrava un cronometro perfetto diventa un orologio impazzito Esperimenti sul gocciolamento dei rubinetti vennero per la prima volta condotti agli inizi degli anni Ottanta dello scorso secolo dal fisico statunitense Robert Stetson Shaw presso l Universit della California a Santa Cruz Egli scopr che quello del rubinetto che perde effettivamente un sistema caotico in miniatura in cui quando si trova a regime caotico impossibile prevedere come e quando cadr la goccia successiva Il fattore fondamentale sembra essere in questo caso la velocit di formazione della goccia stessa In condizioni di flusso lento infatti la goccia pu formarsi riempiendosi d acqua in maniera regolare mentre in condizioni di flusso veloce la goccia si forma oscillando e vibrando sotto la spinta della pressione dell acqua in ingresso Sono proprio queste oscillazioni e vibrazioni a rendere irregolar
87. a particelle 1 famosi quanti di luce i fotoni E mai era capitato di osservare nello stesso esperimento entrambi gli aspetti contemporaneamente Louis de Broglie 1892 1987 nella sua tesi di dottorato in fisica ipotizz l esistenza di un comportamento complementare sia nella luce sia nella materia A seconda del fenomeno fisico coinvolto la luce poteva comportarsi come onda o come particella e cos pure la materia ma 1 due diversi comportamenti quello ondulatorio e quello corpuscolare non si manifestavano mai insieme principio di complementariet De Broglie formalizz anche questa sua ipotesi in una nota formula in cui a una particella dotata di quantit di moto una grandezza tipicamente corpuscolare si associa una certa lunghezza d onda una grandezza tipicamente ondulatoria e viceversa a un onda di radiazione si associa una particella dotata di quantit di moto da quel momento che i fisici parlano tranquillamente sia di onde di materia come londa elettronica dell atomo di cui l equazione di Paul Adrien Maurice Dirac 1902 1984 descrisse il moto sia di particelle di luce Anche qui il colpo inferto ai concetti tradizionali di spazio e di tempo fu terribile un corpuscolo materiale fortemente localizzato a volte diventa onda e si delocalizza completamente Bohr che pi di altri si era dedicato al problema dei fondamenti concettuali della nuova teoria raccolse tutte queste istanze innovative ospit
88. a sul meridiano opposto a quello di riferimento di Greenwich ossia a 180 di longitudine est o ovest qui non fa differenza Certo perch il problema solo e soltanto un problema di longitudine come quello di Phileas Fogg fortunato viaggiatore nel Giro del mondo in 80 giorni di Jules Verne 1828 1905 o dello sfortunato protagonista dell Isola del giorno prima di Umberto Eco nato nel 1932 naufragato proprio in prossimit di questa fantomatica linea del cambiamento di data traccia apparente convenzionale ma fondamentale per chi si trovi viaggiando ad attraversarla Infatti in ogni momento dopo la mezzanotte locale se a est di questa linea per esempio il 31 dicembre 2008 a ovest sar gi il 1 gennaio 2009 Ma dove si trova questa linea Nel 1884 a un Congresso internazionale a Washington venne stabilito convenzionalmente che il meridiano fondamentale fosse quello di Greenwich Ma poich non era possibile regolare la vita civile di tutte le Nazioni sulla base dell ora di quel meridiano la Terra venne divisa lungo i meridiani in 24 spicchi detti fusi orari all interno dei quali tutte le localit dovevano avere l ora del meridiano centrale del fuso L Italia si trova nel secondo fuso detto Tempo Medio dell Europa Centrale TMEC talvolta anche indicato con la sigla CET da Central European Time ovvero tempo centrale europeo un ora in pi rispetto a quella del meridiano di Greenwich a 180 di distan
89. a tenere in considerazione gli attriti ovvero si voglia studiare il comportamento reale del sistema avremo non pi un moto periodico semplice ma un moto periodico smorzato in cui la frequenza di oscillazione sar minore del caso non smorzato e l ampiezza dell oscillazione diminuir via via nel tempo fino a esaurirsi Al termine del processo la massa si trover ferma nella posizione di equilibrio definita dal fatto che alla molla siano o meno applicate forze Il pendolo semplice Un caso particolarmente importante di moto armonico quello del pendolo semplice ovvero di una massa appesa all estremit di un filo teso vincolato a un punto fisso all altra estremit Nel caso ideale di filo inestensibile e di massa trascurabile le uniche forze agenti sulla massa sono la tensione del filo e la forza di gravit Spostando leggermente la massa dalla sua posizione di equilibrio quella verticale ovvero del filo a piombo naturalmente il pendolo inizia a oscillare proprio sotto l azione dell attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra sulla massa appesa al filo Quando l ampiezza dello spostamento iniziale dall equilibrio piccola le oscillazioni osservate sono piccole e l equazione del moto del pendolo riconducibile a quella di un oscillatore armonico semplice ma solo nel caso delle piccole oscillazioni appunto Il moto armonico del pendolo quindi ha un ampiezza costante pari all angolo fra la
90. a un milione di volte pi piccole L argilla in particolare ha una permeabilit talmente piccola che un terreno considerato impermeabile L ipotesi fondamentale perch la legge di Darcy sia valida che la filtrazione sia lineare ovvero che il fluido si muova attraverso i piccoli tubi capillari del mezzo poroso in maniera laminare in cui strati contigui hanno velocit simili e non turbolenta dove invece zone adiacenti del fluido possono avere velocit anche molto diverse fra loro Un mezzo poroso infatti pu essere considerato come composto da una quantit innumerevole di capillari pi o meno tortuosi e interconnessi all interno dei quali pu scorrere il fluido Se il flusso laminare sufficiente un certo valore di pressione ma se il flusso diventa turbolento si verifica la formazione di vortici al suo interno In condizioni vorticose per ovvero in presenza di fenomeni dissipativi per mantenere costante il flusso attraverso il filtro necessaria una pressione maggiore quindi un aumento della temperatura Ora se la nostra polvere di caff troppo pressata ci troviamo proprio in queste condizioni la struttura dei capillari pu mostrare brusche interruzioni che causano moti vorticosi Ma pu anche arrivare a impedire il passaggio dell acqua con conseguente innalzamento della temperatura e della pressione del vapore Fortunatamente c sempre la valvola di sicurezza a impedire che la moka esploda
91. ale riconoscendogli in via definitiva la paternit dell invenzione Con il telefono le comunicazioni si erano affrancate dai messaggi in codice ma non dai cavi di trasmissione la cui posa aerea sotterranea o sottomarina rappresentava il maggior contributo ai costi di realizzazione degli impianti Solo in seguito agli studi sull elettromagnetismo di Maxwell e Faraday e alla conseguente scoperta dell esistenza delle onde elettromagnetiche compiuta dal fisico tedesco Hertz nel 1886 si aprir la strada alla seconda grande rivoluzione delle tecnologie per le telecomunicazioni Il primo a capire l importanza della trasmissione a distanza via etere il nostro Guglielmo Marconi 1874 1937 che nel settembre del 1895 compie i primi esperimenti di telegrafia senza fili riuscendo a inviare segnali elettromagnetici fra due punti distanti 1 km e mezzo Con scarsa larghezza di vedute l allora ministro italiano delle Poste e dei Telegrafi rifiut l offerta gratuita dell invenzione cosicch Marconi grazie ad alcune amicizie politiche si rivolse al ministro delle Poste inglese che intuendo subito la potenzialit dell idea gli permise finalmente di brevettare in Gran Bretagna il telegrafo senza fili era 11 2 giugno del 1896 Fondando una societ ancora oggi chiamata Marconi l italiano ottenne addirittura l imprimatur della regina Vittoria Pochi anni dopo il 12 dicembre 1901 Marconi celebr l inizio del XX secolo con
92. all altra grandezza caratteristica frequenza c lunghezza d onda e lunghezza d onda c frequenza dove con c abbiamo indicato la velocit della luce nel vuoto Cos per esempio le onde radio che hanno lunghezze d onda superiori al millimetro hanno frequenze inferiori a 300 gigahertz GHz ovvero a trecento miliardi di cicli al secondo Che sembrano tantissimi ma diventano niente se confrontati anche solo con le frequenze tipiche della luce visibile che sono 2000 volte maggiori la radiazione di colore rosso quella a frequenza pi bassa dello spettro visibile ad esempio ha una frequenza di circa 450 terahertz THz 450 milioni di milioni di cicli al secondo Le microonde Dopo questa lunga introduzione sulle onde elettromagnetiche arriviamo alle microonde che possono essere considerate la porzione ad alta frequenza delle onde radio Vengono definite microonde quelle radiazioni elettromagnetiche che si trovano nell intervallo di lunghezze d onda compreso fra 1 mm e 30 cm o analogamente nell intervallo di frequenze compreso fra 1 GHz e 300 GHz Come le onde radio le microonde hanno moltissimi impieghi nel campo delle trasmissioni a lunga distanza radio televisione telefoni cellulari ma anche radar gli strumenti di rilevazione della distanza e del movimento di navi e aerei e comunicazioni fra satelliti sono fra 1 campi di maggiore applicazione di questo tipo di onde Vedremo in altri capitoli le micr
93. alla differenza di pressione fra l aria sopra l ala a pressione pi bassa e l aria sotto lala a pressione pi alta In realt questo non il solo contributo alla cosiddetta portanza dell aereo ovvero alla forza che lo spinge verso l alto vincendo il peso cio la forza di gravit che invece lo tira verso il basso e il meccanismo con cui gli aerei riescono a sostenersi in volo pi complesso ma certamente i progettisti di aerei hanno ben presente questo fondamentale principio della fluidodinamica quando disegnano un aeromobile Ancora il principio di Bernoulli entra in gioco quando andiamo in barca a vela o usiamo un aspirapolvere in entrambi 1 casi nel primo l aria dalle parti opposte della vela nel secondo l aria dalle parti opposte di una turbina rotante azionata da un motore elettrico una differenza di velocit al due lati della vela o della turbina si risolve in una differenza di pressione che spinge l imbarcazione o crea il necessario risucchio per aspirare aria e polvere Per come l abbiamo enunciata si capisce che la costanza della somma nell equazione di Bernoulli deriva in maniera diretta dal principio di conservazione dell energia meccanica Un altro principio fondamentale della fluidodinamica deriva invece direttamente da un altra legge della fisica quella della conservazione della massa Nella fisica classica infatti anche la massa dei corpi di un sistema deve conservarsi
94. allo l aumento dei traffici marittimi mercantili e militari favor l ideazione di sistemi di segnalazione fra navi come per esempio l alfabeto semaforico o l eliografo telegrafo ottico che trasmette segnali luminosi servendosi di specchi che riflettono la luce solare da cui il nome o una luce artificiale In effetti il primo telegrafo ottico cio basato ancora su segnali visibili a distanza fa la sua comparsa nel 1794 Tuttavia per trovare la prima vera tecnologia delle telecomunicazioni occorre attendere il 1844 quando Samuel Morse 1791 1872 con la frase biblica Cos ha permesso Iddio inaugura la prima linea telegrafica della storia quella che collega Washington a Baltimora Per la verit un telegrafo elettrico era gi stato inventato nel 1837 ma solo l invenzione del rivoluzionario codice a impulsi e del telegrafo capace di trasmetterli rese veramente praticabile questa strada Nel 1843 grazie ad amicizie politiche Morse ottenne finalmente il finanziamento dei 30 000 dollari necessari alla realizzazione del progetto di linea telegrafica La risonanza dell invenzione fu tale che i giornali vollero immediatamente dotarsi di telegrafo inaugurando cos per il mondo dell informazione l era delle notizie trasmesse in tempo reale Il vero salto di qualit nella tecnologia delle telecomunicazioni per rappresentato dall invenzione del telefono che segna la definitiva liberazione dalla schiavit dei seg
95. altre note ovviamente caratterizzato da un insieme di armoniche specifico e ben distinto da quello del flauto In pratica come gi viene fatto per le onde luminose possibile osservare anche lo spettro delle onde sonore prodotte da uno strumento musicale ciascuna nota di ciascuno strumento ha una composizione armonica unica Ma non basta perch per ogni strumento l evoluzione temporale dell onda sonora di una specifica nota diversa in pratica il suono aumenta pi o meno rapidamente arriva a una fase stazionaria la nota vera e propria e infine decade fino ad annullarsi con un tempo caratteristico La curva che definisce questa evoluzione si chiama inviluppo della forma d onda ed anche questa diversa per ciascun strumento Ecco il motivo per cui i risultati degli innumerevoli sforzi volti a ricostruire artificialmente 1 suoni naturali sintetizzandoli elettronicamente in varia maniera sono ancora lontani dall ottenere 1 risultati sperati Ci non toglie che al giorno d oggi esistano sintetizzatori analogici ma soprattutto digitali in grado di riprodurre suoni davvero molto simili a quelli degli strumenti musicali ma il suono di un violino Stradivari rester sempre unico e inimitabile Sintetizzatori e campionatori I sintetizzatori analogici in gergo synth furono inventati principalmente per creare suoni non esistenti in natura mentre i campionatori in inglese sampler sono pi adatti a imitare suoni ac
96. altro pi freddo quando questi sono a contatto Questa modalit di trasporto nota con il nome di conduzione del calore ma non l unica in cui il calore stesso pu trasferirsi fra due corpi a temperature diverse Esistono infatti anche l irraggiamento e la convezione Il primo consiste nell emissione di onde elettromagnetiche le quali viaggiano a velocit della luce propagandosi anche nel vuoto Questo significa che un corpo caldo che perde calore per irraggiamento pu arrivare a riscaldare anche un altro corpo molto distante In effetti questo il caso del Sole con la Terra La luce della nostra stella composta da onde elettromagnetiche distribuite su un ampio spettro di frequenze riscalda il nostro pianeta per irraggiamento Quando attivo questo meccanismo di trasporto del calore la quantit di calore scambiata fra il corpo caldo e i corpi freddi che lo circondano direttamente proporzionale alla quarta potenza della temperatura L irraggiamento quindi un meccanismo molto efficace per sottrarre calore dai corpi i quali possono restare caldi solo se hanno una sorgente di energia al loro interno come accade appunto al Sole nel cui nucleo si verificano reazioni di fusione termonucleare e a noi che come detto poco sopra restiamo approssimativamente sempre alla stessa temperatura grazie al metabolismo Anche noi perci perdiamo calore per irraggiamento emettendo onde elettromagnetiche Tuttavia
97. ana esiste infatti un momento di rottura fra un passato di ignoranza e un futuro di consapevolezza l incarnazione del figlio di Dio che avviene una sola volta nella storia dell umanit E dato che il tempo ciclico non ammette l espressione una sola volta costretto per questo a cedere il passo al tempo lineare Da questo momento la linearit e la continuit del tempo diventano canoni fondamentali del pensiero occidentale e in particolare di quello scientifico Ci potremmo a questo punto porre la domanda se il tempo scorra veramente o non sia piuttosto un illusione dei nostri sensi E poi se scorresse veramente a che velocit scorrerebbe a un secondo al secondo Una risposta plausibile che per non toglie tutte le perplessit che in realt le cose non avvengono o divengono ma sono nello spazio tempo Siamo piuttosto noi con la nostra coscienza a scorrere lungo le nostre linee di universo e a vedere modificare il paesaggio circostante inteso come realt fisica In altre parole ci che noi percepiamo come scorrere del tempo non sarebbe altro che un fenomeno meramente psicologico di natura cio completamente soggettiva In realt la fisica ha provveduto a fornirci una grandezza attraverso la quale definire incontrovertibilmente il verso dello scorrere del tempo anche per gli oggetti inanimati e non dotati di coscienza come l essere umano Questa grandezza gi incontrata in precedenza si chiama entropia
98. ando ripetutamente nel suo istituto danese 1 vari fisici coinvolti per compiere con loro ricerche discutere e studiare le nuove frontiere della fisica Fu cos che si form quella che va sotto il nome di Scuola di Copenaghen un folto gruppo di fisici convinti assertori dell interpretazione probabilistica della meccanica quantistica Le fondamenta su cui si basa questa visone del mondo sono la quantizzazione delle grandezze fisiche la funzione d onda o meglio il suo modulo quadro considerato come densit di probabilit il principio d indeterminazione il principio di complementariet e infine il principio di corrispondenza che asserisce che la meccanica quantistica applicata a corpi macroscopici si riduce corrisponde alla meccanica classica L enorme pasticcio dei quanti come lo defin coloritamente qualcuno era servito V La fisica dell appartamento Di lampadine che si accendono di telefoni che squillano e di finestre che sbattono La radio non ha futuro WILLIAM THOMSON LORD KELVIN NEL 1899 La fisica della nostra casa non si esaurisce con quella che abbiamo visto nelle quattro stanze esaminate fin qui C ancora da scoprire quella degli impianti elettrico e telefonico Ci sono i termosifoni e i condizionatori d aria il cui funzionamento basato sui principi della termodinamica che abbiamo imparato a conoscere nei capitoli precedenti Ma nella nostra casa ci possono essere anche compute
99. ano i problemi Infatti non appena noi tentassimo di localizzarlo sul campo il nostro elettrone fuggirebbe come impazzito con una velocit tale da non farsi stoppare oppure viceversa se noi decidessimo di calciarlo con una certa velocit verso la porta avversaria lo ritroveremmo forse nella nostra rete causando uno sfortunato autogol Perch dovrebbe avvenire tutto questo Perch il principio di indeterminazione di Heisenberg stabilisce limiti teorici invalicabili alle nostre capacit di compiere misure precise su quelle che 1 fisici chiamano variabili coniugate Fra queste variabili troviamo appunto la posizione e la quantit di moto della particella cio il prodotto della massa di un corpo per la sua velocit Espresso in parole semplici ci significa che possibile misurare con estrema precisione la posizione dell elettrone oppure la sua quantit di moto mentre l altra grandezza rimane per completamente indeterminata Ecco perch la particella che noi abbiamo usato come pallone da calcio non farebbe al caso nostro come pure nessun altro corpo microscopico il principio d indeterminazione impedirebbe a qualsiasi fuoriclasse di indirizzare volutamente l elettrone verso la porta avversaria con la giusta velocit Ma allora quella che noi abbiamo chiamato traiettoria classica del vero pallone da calcio definibile per una particella microscopica La risposta purtroppo per i fanatici del determinismo
100. anti Ecco perch adesso molti schermi e insegne luminose sono fatti con questi piccoli ma efficienti dispositivi DAL TAM TAM AL BIP BIP Comunicare e soprattutto telecomunicare cio comunicare a distanza sempre stato un problema di cruciale importanza per l uomo primitivo la sopravvivenza stessa della trib era fondata sulle capacit di segnalare tempestivamente il sopraggiungere di un pericolo oppure di avvisare gli altri cacciatori su quale fosse il luogo pi propizio Dalle prime rudimentali tecniche basate sull emissione di suoni naturali urla grugniti versacci si pass poi abbastanza rapidamente a soluzioni artificiali consistenti nella produzione di rumori con strumenti di vario genere bacchette di legno tam tam ecc Parallelamente alle segnalazioni acustiche si svilupparono anche le prime tecniche ottiche gesti segnali di fumo fuochi ecc in certi casi pi efficienti Ancora oggi pur con tutte le innovazioni tecnologiche esistenti troviamo in uso alcune di queste tecniche D altra parte anche i modi di comunicare moderni si basano con modalit diverse sulla trasmissione di suoni luci o immagini come gi quelli primitivi Cos nei secoli si sono cercate via via soluzioni pi avanzate per comunicare a distanza e come potevamo immaginare 1 motori primi dello sviluppo tecnologico delle telecomunicazioni sono stati business e guerra E mentre sulla terraferma c era ancora il messaggero a cav
101. anti del pianeta Terra la intendiamo Gli studi di archeoastronomia scienza che si occupa dello studio di tracce archeologiche di costruzioni edificate per le osservazioni astronomiche hanno chiaramente mostrato come anche gli uomini primitivi cercassero di mettere ordine nel susseguirsi degli eventi terreni L osservatorio megalitico di Stonehenge in Inghilterra la cui costruzione risale a circa 4500 anni fa forse il caso pi evidente di questa ricerca di regolarit Questa ricerca sfocer poi nella realizzazione da parte di diverse civilt di complessi strumenti per il computo del trascorrere del tempo i calendari tipicamente basati sull osservazione delle periodicit nei moti del Sole e della Luna Un esempio di calendario basato su queste osservazioni lo abbiamo costantemente sotto gli occhi il nostro calendario che approfondiremo a breve suddivide infatti la durata dell anno cio il tempo di una rivoluzione apparente del Sole in cielo in dodici mesi essendo il mese in prima approssimazione proprio il tempo necessario alla Luna per compiere una rivoluzione attorno alla Terra Il tempo quindi gi in una concezione intuitiva legato ai principi di durata e mutamento Sant Agostino 354 430 in un celebre passo delle Confessioni si espresse cos Che cos dunque il tempo Se nessuno me lo domanda lo so Se devo spiegarlo a qualcuno non lo so Nondimeno so che se nulla passasse non vi sareb
102. are la temperatura dell acqua Una pentola a pressione per si pu trasformare anche in un arma pericolosissima Ecco perch tutti 1 libretti di istruzioni si premurano di avvertire di usare questo utensile con estrema cautela facendo attenzione in particolare allo stato della valvola di sicurezza il cui buon funzionamento impedisce alla pentola di diventare una bomba a vapore e di esplodere violentemente La valvola di sicurezza generalmente regolabile permette infatti di evitare che il vapore raggiunga pressioni e quindi temperature troppo alte lasciando libero di uscire dalla pentola il vapore acqueo che si forma in eccesso rispetto alla pressione desiderata Se per la valvola per qualche motivo bloccata o ostruita la pressione all interno della pentola aumenta in maniera considerevole potendo anche arrivare a sbloccare violentemente il coperchio con conseguenze disastrose per gli oggetti e purtroppo le persone circostanti Le valvole di sicurezza note anche con il nome di valvole limitatrici di pressione proprio per la loro specifica funzione non sono presenti esclusivamente nelle pentole a pressione ma in molti altri impianti e dispositivi che hanno bisogno di un controllo della loro pressione interna Impianti idraulici caldaie macchine e motori a vapore rappresentano alcuni esempi tipici di impiego delle valvole di sicurezza il cui meccanismo di funzionamento tanto semplice quanto efficace Tipicamente
103. ati sotto forma di schiume ovvero di miscele con aria in cui questa pu arrivare a occupare anche il 90 per cento del volume del materasso Anche il poliuretano si presenta sotto forma di schiuma Prima di approfondire grazie alle molle metalliche l argomento elasticit che un capitolo importante della meccanica classica approfittiamo del fatto che stiamo parlando di lattice e di altri derivati della gomma per accennare al fatto che questi prima di arrivare a noi ovvero all utente finale vengono sempre sottoposti alla vulcanizzazione il processo di lavorazione che permette alla gomma di legarsi chimicamente allo zolfo tramite riscaldamento grazie alla vulcanizzazione ideata dall inventore statunitense Charles Goodyear 1800 1860 nel 1839 e brevettata nel 1844 che la gomma pu raggiungere una certa durezza la resistenza alla trazione e il grado di elasticit desiderato Oltre a questo la vulcanizzazione elimina alcune propriet negative della gomma quali l appiccicosit l abrasivit e la scarsa resistenza agli agenti chimici e atmosferici Solo cos la gomma naturale nota anche con il nome di caucci ottenuta coagulando il lattice estratto soprattutto dalla pianta tropicale Hevea brasiliensis tramite incisione del tronco diventa stabile e pu assolvere in maniera duratura e adeguata ai compiti a lei assegnati come quelli per esempio di viaggiare sotto forma di pneumatico per auto per decine di mi
104. azione adotta un proprio calendario ufficiale per definire le festivit e identificare le date in modo univoco La maggior parte dei Paesi del mondo nonch le organizzazioni sovranazionali come l ONU adottano il calendario gregoriano alcuni Paesi musulmani adottano il calendario islamico Israele adotta il calendario ebraico Altri Paesi o altre religioni adottano calendari diversi Da quanto detto si comprende che le unit di tempo fondamentali su cui si basano 1 calendari sono ricavate dall osservazione del Sole e della Luna e la settimana corrisponde approssimativamente alla durata di una fase lunare e il mese corrisponde alla durata di un ciclo completo di fasi cio a 4 settimane l anno corrisponde alla durata di un ciclo di stagioni cio a un periodo di rivoluzione della Terra intorno al Sole anche se non esattamente a causa della precessione degli equinozi Tuttavia poich un anno solare non corrisponde a un numero intero di mesi lunari il rapporto di circa 12 3683 1 calendari seguono in genere o l uno o l altro dei due cicli Inoltre anche la durata media di una fase lunare non esattamente di 7 giorni precisamente di circa 7 3826 giorni per questo motivo le fasi non iniziano sempre lo stesso giorno della settimana A seconda della base astronomica prescelta anno tropico mese lunare una combinazione di entrambi si distinguono essenzialmente 3 diversi tipi di calendari e i calendari solari
105. azioni stesse a determinare il comportamento caotico di un sistema quanto il fatto che anche una sola equazione descrittiva contenga un termine non lineare dato per esempio dal prodotto di due variabili o da una variabile presente al quadrato o al cubo Dal punto di vista fisico un termine non lineare significa generalmente una retroazione nota anche con il termine inglese feedback del sistema dinamico ovvero la capacit del sistema stesso di modificare dinamicamente le proprie caratteristiche tenendo conto istante per istante delle condizioni in cui si trova La retroazione una propriet fondamentale di molti sistemi complessi ivi compresi quelli biologici come gli organismi viventi gli ecosistemi o anche l intera biosfera sociali ed economici Essa pu essere positiva ovvero in grado di amplificare 1 cambiamenti allontanando definitivamente il sistema dal suo stato di partenza o negativa ossia in grado di contrastare gli effetti di eventuali modifiche allo stato di partenza svolgendo cos un ruolo di autoregolazione Un esempio di retroazione positiva dato dallo scioglimento dei ghiacci polari causato dal riscaldamento globale I ghiacci sono in grado di riflettere la luce solare in loro presenza quindi una minore quantit di radiazione solare viene assorbita dal Pianeta Ma via via che il riscaldamento globale aumenta l estensione dei ghiacciai diminuisce facendo s che la Terra assorba sempre pi radiazione
106. be un tempo passato e se nulla cambiasse non vi sarebbe un tempo presente chiaro come il passare di Agostino sia da riferirsi al concetto di durata mentre il cambiare sia legato al mutamento questo il pi tipico esempio della cosiddetta posizione relazionale del tempo ove esso serve cio soltanto a esprimere il mutare delle cose il divenire della materia Il tempo anche in Agostino viene quindi inteso come un parametro che permette la descrizione dei fenomeni Ma come facilmente intuibile e sotto gli occhi di tutti occorre definire per un evento non solo quando avviene e quanto dura ma anche dove accade Ecco quindi che sorge spontaneo il legame fra tempo e spazio sono proprio questi a delimitare il teatro di coordinate in cui studiare 1 fenomeni naturali e descriverne l evoluzione Pur dopo il lavoro di tanti scienziati e filosofi questa concezione del tessuto spaziotemporale come teatro di coordinate o come sfondo necessario a esprimere parametricamente 1l divenire delle cose rappresenta ancora oggi la posizione dominante in fisica Esprimendola nel linguaggio dell epistemologia operativa una grandezza fisica definita dall insieme di operazioni atte a misurarla definizione operativa Perci lo spazio relativo una nozione legata alla convenzione scelta per misurare le lunghezze fisiche degli oggetti mentre il tempo relativo sostanzialmente definibile come la sequenza ordinata scandita da quel part
107. bi di calore con l esterno la temperatura interna del frigorifero si alza di nuovo il compressore torna in funzione per riattivare il ciclo fino al ritorno alla temperatura desiderata La scelta del fluido refrigerante piuttosto delicata esso deve avere infatti caratteristiche fisiche tali da garantire tutti i passaggi del ciclo frigorifero negli intervalli di temperatura richiesti Per lungo tempo sono stati usati fluidi refrigeranti come il freon nome commerciale di alcuni composti chimici con marchio registrato della Du Pont e altri clorofluorocarburi CFC o altre sostanze refrigeranti che purtroppo per si sono rivelate tutte dannose alcune per gli effetti negativi sulla formazione dello strato di ozono stratosferico che come accennato parlando di onde elettromagnetiche ci protegge dai raggi ultravioletti provenienti dal Sole altre per il loro alto potenziale di effetto serra ovvero per il loro contributo all innalzamento della temperatura media del nostro pianeta Attualmente dopo la messa al bando di questi fluidi 1 produttori di frigoriferi e congelatori si sono affidati al tetrafluoroetano che sebbene sia sicuro per lo strato di ozono non lo altrettanto per il clima terrestre Cosicch con la consapevolezza che a breve anche il tetrafluoroetano verr proibito non resta che continuare la ricerca di nuovi fluidi refrigeranti che possano essere nello stesso tempo efficienti e sicuri A meno che non si decida tu
108. bile codificare i segnali audio e quelli video ottenendo cos l audio e il video digitale Naturalmente per ricostruire l onda sonora ma ragionamenti analoghi si possono fare anche per le immagini e 1 segnali video occorre che il singolo campione contenga delle informazioni O specifiche in particolare l altezza dell onda nell istante in cui stata campionata Perch sia possibile convertirla in un codice numerico la scala delle altezze suddivisa in tanti segmenti distinti tutti della stessa ampiezza Dal continuo al discreto In un campionamento l altezza dell onda non prende valori continui ma viene approssimata per eccesso o per difetto al valore discreto pi vicino Il numero di segmenti che definisce le dimensioni o la profondit del campionamento rappresenta la risoluzione in altezza con cui condotto il campionamento Maggiore il numero di segmenti pi fitta la scala migliore sar la rappresentazione finale dell onda Questo perch con un numero pi grande di gradini le approssimazioni necessarie a rendere discreto il segnale continuo sono sicuramente inferiori La differenza fra il valore reale e quello discreto che si ottiene dal processo di conversione di un segnale analogico in segnale digitale prende il nome di errore di quantizzazione Risoluzioni tipiche dei campionamenti audio di bassa qualit sono a 8 bit corrispondenti a una suddivisione dell altezza del segnal
109. bilmente avrete gi provato magari quando non avevate acqua corrente e ne avevate messa un po da parte per le emergenze dimostra che la tazza e il sifone possono tranquillamente bastare nello svolgimento delle funzioni essenziali per cui sono stati progettati Ma anche interessante capire come si comportano il meccanismo di scarico e quello di riempimento che come detto in genere costituiscono un tutt uno con la tazza e il sifone Lo scopo del serbatoio esattamente quello del secchio nell esempio appena fatto Perch l effetto sifone si attivi infatti necessario che una certa quantit di acqua venga versata molto velocemente nella tazza Sciacquoni tipici rilasciano una decina di litri d acqua in pochi secondi Per riempire nuovamente il serbatoio servono invece diverse decine di secondi se non minuti A mettere in moto il meccanismo di scarico siamo naturalmente noi nel momento in cui premiamo il pulsante Alzando il coperchio del serbatoio si scopre che il pulsante collegato con la valvola di scarico la quale si solleva spostandosi dalla sua sede e lasciando aperto un foro di alcuni centimetri di diametro appunto da qui che l acqua si riversa nella tazza la quale pu essere stata modellata con un unico grande foro d ingresso o con tanti fori pi piccoli lungo il bordo In ogni caso la maggior parte dell acqua scaricata viene gi direttamente dal foro principale solo cos infatti possibile
110. ca elettrica che in quelle per uso domestico sono di tipo elettronico e integrate nella base della lampada che pu essere avvitata a un portalampada come una normale lampada a incandescenza La durata di queste lampade strettamente legata al numero di accensioni a cui vengono sottoposte a ogni accensione infatti gli elettrodi che danno origine alla scarica si consumano un po Per questo motivo questo tipo di lampade pi adatto per ambienti che vanno illuminati per diverse ore come la cucina o il soggiorno piuttosto che per ambienti di passaggio come il corridoio o il bagno Lo spettro di corpo nero Ogni sorgente luminosa ha un suo spettro che dipende dalle sue caratteristiche fisiche come la composizione o la temperatura In altre parole la distribuzione in frequenza o in lunghezza d onda che lo stesso dell intensit della radiazione emessa non uguale per tutte le sorgenti ma anche questa tipica di quella particolare sorgente Uno spettro molto importante in fisica quello del cosiddetto corpo nero il cui studio indusse Planck a introdurre il concetto di quanti di luce Un corpo appare nero se in grado di assorbire completamente tutta la radiazione che lo colpisce Tuttavia anche un corpo nero emette una radiazione ed essa ha l importante propriet di dipendere esclusivamente dalla temperatura a cui il corpo si trova In natura esistono molte sorgenti con uno spettro simile a quello del corp
111. calore in lavoro In realt teoricamente possibile dimostrare che sotto particolari ipotesi esiste una circostanza in cui la conversione completa di calore in lavoro pu avvenire alla temperatura di 0 K cio allo zero assoluto Ma come abbiamo affermato parlando dei fondamenti su cui si basa la termodinamica non possibile raggiungere lo zero assoluto con un numero finito di passaggi di raffreddamento questo l enunciato del terzo principio della termodinamica Allora potremmo concludere questo paragrafo ricapitolando la termodinamica nel seguente modo e il calore pu essere convertito in lavoro primo principio e ma pu esserlo completamente solo allo zero assoluto secondo principio e lo zero assoluto non raggiungibile terzo principio La Natura non c che dire davvero beffarda Il ciclo frigorifero ecco svelato il mistero Riprendiamo un attimo l enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica Esso afferma l impossibilit di trasferire calore da un corpo pi freddo a un corpo pi caldo senza altri passaggi energetici all interno del sistema considerato In altre parole se vero che il calore fluisce naturalmente da un corpo pi caldo a uno pi freddo perch si possa realizzare il passaggio inverso occorre agire in qualche maniera sul sistema esattamente quello che vogliamo che accada nei nostri frigoriferi e congelatori al cui interno vogliamo abbassare
112. capire anche solo un decimo di quanto descritto e magari Vi siete incuriositi al punto da cercare altre letture e ulteriori approfondimenti be saremmo davvero molto contenti D altra parte omissioni semplificazioni perdite di rigore scientifico sono necessariamente presenti in tutto il libro anche qualche errore o imprecisione probabilmente per i quali mi scuso e ringrazio sin d ora chi vorr segnalarmeli il genere stesso di libro saggio divulgativo a richiederli La sfida era cercare di spiegare concetti spesso complessi usando un linguaggio il pi possibile semplice e piano questo ci sar riuscito meglio in alcune occasioni peggio in altre Possiamo solo augurarci che le prime siano molto pi numerose delle seconde La curiosit ci che muove lo scienziato e il ricercatore Ponetevi continuamente domande anche quelle che a voi sembrano pi banali abbiamo visto che in realt nessuna domanda banale e che molte hanno risposte complesse Sempre che gli scienziati siano stati in grado di trovarle Considerate un laboratorio non solo la vostra casa ma tutto il mondo che vi circonda la fisica sempre dietro l angolo in ogni fenomeno e aspetta solo di essere chiamata a manifestarsi quanto si cercato di mostrare in queste pagine Adesso tocca davvero a voi Di seguito troverete una bibliografia a cui potrete far riferimento per trovare ulteriori risposte a domande che vi siete posti e per le
113. cercando di avvicinarci alla temperatura giusta Un sistema cos descritto naturalmente a retroazione negativa senz altro stabile la temperatura dell acqua varia in un intervallo di valori limitato ma non ha tanto un valore unico di temperatura quanto piuttosto un valore di temperatura che oscilla attorno al valore medio Quello che abbiamo appena descritto un caso tipico di anello di feedback con ritardo dove il ritardo appunto il tempo che intercorre fra il momento in cui noi modifichiamo lo stato del sistema per esempio girando il miscelatore verso il caldo e il momento in cui l effetto stesso viene preso in considerazione per modificare ulteriormente il sistema percependo l acqua troppo calda e girando di conseguenza il miscelatore verso il freddo Ma oltre a permetterci di chiarire con un esempio domestico il fenomeno della retroazione 1 miscelatori di casa ci offrono l opportunit di approfondire uno dei concetti fondamentali della termodinamica e della fisica in generale il concetto di temperatura La temperatura e la sua misura Fu durante 1 suoi studi che il fisico austriaco Ludwig Boltzmann 1844 1906 ebbe la brillantissima intuizione di comprendere come tutte le propriet macroscopiche dei corpi percepite nella nostra esperienza quotidiana attraverso 1 sensi fossero direttamente collegate con equivalenti propriet microscopiche dei costituenti della materia Dato che questo legame fra mondo mic
114. cervello giungendo cos a un approccio multidisciplinare che sta cominciando a dare 1 suoi frutti Per esempio in quei sistemi noti come Reti Neurali Artificiali RNA che come le Reti Neurali Biologiche RNB e come il cervello il principio di elaborazione le regole e le risposte si fondano sulle connessioni fra individui e sulla loro reciproca interazione neuroni in quelle naturali neurodi in quelle artificiali Chiaramente siamo ancora ben lontani dalla realizzazione di una RNA che si avvicini al comportamento di una RNB che ha un numero di individui e di connessioni molto superiore capace di elaborazioni e pensieri che forse mai saranno alla portata delle macchine per esempio avere coscienza di se stesse Diversi dalle reti neurali che hanno capacit di apprendimento e abilit operative aperte sono i sistemi esperti anch essi programmi per computer molto complessi ma con un ambito di applicazione pi ristretto In particolare mentre una RNA capace d inferire le proprie regole da esempi applicativi un sistema esperto ha bisogno a priori delle regole specifiche al campo di applicazione per poter funzionare correttamente Altra differenza fondamentale quella relativa alle procedure di elaborazione mentre i sistemi esperti operano sequenzialmente cio svolgendo una singola operazione per volta come i normali computer sequenziali appunto le RNA lavorano in parallelo compiendo molte operazioni contemporaneamente pr
115. cile anche piegare un pezzo di metallo resistente come quello di cui fatto un tappo a corona Leva di secondo genere e quindi ancora vantaggiosa invece l apribottiglie con l apertura ovale ovvero quello che si usa spingendo verso l alto anche qui il fulcro sopra il tappo ma la forza resistiva sulla linguetta metallica appoggiata sotto il bordo della corona E chi mai potrebbe pensare di usare leve svantaggiose come quelle di terzo genere Sembra impossibile ma ci ha pensato la natura alcune sono addirittura nel nostro corpo Un esempio Le braccia il fulcro nel gomito la forza resistiva data dal peso dell avambraccio e della mano la forza applicata data dai muscoli del braccio i cui tendini si agganciano vicinissimi all articolazione del gomito Leva svantaggiosa dunque ma estremamente funzionale CUCINARE CON LA PENTOLA A PRESSIONE Avrete sicuramente sentito dire o avrete fatto esperienza diretta del fatto che cucinare un uovo sodo o un piatto di spaghetti in alta montagna richiede pi tempo di quanto ne serva quando si cucinano questi stessi alimenti al livello del mare o comunque a bassa quota Il motivo legato al fatto che la temperatura di ebollizione dell acqua nella quale si immergono l uovo o gli spaghetti dipende dalla pressione atmosferica e questa diminuisce molto rapidamente all aumentare dell altitudine Cos l acqua che bolle a 100 C alla pressione di un atm
116. cinetica delle bilie in parte loro energia interna Sia che la bilia di attacco urti un altra bilia sia che urti una sponda subir un rimbalzo ecco quindi entrare in gioco le leggi della riflessione normalmente applicate ai raggi luminosi Secondo queste leggi se una bilia colpisce una sponda con un certo angolo d incidenza che l angolo compreso fra la direzione iniziale di moto della bilia e la linea perpendicolare o normale alla sponda nel punto d impatto verr riflessa con un angolo di riflessione esattamente identico all angolo d incidenza l angolo di riflessione quello compreso fra la normale e la direzione finale di moto della bilia Le leggi della riflessione affermano anche che l angolo di incidenza la normale e l angolo di riflessione giacciono tutti sullo stesso piano cosa particolarmente facile da osservare nel biliardo dove tutto il gioco si svolge sulla stessa superficie bidimensionale piana In pratica nel biliardo la bilia il raggio di luce e la sponda lo specchio che lo riflette sapendo questo possibile calcolare e prevedere tutte le traiettorie Ma proprio cos Intanto a interrompere la continuit delle sponde troviamo le buche cio zone in cui la superficie piana del biliardo incurvata qui che la gravit entra in gioco Le tasche del biliardo infatti sono vere e proprie buche di potenziale gravitazionale Non solo accolgono la bilia che vi diretta ma una
117. ciolta che d al liquido la particolare caratteristica di frizzare Non solo da questa per dato che oltre ad alcol e gas contengono anche diversi composti organici che possono funzionare da agenti attivi di superficie ovvero da surfattanti dall inglese surface active agent noti anche con il nome di tensioattivi I surfattanti generalmente molecole proteiche hanno un estremit idrofila cio solubile in acqua e l altra idrofoba cio insolubile in acqua Cos quando all interno di un liquido acquoso si formano delle bolle di gas 1 surfattanti tendono spontaneamente a raccogliersi sulla superficie delle bolle con la coda idrofoba rivolta verso l interno della bolla dove non pi a contatto con l acqua ma con il gas e la testa idrofila ancora immersa nell acqua proprio dalla concentrazione di molecole surfattanti e dal loro tipo che dipende la diversa dinamica delle bollicine maggiore o minore diametro pi o meno veloci tendenza a formare una schiuma superficiale nelle varie bibite frizzanti I surfattanti sono importanti anche per un altro tipo di bolle quelle di sapone Infatti oltre a essere 1 responsabili delle capacit pulenti e sgrassanti di un sapone l estremit idrofoba che si attacca allo sporco portandolo via i surfattanti permettono a una bolla di sapone di acquistare un certo volume e di resistere per un po di tempo Avete mai provato a fare una bolla di sola acqua Tutti sann
118. compiere alle bilie straordinarie evoluzioni In effetti esistono diversi modi di giocare a biliardo con due bilie comunemente chiamate palle un boccino e un certo numero di birilli con 15 o pi bilie colorate e numerate da mandare in buca con un altra bilia a stecca o a mano a carambola con un tavolo privo di buche e cos via con regole e tecniche di gioco specifiche e diverse anche da paese a paese Tuttavia alcune cose rimangono certamente fisse sono le leggi della fisica e in particolare della meccanica classica che nel biliardo trovano una loro ideale e interessantissima oltre che divertente applicazione Il campo di gioco tipico costituito da un panno verde generalmente di lana ma attualmente vengono usati materiali simili di aspetto ma con caratteristiche fisiche diverse steso su una spessa e rigidissima lastra piana di ardesia la lavagna della scuola cos chiamata dal nome del comune ligure da cui viene estratto questo particolare tipo di roccia posta su un tavolo rettangolare di misura diversa a seconda del gioco praticato con i bordi rialzati le cosiddette sponde e con sei buche distribuite ai vertici e a met dei lati lunghi Le bilie impiegate sono d avorio o di altro materiale mentre le stecche possono essere di legno pi elastiche o di alluminio pi leggere e maneggevoli La bilia d attacco viene messa in movimento da un colpo pi o meno secco e deciso della stecca che imprimendol
119. cqua rester fissa alla temperatura raggiunta al momento in cui ha iniziato a bollire diventa quindi possibile cuocere gli alimenti a temperature pi alte riducendo cos i tempi di cottura Nelle pentole a pressione moderne dove la pressione pu raggiungere valori doppi di quella atmosferica l acqua arriva all ebollizione alla temperatura di circa 120 C in alcuni modelli si raggiungono temperature anche maggiori Ad aumentare la pressione interna naturalmente il vapore d acqua che va a saturare la parte superiore della pentola che deve essere chiusa ermeticamente Bloccando completamente a parte la via di fuga della valvola di sicurezza la fuoriuscita di aria e soprattutto di vapore l acqua che evapora durante il riscaldamento e l aria disciolta in essa non possono disperdersi e una maggiore quantit di aria e di vapore resta costretta in un volume costante e limitato proprio questo fatto ovvero l aumento delle molecole di aria e di vapore acqueo nel volume compreso fra il pelo dell acqua e il coperchio a causare l aumento della pressione richiesto a parit di volume infatti maggiore la quantit di aria maggiore la pressione Nelle normali pentole il coperchio tradizionale riduce sicuramente le perdite di calore dovute alla dispersione in aria del vapore che si alza dalla superficie dell acqua in ebollizione ma non permette di elevare significativamente la pressione n quindi di innalz
120. da concerto teatri o stanze per conferenze Infatti se in una sala per concerti di musica classica un certo riverbero pu essere auspicato per dare pi potenza e maggiore volume ai suoni percepiti questo invece completamente da eliminare nel caso in cui lo strumento da ascoltare sia la voce umana come in una conferenza i riverberi contribuirebbero solo a produrre un rimbombo impastando le sillabe con 1l rischio di renderle incomprensibili Per ridurre i riverberi quindi necessario impiegare materiali che siano in grado di assorbire al massimo i suoni In ultima analisi il riverbero di una sala acustica dipende da questi fattori dimensioni e forma dell ambiente composizione delle pareti investite dal suono Materiali diversi infatti hanno coefficienti di assorbimento diversi Inoltre le riflessioni su pareti di tipo diverso hanno intensit diverse a frequenze diverse Tipicamente si osserva che 1 suoni ad alta frequenza sono assorbiti pi facilmente di quelli a bassa frequenza Un caso particolare di riflessione delle onde sonore l eco il fenomeno per cui i suoni emessi dall ascoltatore che in questo caso funge anche da sorgente sonora vengono riflessi da un ostacolo e arrivano nuovamente all ascoltatore poco mutati in intensit ma con un certo ritardo rispetto al suono diretto In particolare l eco si distingue dal riverbero perch le singole riflessioni dell onda sonora sono percepite distintamente da
121. ddiviso in 24 ore medie a loro volta suddivise in 60 min medi a loro volta suddivisi in 60 s medi Poco importa dal punto di vista delle nostre attivit quotidiane La differenza che si misura fra giorno solare vero e giorno solare medio chiamata equazione del tempo qui il termine equazione viene usato con il significato di correzione e dovuta lo ripetiamo alla combinazione dell eccentricit del nostro moto orbitale e dell inclinazione dell asse di rotazione rispetto al piano dell eclittica infatti al massimo attorno al quarto d ora A questo punto sembra fatta Ma il tempo si sa un osso duro da trattare Fin qua abbiamo infatti definito il giorno e le frazioni di giorno grazie alle osservazioni astronomiche lasciando implicitamente intendere che queste siano affidabili ovvero che i fenomeni impiegati nelle definizioni moto di rotazione della Terra attorno al proprio asse e moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole siano perfettamente periodici e non sgarrino di una frazione di secondo Ormai da tempo fisici e astronomi sanno per che non cos In particolare a causa delle maree ovvero dell azione gravitazionale esercitata sulle masse fluide atmosfera e oceani del nostro pianeta da parte di Sole e principalmente Luna il moto di rotazione della Terra sta rallentando Ma l attrito causato dalle maree solo uno dei tanti fattori che rendono l orologio Terra piuttosto impreciso al
122. de scienziato del Seicento l olandese Christiaan Huygens 1629 1695 il quale giunse a questa conclusione solo pochi decenni dopo gli studi di Galileo In ogni caso gi ai tempi di Galileo si pot iniziare a usare il pendolo come strumento per misurare gli intervalli di tempo Fra le prime applicazioni vi fu per esempio quella realizzata in campo medico dell impiego del pendolo come misuratore della frequenza cardiaca Gi Galileo ormai vecchio prov ad abbozzare un progetto di orologio a pendolo ma la soluzione venne trovata solo attorno al 1660 da Huygens che appunto considerato l inventore di questo strumento per il quale ottenne un brevetto nel 1657 anche se pare che il suo contemporaneo Robert Hooke fosse pure riuscito nell intento Huygens fu comunque il primo a produrre un pendolo perfettamente funzionante Naturalmente i pendoli reali come le molle reali hanno la tendenza a smorzare il loro moto e infine a fermarsi sotto l azione delle forze di attrito dovute ai vincoli e alla resistenza dell aria interessante osservare come uno dei modi in cui gli orologiai hanno risolto il problema proprio trattandolo con le molle In altre parole il moto del pendolo ma anche del bilanciere dell orologio da polso garantito proprio dall energia elastica accumulata da una molla generalmente a spirale avvolta su se stessa La ricarica del pendolo o dell orologio meccanico serve a questo ad accumulare e
123. di capillarit dell inchiostro nel mezzo poroso rappresentato dalla carta infatti sono le singole microcavit presenti sulla superficie cartacea a risucchiare l inchiostro dal pennino proprio in virt delle forze di adesione superficiale che si manifestano fra l inchiostro stesso e la carta Per questo motivo non tutte le carte sono buone per la scrittura con la penna stilografica una carta troppo spugnosa assorbe eccessivamente l inchiostro il quale si espande lasciando un tratto poco nitido mentre una carta non porosa come quella plastificata non pu assorbire l inchiostro rendendo impossibile l impiego della penna Ma che cosa accade se le forze di coesione sono maggiori di quelle di adesione Esattamente il contrario di quanto abbiamo visto finora Un esempio di sostanza che si comporta in maniera completamente diversa dall acqua il mercurio il metallo liquido impiegato nei termometri clinici Il mercurio infatti ha una tensione superficiale molto maggiore di quella dell acqua e a differenza di quest ultima quando viene versato in un contenitore di vetro la sua superficie libera prende la forma di menisco convesso con il mercurio al centro a una quota maggiore del mercurio a contatto con le pareti del contenitore E questo avviene proprio in virt del fatto che le forze di coesione fra gli atomi del metallo sono maggiori di quelle di adesione mercurio vetro Se una volta vi si rotto un termometr
124. diffrazione di cui abbiamo parlato a proposito di onde sonore NON SOLO LUCE L energia elettrica un bene prezioso per le nostre case Non permette soltanto di accendere la luce quando rincasiamo ma anche di garantire il funzionamento di una quantit incredibile di elettrodomestici e altri dispositivi dal frigorifero alla lavatrice dal computer alla televisione dalla consolle per videogiochi al ventilatore Senza l energia elettrica non potremmo neppure ricaricare il nostro telefono cellulare n ascoltare l impianto stereo n cucinare con il forno a microonde Le nostre vite sono ormai indissolubilmente legate all energia elettrica A portare l elettricit nelle nostre case una fitta e intricatissima rete di distribuzione costituita da cavi elettrici nella maggior parte dei casi sospesi ma anche sotterranei o subacquei che partono dalle centrali di produzione e finiscono per arrivare in ogni appartamento anche dopo aver percorso diverse centinaia di kilometri Qualunque sia la fonte energetica primaria combustibili fossili nelle centrali termoelettriche acqua in quelle idroelettriche uranio o plutonio in quelle termonucleari calore terrestre in quelle geotermiche vento in quelle eoliche e cos via le centrali elettriche basano il loro funzionamento sulla conversione di energia meccanica l energia cinetica di rotazione di una turbina in energia elettrica per mezzo di un alternatore A permettere questa t
125. do Segnale orario Semiconduttore Sensibilit spettrale Sifone Sintetizzatore Sistema Sistema caotico Sistema di riferimento Sistema di riferimento inerziale Sistema di riferimento non inerziale Sistema di scansione Sistema di scansione interlacciato Sistema di scansione progressivo Sistema fisico periodico Sistema solare Sistemi esperti Sole Solido Spencer Percy Spencer Spettro Spettro armonico Spettro di corpo nero Stadera Statore Stella Polare Strain Stress Stress strain Strumenti musicali Subwoofer Suono Surfattanti Surround Synth Taglio Sforzi di taglio TAI TCP IP Telecomando Telefono Telefono cellulare Telegrafo Telegrafo elettrico Telegrafo ottico Telescopio Televisore al plasma Temperatura Temperatura di ebollizione Temperatura di gas perfetto Tempo Tempo Atomico Internazionale Tempo Medio dell Europa Centrale Tempo solare medio Tempo Universale Tenacia dell asse giroscopico Tensioattivi Tensione Tensione di snervamento Tensione elettrica Tensione superficiale Teorema del campionamento Teoria della relativit Termine binario Termocoperta Termodinamica Enunciato di Clausius Enunciato di Kelvin Princ pi della termodinamica Termometro Termoregolazione Termostato Tesla Nikola Tesla Test di Turing Tetrafluoroetano Thomson William Thomson Lord Kelvin Timbro sonoro Timbro della voce
126. e Lasciato libero di muoversi l oscillatore armonico si muove di moto armonico semplice costituito da oscillazioni sinusoidali attorno alla posizione di equilibrio di ampiezza e frequenza costanti Un esempio classico di oscillatore armonico semplice quello dato da una molla orizzontale appoggiata su un piano a cui agganciato un corpo avente una certa massa Trascurando la massa della molla sufficiente che questa sia molto piccola rispetto alla massa agganciata e gli attriti con il piano di appoggio la frequenza del moto dipende solo dai valori della costante elastica della molla e della massa agganciata In particolare maggiore la costante elastica maggiore la frequenza Viceversa la frequenza diminuisce all aumentare della massa Un altro esempio di oscillatore armonico molto sfruttato nei libri di fisica classica quello dato da una molla verticale a cui appeso un corpo avente una certa massa A differenza del caso precedente la molla qui costantemente sottoposta alla forza peso dovuta all attrazione gravitazionale che la Terra esercita su tale massa La sua posizione di equilibrio sar quindi diversa ovvero leggermente allungata da quella che avrebbe in assenza di tale forza In queste condizioni trascurando attriti dei vincoli e resistenza dell aria la molla osciller periodicamente attorno a questa nuova posizione di equilibrio Sia in questo caso sia nel precedente al momento in cui si vogli
127. e per cui anche dopo l urto continua a ruotare su se stessa scivolando per un po e cominciando infine a rotolare in avanti a causa dell attrito con il panno L energia totale perci ancora una volta conservata Quella che aumenta irreversibilmente l entropia del sistema e con essa l entropia di tutto l Universo L entropia infatti la misura della quantit di disordine di un sistema maggiore l ordine minore l entropia chiaro che partendo da bilie ferme e ordinatamente sistemate a triangolo e arrivando a una situazione in cui tutte le bilie sono sparse per il tavolo e per di pi con una temperatura maggiore a causa degli urti energia ordinata della bilia di attacco si trasformata in energia disordinata delle molecole l entropia non pu che essere aumentata e di colpo in colpo non pu che continuare ad aumentare E non esiste alcuna possibilit di rimediare perch anche risistemando a mano le bilie in posizione riducendo cos localmente l entropia avremo comunque convertito in calore la forma pi disordinata di energia l energia di legame ordinata di alcune molecole presenti nel nostro corpo l entropia totale dell Universo aumenter ancora Ma questo forse al giocatore di biliardo poco importa perch nonostante attriti urti riflessioni e principi di conservazione se un colpo va male davvero colpa del suo autore Aspetta un momento angolare Il m
128. e 1 luoghi di osservazione dei fenomeni in due categorie ben distinte quelli fermi in quiete o in moto rettilineo uniforme e quelli che si muovono di moto accelerato I primi vengono tecnicamente chiamati sistemi di riferimento inerziali mentre 1 secondi sono detti non inerziali Il perch di questi nomi presto detto Per descrivere un qualunque fenomeno prima occorre sempre definire una cornice da cui vogliamo osservarlo e in cui questo si realizza per esempio il moto di una nave possiamo descriverlo stando fermi sul molo da dove avremo determinati punti di riferimento il faro l ingresso del porto l estremit del molo o salendo a bordo da cui avremo punti di riferimento diversi La cornice dunque il sistema di riferimento selezionato per inquadrare il fenomeno e poterlo descrivere in maniera quantitativa Dal punto di vista matematico un sistema di riferimento definito da 3 assi perpendicolari fra loro che individuano le 3 direzioni dello spazio alto basso destra sinistra davanti dietro e che s intersecano tutti in un punto detto origine Un corpo in movimento la nave una mosca una sonda spaziale cambia la propria posizione nel tempo ovvero in altre parole modifica le proprie coordinate spaziali La linea che descrive come cambiano le coordinate spaziali di un corpo in moto con il passare del tempo si chiama traiettoria e pu essere una retta una curva una spezzata chiusa come le orbite dei piane
129. e controintuitivo pu comunque essere facilmente sperimentato con un altalena A patto lo ribadiamo che l ampiezza dell angolo rispetto alla posizione verticale di equilibrio non sia grandissima diciamo non superiore a 30 l altalena oscilla con lo stesso periodo sia che l ampiezza sia di 10 sia che sia di 20 tanto per fare un esempio E questo accade sia con un bambino sopra sia senza il periodo infatti non dipende in alcun caso dalla massa del pendolo Secondo la testimonianza di Vincenzo Viviani 1622 1703 giovane allievo di Galileo ad Arcetri negli ultimi anni di vita dello scienziato e suo primo biografo Galileo si dedic allo studio del moto del pendolo attorno al 1581 A stimolarlo in questa sua ricerca fu l osservazione delle oscillazioni di un lampadario a candele sospeso nella cattedrale di Pisa sua citt natale oltre che luogo in cui comp i suoi studi universitari Galileo riteneva che il fenomeno dell isocronismo del pendolo ovvero che il suo periodo di oscillazione fosse indipendente dall ampiezza delle oscillazioni valesse per qualunque ampiezza dell oscillazione mentre in realt il pendolo strettamente isocrono solo nel caso in cui le sue oscillazioni siano di piccola ampiezza ecco il motivo per cui abbiamo insistito molto sulle piccole oscillazioni A scoprire che l isocronismo del pendolo era una propriet dipendente dalla ridotta ampiezza delle oscillazioni fu un altro gran
130. e diffusori e il subwoofer dell home theatre appena installato in salotto Insomma la nostra speranza che questo libro non venga subito abbandonato in uno scaffale sperabilmente dopo essere stato letto ma che piuttosto diventi uno strumento di consultazione In effetti ci piace immaginare questo testo con la copertina piegata e le pagine consumate dall uso tenuto sempre a portata di mano magari considerato come il manuale di istruzioni della vostra casa laboratorio Se cos fosse avremmo raggiunto il nostro scopo E se talvolta non troverete descritto il fenomeno che tanto vi incuriosiva ci auguriamo che non ve la prendiate troppo con noi pu capitare Dopo tutto nello spazio limitato di una pubblicazione come questa non si pu immaginare di comprendere tutto lo scibile umano sulla scienza e la tecnologia della vostra casa Sappiate comunque che non l abbiamo fatto apposta I La fisica in cucina Di coltelli che non tagliano di forni a microonde e altre amenit Non c posto al mondo che io ami pi della cucina BANANA YOSHIMOTO Benvenuti in cucina un laboratorio di fisica a nostra disposizione che forse non sapevamo di avere Questo infatti il regno di posate stoviglie ed elettrodomestici strumenti con i quali possiamo sperimentare e verificare la validit in maniera qualitativa di moltissime leggi della fisica Allora non perdiamo tempo e andiamo subito a vedere le leggi della natura all op
131. e dura ormai da ottant anni volto a misurare la viscosit della pece un classico esempio di solido amorfo Venne iniziato nel 1927 da Thomas Parnell professore di fisica all Universit del Queensland a Brisbane in Australia proprio per dimostrare agli studenti che alcune sostanze solo in apparenza solide sono in realt fluidi molto viscosi L esperimento condotto senza nessun particolare controllo della temperatura ambiente consiste nell osservare la lenta percolazione di un campione di pece attraverso un imbuto la cui bocca inferiore venne aperta solo tre anni dopo il versamento del campione nel 1930 Da quel momento sono cadute solo otto gocce di pece l ultima delle quali il 28 novembre 2000 Queste osservazioni hanno permesso agli sperimentatori non solo di stimare che la viscosit della pece circa 100 miliardi di volte quella dell acqua ma anche di entrare nel Guinness Book of Records per l esperimento continuo di maggior durata del mondo e di guadagnarsi nel 2005 il premio g Nobel ignobile parodia dell assai pi prestigioso premio Nobel promossa dalla rivista scientifica satirica Annals of Improbable Research Annali di ricerche improbabili FRIGO E CONGELATORE CICLI TERMODINAMICI DOMESTICI Prima di andare a vedere 1 meccanismi di funzionamento di frigoriferi e congelatori e parlare quindi di macchine termiche e cicli termodinamici occorre introdurre brevemente 1 concetti fondamentali della termodi
132. e il processo di formazione e imprevedibile il momento in cui la goccia si staccher per lasciare il posto alla formazione di quella successiva La prossima volta che vi capita di avere in casa un rubinetto che perde pensate anche solo un attimo al fatto che il problema di chiamare l idraulico per ripararlo ben poca cosa rispetto a quello che hanno 1 fisici nel cercare di capire questo strano sistema Chiss che non vi sia di consolazione CALDA FREDDA CALDA GIUSTA Parlando dei sistemi complessi abbiamo detto che sono soggetti a fenomeni di retroazione e che questa pu essere positiva o negativa Anche un semplice rubinetto a miscelatore della doccia o del bagno di casa pu essere usato per capire bene in che cosa consiste la retroazione che per altro troviamo ben descritta nel famoso verso della canzone Lo shampoo di Giorgio Gaber che d il titolo a questa sezione Vediamo perch Quando apriamo il miscelatore la temperatura dell acqua in uscita avr un certo valore Supponiamo che sia troppo fredda per i nostri gusti Allora gireremo il miscelatore per avere un apporto maggiore di acqua calda In genere per l effetto dell azione non viene percepito all istante cosicch pensando che l acqua sia ancora fredda continueremo a girare il miscelatore per avere l acqua ancora pi calda il risultato che l acqua a questo punto davvero troppo calda E quindi piano piano ripercorriamo a ritroso i passaggi
133. e in 256 intervalli mentre per le registrazioni di qualit elevata sono a 16 bit corrispondenti a 65 536 intervalli Un altro modo di esprimere il concetto il seguente Quando si misura un segnale in ingresso esso viene memorizzato come un numero rappresentato da una parola binaria cio da una sequenza di 0 e 1 La risoluzione o profondit di bit indica proprio quanto lunga la sequenza usata per descrivere ciascun campione del segnale maggiore la lunghezza di questa sequenza pi ampio l intervallo di numeri che possono essere impiegati per misurare il campione Ci implica misure pi accurate e riproduzioni fedeli del segnale Ora se una sequenza di 8 bit permette di rappresentare numeri compresi fra 0 e 256 e una parola binaria lunga 16 bit arriva fino 65 536 cio significa che in un campionamento a 16 bit ciascun campione pu assumere un valore compreso fra 0 e 65 536 Facciamo un esempio Prendiamo un segnale che pu variare con continuit assumendo valori che vanno da 0 a 10 Se noi scegliamo una scala con una risoluzione di 10 intervalli chiaro che tutte le volte che il segnale avr valori differenti da un numero intero sar approssimato all intero pi vicino Cos nella digitalizzazione un segnale con valore 8 2 prender valore 8 proprio come un segnale con valore 7 7 mentre un segnale con valore 5 9 sar approssimato a 6 proprio come un segnale di valore 6 4 Se invece scegliamo una ris
134. e particelle vengono accelerate per produrre le microonde il magnetron era anche la sorgente di microonde nei radar impiegati da Spencer I magnetron dei forni a microonde attualmente in commercio producono microonde a una frequenza tipica di 2 45 GHz 2450 MHz ovvero a una lunghezza d onda di 12 24 cm Queste ultime una volta prodotte vengono incanalate attraverso una guida d onda verso la camera di cottura dove vengono continuamente riflesse dalle pareti metalliche fino a che non sono assorbite dall alimento posto al suo interno In pratica le pareti metalliche sono degli specchi per le microonde Questo il motivo per cui occorre evitare l impiego di contenitori metallici all interno della camera di cottura impedirebbero alle microonde di raggiungere il cibo in essi contenuto riflettendole indietro Anche lo sportello anteriore dalla cui finestra possibile controllare il livello di cottura del cibo posto all interno del forno protetto da una griglia metallica le cui maglie hanno dimensione inferiore ai 12 cm della lunghezza d onda delle microonde presenti ed quindi tale da impedire la trasmissione delle microonde stesse verso l esterno sarebbe come far passare una moneta da un foro 50 volte pi piccolo della moneta stessa D altra parte la radiazione visibile che ha una lunghezza d onda nettamente inferiore alle dimensioni dei fori della griglia in grado di attraversarla e di giungere ai nostri occhi
135. e sono sufficientemente fornite di libri originali o traduzioni in italiano perch si possa affrontare la difficolt dello studio della fisica senza doversi complicare la vita con la comprensione di un altra lingua Abbiamo volutamente escluso anche 1 siti web e le altre risorse di Internet citandoli ci sembrava di fare un torto agli autori dei testi elencati gi perch in italiano di risorse web originali ce ne sono davvero pochissime la maggior parte degli scritti in Internet tratto estratto o direttamente copiato da qualche libro pubblicato su carta o nella migliore delle ipotesi copiato da qualche sito in lingua inglese Ci non toglie che cercare su Google o consultare Wikipedia o qualche altro sito o enciclopedia on line possa essere utile almeno per rinfrescare un argomento o per trovare al volo una definizione Almeno per ora tuttavia soprattutto per quanto riguarda le risorse in italiano crediamo che leggere un libro sia ancora il modo migliore per avere una visione organica e completa degli argomenti che c interessano Le date di pubblicazione dei libri citati sono quelle delle edizioni da noi consultate Di alcuni testi soprattutto di quelli pi datati possibile che esistano ristampe o edizioni pi recenti Asimov 1 JI libro di fisica Mondadori Milano 1986 Bernardini C Prima lezione di fisica Laterza Bari 2007 Bodanis D La tua casa segreta Mondadori Milano 2001 Bridgman P W
136. e un energia potenziale dipendente dalla posizione assunta dal corpo sotto l azione delle forze del campo vengono detti campi conservativi proprio perch in questi campi si osserva la conservazione dell energia meccanica A patto che naturalmente il sistema preso in considerazione sia isolato ovvero non interagisca in alcun modo con l ambiente Nel caso di molle e pendoli reali dobbiamo tenere in considerazione anche gli attriti Le forze di attrito fanno s che parte dell energia meccanica se non tutta venga dissipata in genere sotto forma di calore Come si visto nel primo capitolo parlando del primo principio della termodinamica l energia totale del sistema si conserva sempre solo che a questo punto occorre considerare non solo l energia meccanica ma anche quella interna del reticolo cristallino che costituisce la molla che con l oscillazione si riscalda aumentando la propria energia interna e quella dell aria che pure si riscalda opponendo resistenza al moto della molla o del pendolo Questo il motivo per cui la molla e il pendolo non tornano mai in modo naturale alla loro posizione di partenza ma smorzano via via le oscillazioni L energia meccanica si trasforma con il tempo in energia termica e occorre fare nuovamente lavoro sul sistema perch questo inizi nuovamente a oscillare Per concludere questa sezione dedicata all elasticit e non solo torniamo al punto da cui siamo partiti ovvero da
137. e una forza per un certo intervallo di tempo ne fa passare la velocit da zero la bilia parte da ferma a un determinato valore Ragionando in termini fisici pi rigorosi si pu affermare che l impulso fornito dalla stecca si tramuta in una variazione della quantit di moto della bilia essendo appunto l impulso la grandezza fisica corrispondente al prodotto di una forza per il tempo in cui essa viene applicata e la quantit di moto il prodotto della massa di un corpo per la sua velocit in questo caso parliamo della bilia Il moto delle bilie pu essere di tre diversi tipi di pura traslazione quando la bilia striscia rigidamente sul panno di pura rotazione quando la bilia rotola semplicemente senza strisciare di roto traslazione quando la bilia striscia e contemporaneamente ruota su se stessa intorno a un definito asse di rotazione Nell ipotesi di un colpo di stecca assestato esattamente al centro della bilia questa inizia dapprima a muoversi strisciando poi via via che l attrito con il panno ne riduce la velocit cessa di strisciare per iniziare un moto di rotolamento puro Occorre tenere presente infatti che da ferma e durante il suo moto la bilia incontra sempre una resistenza sia a iniziare sia a proseguire il suo movimento data dalla forza di attrito del panno con il quale costantemente in contatto In particolare esistono tre tipi di attrito e quello statico presente fra superfici di contatto
138. egata alla rivoluzione russa del 1917 passata alla storia con il nome di rivoluzione d ottobre Purtroppo per gli storici per quell ottobre si riferisce al calendario giuliano la riforma gregoriana venne infatti introdotta dal governo sovietico insediatosi dopo la rivoluzione cos l occupazione a San Pietrogrado del Palazzo d Inverno sede del governo provvisorio insediatosi dopo la caduta dello zar da parte dei bolscevichi avvenne la mattina del 25 ottobre del calendario giuliano corrispondente al 7 novembre di quello gregoriano Ecco spiegato il motivo per cui le celebrazioni della rivoluzione d ottobre vengono fatte a novembre Avevate mai immaginato quanto lavoro ci fosse stato dietro la costruzione del nostro calendario ENTROPIA PROBABILIT INFORMAZIONE Dopo aver descritto il funzionamento del calendario torniamo ancora un po a ragionare sul concetto di tempo che fra i pi intriganti e misteriosi della scienza Le ricerche di Albert Einstein 1879 1955 che sfociarono nella teoria della relativit giunsero a dimostrare che spazio e tempo sono intimamente connessi in un continuo di coordinate e intrinsecamente simmetrici Eppure c qualcosa che appare stonato Se davvero il tempo una coordinata come lo spazio perch non simmetrico Perch esistono un passato e un futuro Perch in relazione allo spazio ci possiamo muovere in qualunque direzione mentre nel tempo non possiamo far altro che andare i
139. el mare ha un periodo di oscillazione di 10 s a 3000 m di altitudine avr un periodo superiore di circa 5 millesimi di secondo un ritardo solo apparentemente trascurabile perch dopo poco pi di un quarto d ora il ritardo accumulato sar gi di 1 s che a fine giornata diventa 1 min e mezzo E tutto questo senza considerare che anche la lunghezza del pendolo pu variare in particolare al variare della temperatura Tutti 1 materiali infatti sono soggetti a dilatazione termica ovvero al processo di allungamento causato dall aumento di temperatura Ecco perch i costruttori di pendoli si sono nel tempo affannati alla ricerca di materiali a basso coefficiente di dilatazione termica per approdare infine nella prima met del Settecento all impiego di sistemi di compensazione della dilatazione basati sugli effetti di controbilanciamento di leghe metalliche diverse Fu grazie agli studi del nostro Galileo Galilei 1564 1642 che venne scoperta la propriet fondamentale del pendolo l isocronismo Come accennato poco sopra nel caso delle piccole oscillazioni il periodo di oscillazione del pendolo dipende solo dalla sua lunghezza quindi indipendente dall ampiezza delle oscillazioni stesse Questo significa che un pendolo a parit di tutte le altre condizioni temperatura altitudine ecc oscilla sempre con lo stesso periodo qualunque sia l ampiezza delle oscillazioni che costretto a fare Questo fatto apparentement
140. elettricisti dove la sua energia potenziale gravitazionale di nuovo nulla Conduco o non conduco questo il problema Analizzando i vari modi con cui si trasporta il calore abbiamo parlato della conducibilit termica Questa propriet dei materiali ha un suo analogo elettrico che prende il nome di conducibilit elettrica specifica e che come per quella termica varia da materiale a materiale Non tutti 1 materiali infatti sono in grado di condurre elettricit anzi sono molti di pi 1 materiali cosiddetti isolanti che non quelli cosiddetti conduttori In generale un materiale dotato di una buona conducibilit termica ha anche una buona conducibilit elettrica Questo vero in particolare per molti metalli come il rame l argento e l oro tutti dotati di ottime conducibilit termiche ed elettriche Il motivo di questo fatto legato alla particolare struttura cristallina dei metalli dove gli atomi si dispongono lungo file ordinate e gli elettroni pi esterni di ciascun atomo detti elettroni di conduzione sono condivisi con tutti gli altri atomi piuttosto che rimanere vincolati all atomo originario di appartenenza Nel momento in cui viene applicata una tensione grazie a questa particolare struttura gli elettroni di conduzione sono quasi del tutto liberi di muoversi lungo il reticolo cristallino trasportando cos la corrente che proprio costituita dal movimento degli elettroni o pi in genera
141. ella base la parte superiore o raccoglitore dove si raccoglie il caff al termine del processo di filtrazione A garantire la tenuta fra la parte superiore e quella inferiore che si avvitano luna nell altra una guarnizione di gomma dal cui stato di salute pu dipendere parte del successo nella preparazione del caff se la gomma invecchiata infatti troppo rigida e parte dell acqua esce dalla filettatura invece di filtrare verso l alto La preparazione del caff con la moka sembra una cosa ovvia che non lascia spazio per la creativit di chi lo prepara tuttavia anche vero che apparentemente a parit di tutte le condizioni di base quantit d acqua grado di macinazione del caff tipo di miscela dalla stessa moka possono talvolta uscire caff completamente diversi o troppo forti o troppo annacquati E questo dipende in gran parte da come stato riempito il filtro con la polvere di caff macinato poca troppa troppo pressata troppo porosa Vediamo come pu accadere In linea di principio il meccanismo di funzionamento delle caffettiere come la moka piuttosto semplice da descrivere Scaldando l acqua nella base questa in parte evapora Via via che la temperatura aumenta aumentano il tasso di evaporazione e quindi la pressione del vapore in espansione compreso fra il pelo dell acqua e la parte inferiore del filtro Perch questa pressione sia sufficiente a costringere l acqua a risalire su pe
142. entale il tempo cos in termodinamica la variabile fondamentale la temperatura E le analogie fra tempo e temperatura non si fermano qui Il primo principio afferma nella sua estrema sostanza che l energia si conserva fu questo il concetto fondamentale rivelato dagli studi di Kelvin e di Clausius attorno al 1850 E l energia allora immersa nelle nebbie del pensiero scientifico venne alla ribalta e divent ben presto uno dei concetti fondamentali e unificatori della fisica se non addirittura il pi importante spodestando il concetto di forza che da Newton fino ad allora aveva dominato incontrastato la scena con la sua apparente tangibilit e con la possibilit di trattarlo matematicamente Definire l energia non semplice nonostante la parola sia cos familiare al giorno d oggi tanto da farcene perdere il profondo significato concettuale Non desiderando addentrarci n qui n in altri punti di questo libro nei meandri della trattazione matematica richiederemo un piccolo sforzo di comprensione affermando che il concetto stesso sia adeguatamente definito come la capacit da parte di un corpo di compiere lavoro naturalmente come lo si intende in fisica cio come prodotto di una forza per uno spostamento qui ci scusiamo con i lettori pi preparati della necessaria perdita di rigore Della comprensione del concetto di energia e dell evidenziazione delle sue propriet dobbiamo essere debitori lo ripe
143. enti da ogni ipotesi sui costituenti della materia trova il suo fondamento proprio nelle teorie quantistiche della materia Su questi quattro principi si fondano tutta la scienza termodinamica e gran parte delle attivit umane La natura di calore e lavoro ovvero come trasformare l energia Addentriamoci dunque nei meandri delle trasformazioni energetiche cercando di mettere in luce due concetti chiave lavoro e calore La definizione di avoro proveniente dalla meccanica non crea molte difficolt n dal punto di vista formale n da quello contenutistico Per esempio si compie lavoro contro il campo gravitazionale ogni volta che solleviamo un peso dal pavimento mentre non eseguiamo nessun lavoro se trasportiamo lo stesso peso mantenendolo sempre alla stessa altezza dal suolo Molto spesso invece si incontrano non poche contraddizioni anche nell ambito dello stesso testo quando si tratta il concetto di calore Agli inizi della scienza termodinamica e fino a poche decine di anni fa la maggior parte degli autori con la parola calore si riferiva all energia associata al moto disordinato delle molecole quella che in termodinamica s1 chiama adesso energia cinetica interna essa fra l altro direttamente proporzionale alla temperatura del corpo in questione da cui l interpretazione microscopica della temperatura secondo la quale essa proprio la misura del livello di agitazione delle molecole cio dell energia cin
144. entrarci dentro e aspettare un po A contatto con il nostro corpo assai pi caldo lenzuola e coperte assorbono calore ricordate sempre che questo fluisce naturalmente dai corpi caldi ai corpi freddi fino a che non viene raggiunto l equilibrio termico ovvero fino a quando 1 due corpi non si trovano alla stessa temperatura e aumentano la loro energia interna con il risultato che dopo un certo tempo sotto le coperte avremo una temperatura molto vicina a quella corporea dandoci finalmente la sensazione di tepore che stavamo aspettando da tutto il giorno Il nostro corpo si mantiene infatti a temperatura costante attorno ai 36 C grazie al metabolismo interno In altre parole pur cedendo continuamente calore all esterno mantiene sostanzialmente inalterata la propria energia interna funzionando proprio come una sorgente di calore la cui fonte primaria di energia nei legami chimici di zuccheri grassi e proteine che assimiliamo con il cibo Come ben sappiamo per non tutti i materiali sono in grado di trattenere cos bene il calore come fanno le coperte di lana o i piumoni Il fatto che il letto si mantenga pi o meno caldo dipende infatti da due importanti propriet fisiche dei materiali la capacit termica e la conducibilit termica La prima la propriet di una materiale di assorbire o emanare calore ovvero la sua capacit di accumulare e rilasciare nel tempo una certa quantit di energia termica In par
145. eorico al modello atomico di Bohr ma con una differenza sostanziale in questa equazione infatti non si descrive propriamente il moto di una particella ma l evoluzione temporale di una grandezza la cosiddetta funzione d onda che contiene tutte le informazioni necessarie a rappresentare il sistema in esame per esempio l atomo d idrogeno oppure un elettrone libero e cos via La funzione d onda una grandezza complessa che non ha analogo classico non era facile perci trovarne la corretta interpretazione Per questo venne in aiuto Max Born 1882 1970 anche lui tedesco come Planck e come molti altri fondatori della meccanica quantistica Egli fece per la prima volta comparire in fisica il concetto di densit di probabilit Per Born il modulo quadrato della funzione d onda di una particella cio una funzione complessa delle variabili spazio temporali altro non era che la probabilit che la particella stessa si trovasse in un determinato istante in una certa posizione dello spazio In un certo senso la funzione d onda non ci dice dove sar la particella dopo un certo intervallo di tempo come invece fanno le equazioni della meccanica classica bens ci dice quanto sar la probabilit che trascorso quell intervallo di tempo noi la possiamo effettivamente trovare in quella posizione Lo sconvolgimento del punto di vista era notevole e non fu facile far passare questa idea nella comunit dei fisici
146. er per frequenze intermedie detti midrange e per frequenze basse detti woofer Spesso 1 vari tipi sono raccolti in un unica cassa che quindi prende il nome di diffusore a 3 vie o a 2 vie se raccoglie solo tweeter e midrange In effetti spesso si preferisce dedicare alle frequenze molto basse sotto 1200 Hz un particolare diffusore detto subwoofer che pu anche essere amplificato a parte per aumentarne la potenza A causa della loro elevata lunghezza d onda le onde a bassa frequenza non sono direzionali nel senso che le nostre orecchie non sono in grado di determinarne la direzione di provenienza ma vengono percepite piuttosto come sensazioni fisiche a causa degli spostamenti d aria prodotti dalle variazioni di pressione indotte dal diffusore Maggiore la potenza del subwoofer pi alto il grado di coinvolgimento fisico dell ascoltatore che grazie a questo particolare diffusore pu ascoltare con tutto il corpo e non solo con le orecchie Per queste sue caratteristiche il subwoofer pu essere messo ovunque anche nascosto dietro al divano Ma se vogliamo regolare al meglio l intensit dei suoni bassi bass in inglese mentre gli alti si dicono treble lo possiamo mettere a ridosso di una parete nuda quanto pi vicino ad essa tanto maggiore l effetto di risonanza della parete con i suoni bassi che porta a un amplificazione di questo intervallo di frequenze Gli effetti stereofonici e quelli
147. era nella nostra cucina COME TAGLIA UN COLTELLO Quante volte vi siete trovati in crisi per colpa di un coltello poco affilato Chiss quanti di voi davanti a un bel pezzo di bistecca fumante sul piatto che aspettava solo di essere addentato si sono sentiti frustrati trovandosi incapaci di tagliarne anche un solo boccone Ma problemi simili si possono essere incontrati anche pelando le patate affettando un pomodoro o semplicemente tentando di tagliare una fetta di pane Eppure 1 coltelli sono strumenti molto semplici Essenzialmente sono dei cunei che sfruttano il vantaggio meccanico di convertire piccole forze di spinta longitudinale pressione in grandi forze laterali ovvero di separazione In altre parole la forma della lama molto stretta dal lato del filo molto pi larga verso il dorso tale che mentre noi spingiamo anche solo leggermente verso il basso nell azione di tagliare questa produce sui due lati del materiale sottoposto al taglio intense forze orizzontali sono proprio queste forze che permettono la separazione in due pezzi del corpo che si sta tagliando Il trucco per un buon taglio sta tutto nel filo della lama pi sottile meglio Affilare significa infatti letteralmente fare il filo alla lama Il motivo presto detto Quello che serve per usare con efficacia un coltello non tanto la forza che si esercita per affondarlo quanto la pressione risultante sul corpo da tagliare ovvero il valore dell
148. ere quasi tutta la radiazione incidente quasi invisibile ecco perch a volte pu capitare di andare a sbattere contro una vetrina appena lavata Noi vediamo le cose che ci circondano solo perch riflettono almeno in parte la luce che le illumina riusciamo a distinguere 1 vari oggetti che si trovano nella stanza solo perch parte della frazione riflessa finisce nei nostri occhi Fortunatamente ogni oggetto assorbe e riflette la luce in maniera diversa dagli altri questo dipende in ultima analisi dalla struttura atomica del materiale che forma la sua superficie Cos alcuni oggetti sono pi scuri perch riflettono meno luce o pi chiari perch ne riflettono molta di colore blu perch assorbono soprattutto le radiazioni di altri colori riflettendo solo quella radiazione blu o di colore rosso perch riflettono soprattutto la radiazione rossa assorbendo gli altri colori Se tutti gli oggetti che ci circondano assorbissero e riflettessero la luce esattamente alla stessa maniera non saremmo in grado di distinguere un tavolino da una poltrona perch non ci sarebbero differenze di colore n di luminosit dovremmo affidare la nostra capacit di vedere e riconoscere gli oggetti solo alla forma e alla direzione delle ombre che essi proiettano intorno a loro Ricordiamo che la radiazione visibile cio quella a cui sono sensibili 1 nostri occhi solo una piccolissima frazione dello spettro della radiazione elettromagnetica Prat
149. erifica nei modem interessante notare che i telefoni cellulari operano nella banda di frequenza delle microonde ovvero ricevono e trasmettono onde elettromagnetiche di frequenza simile e talvolta molto vicina a quella Impiegata nei forni Se in questo momento vi state domandando perch il telefono cellulare non fa bollire l acqua abbondante contenuta nel nostro cervello la risposta molto semplice la potenza delle microonde emesse da un telefono cellulare in funzione in genere almeno 1000 volte pi bassa di quella delle microonde raccolte nel forno Questa potenza sufficiente per trasmettere e ricevere le telefonate ed tale da non danneggiare 1 tessuti biologici prossimi al ricevitore trasmettitore che subiscono comunque un certo riscaldamento Da Marconi in poi il resto storia recente negli anni Sessanta del Novecento 1 computer cominciano a essere messi in rete per il rapido trasferimento di informazioni prima per applicazioni militari siamo in piena guerra fredda poi per applicazioni civili orari dei treni prenotazioni aeree prenotazioni bancarie e non si sono pi fermati Questa delle reti telematiche l ultima frontiera delle telecomunicazioni e forse la pi promettente quella che con ogni probabilit modificher pi di ogni altra tecnologia la consapevolezza del villaggio globale in cui viviamo IL MONDO NELLA RETE A rappresentare la sintesi estrema del villaggio globale ins
150. erra a trascinarci con lei nel suo moto ma se cominciamo a muoverci sentiremo anche una nuova forza fittizia agire su di noi appunto la forza di Coriolis da cui abbiamo iniziato tutto il nostro ragionamento Il suo effetto noto con il nome di effetto Coriolis si manifesta come uno spostamento rispetto alla direzione originale del moto ed di fondamentale importanza in molti campi fra cui la balistica i trasporti e la meteorologia Gli artiglieri navali e quelli che si occupano del lancio di missili balistici sanno benissimo di dover tenere in considerazione l effetto Coriolis altrimenti rischiano di mancare il bersaglio Nell emisfero boreale cio a nord dell equatore un missile lanciato in direzione nord sud o sud nord ovvero in senso longitudinale rispetto alla direzione di rotazione della Terra verr infatti spostato verso destra proprio dalla forza di Coriolis Lo stesso missile lanciato sempre in direzione longitudinale ma nell emisfero australe vedr invece la sua traiettoria deviata verso sinistra In pratica quella di Coriolis una forza apparente che si manifesta trasversalmente alla direzione di moto L effetto si pu spiegare molto semplicemente in termini di anticipo o di ritardo rispetto alla rotazione della Terra Consideriamo per semplicit un missile lanciato dall equatore verso nord lungo un meridiano Spostandosi in latitudine il missile raggiunge via via punti in cui la velocit lineare del
151. ervono L unico inconveniente che la rete telefonica tradizionale non esplicitamente pensata per scambi digitali di dati come invece richiedono gli elaboratori elettronici A questo sopperisce il modem che appunto un convertitore analogico digitale Esso infatti modula il segnale digitale del computer e lo trasforma in segnale analogico rendendo possibile il suo trasferimento lungo la linea telefonica All altro capo un altro modem demodula il segnale ricevuto ritrasformandolo in digitale e rendendolo cos comprensibile al computer ricevente Dai vecchi e lentissimi modem analogici che trasmettevano dati a 300 bit per secondo siamo arrivati dopo vari sviluppi tecnologici ai modem ADSL acronimo dell inglese Asymmetric Digital Subscriber Line in grado di trasmettere dati sempre sullo stesso supporto rappresentato dai 2 cavetti della linea telefonica il cosiddetto doppino arrivando fino a velocit quasi 10 000 volte maggiori Con la tecnologia ADSL adesso possiamo accedere a Internet ad alta velocit 0 come si dice tecnicamente a banda larga broadband in inglese facendo riferimento alla larghezza della banda di frequenza su cui opera questa tecnologia di trasmissione ed essere veramente partecipi delle autostrade dell informazione A differenza di quanto avviene con il modem tradizionale che trasmette il segnale lungo la linea telefonica in modalit analogica il modem ADSL codifica e trasme
152. eta su un orbita ellittica non viaggi sempre alla stessa velocit ma si muova pi rapidamente quando vicino al Sole e pi lentamente quando ne lontano Questo ha grosse implicazioni sullo sfasamento di cui abbiamo parlato poco sopra quando la Terra pi vicina al Sole lo spostamento apparente del Sole in cielo sar maggiore di quando la Terra pi lontana La conseguenza che il giorno solare detto giorno solare vero non di durata costante ma diverso tutti i giorni dell anno Fra il giorno solare vero pi lungo e quello pi breve c una differenza di addirittura 52 s Oltre a questo c anche un altro problema legato al fatto che il piano dell orbita terrestre chiamata eclittica corrispondente al cammino apparente del Sole in cielo inclinato rispetto all equatore terrestre di 23 27 con ulteriori complicazioni sul moto apparente del Sole stesso scriviamo apparente perch in realt non lui a muoversi ma siamo noi ma dal nostro punto di vista il Sole che appare muoversi Allora gli astronomi hanno escogitato un trucco inventandosi un Sole medio che si muove con velocit uniforme lungo l equatore invece che lungo l eclittica Con il Sole medio in tasca possibile a questo punto definire il giorno solare medio detto anche giorno civile che sar di durata costante uguale in tutti i giorni dell anno I nostri orologi appunto questo che misurano il giorno civile su
153. etica legata al loro moto disordinato In realt i concetti di calore e di lavoro si riferiscono solo ed esclusivamente ai processi di trasferimento di energia Riscaldare un oggetto significa trasferirgli energia utilizzando la differenza di temperatura esistente fra il corpo e una sorgente di calore naturalmente a temperatura pi alta posta a contatto con esso Raffreddare un corpo significa realizzare il processo inverso estrargli parte del suo contenuto energetico mettendolo a contatto con un corpo a temperatura pi bassa della sua Per questo non ha pi alcun senso parlare di calore contenuto in un corpo il calore per convenzione energia scambiata in funzione della temperatura Lo ripetiamo per maggior chiarezza la grandezza che contraddistingue in termodinamica il contenuto energetico di un corpo non il calore ma l energia interna Il calore passa si trasferisce si scambia si assorbe o si cede ma non si pu contenere n tantomeno fermare In maniera analoga possiamo dire per il lavoro il quale pu essere compiuto eseguito o al limite sub to Si compie lavoro su un sistema ogni qual volta si ha necessit di modificarne l energia con un metodo che non comporti l esistenza di una differenza di temperatura e di evitare quindi uno scambio di calore Tutte le considerazioni fin qui fatte se da una parte ci hanno permesso di chiarire speriamo la natura qualitativa del calore dall altra non ci hanno
154. eva studiare tutti quei sistemi che per funzionare hanno bisogno di un feedback vedi supra p 55 cio di ricevere continuamente informazioni dall ambiente esterno Un classico esempio di sistema con complessi feedback che in italiano vuol dire retroazione o effetto di ritorno il nostro sistema nervoso in perenne scambio d informazioni con il mondo che ci circonda Obiettivo della cibernetica quindi quello di analizzare i parallelismi fra macchine animali e uomini e cercare le regole i procedimenti 1 trattamenti a cui sono sottoposte le informazioni per raggiungere il controllo sull ambiente circostante Per capire meglio che cosa significhi parallelismo tra macchine e uomini facciamo riferimento proprio alla definizione che Wiener dette di macchina Per lo scienziato infatti una macchina in termini cibernetici un qualunque apparecchio per convertire messaggi di ingresso in messaggi di uscita Quindi non solo meccanismi motori o altri marchingegni meccanici ma oggetti capaci di interagire attivamente con l ambiente Valutare organismi e macchine tramite i soli parametri di ingresso eventi esterni che modificano l oggetto e di uscita cambiamenti prodotti dall oggetto nell ambiente senza occuparsi di come effettivamente la macchina sia strutturata o di quali propriet abbia significa concentrare la propria attenzione sul comportamento della macchina cio proprio sulle mod
155. evisive preferite Onde elettromagnetiche sono anche 1 raggi X ai quali ogni tanto ci sottoponiamo per vedere lo stato dei nostri organi interni o i raggi ultravioletti di cui tanto abbiamo paura in estate soprattutto da quando sopra le nostre teste incombe il famigerato buco dell ozono che in realt non sopra le nostre teste ma sopra 1 ghiacci dell Antartide e in misura minore dell Artide La differenza sostanziale fra queste onde dall apparenza e dagli effetti cos diversi sta tutta in quella che si chiama lunghezza d onda una grandezza caratteristica di qualunque fenomeno ondulatorio La lunghezza d onda si definisce infatti come la distanza fra due creste i punti pi alti di un onda successive o anche fra due valli i punti pi bassi successive Anche le onde del mare hanno una lunghezza d onda ci sono quelle ravvicinate a breve lunghezza d onda ma ci sono anche quelle molto distanti le une dalle altre come quelle ricercatissime ambite dai surfisti o quelle temutissime dei maremoti Cos anche le onde elettromagnetiche possono avere lunghezze d onda cortissime come 1 raggi X e quelli ultravioletti o lunghissime come le onde radio Per non rimanere nel vago diamo un po di numeri ovvero di lunghezze Le onde radio per esempio vanno dal millimetro alle decine di migliaia di kilometri ma il confine superiore infinito La luce o meglio la radiazione visibile cos chiamata perch
156. evolvere rapidamente verso stati dinamici molto diversi fra loro diventando sostanzialmente imprevedibile questo nonostante che l esattezza delle leggi che ne regolano l evoluzione nel tempo non lasciasse spazio per delle sorprese Eppure il computer diceva a Lorenz che in certe condizioni anche un leggerissimo soffio di vento avrebbe potuto trasformarsi in un uragano Non era un errore Se si trova in certe condizioni iniziali un sistema dinamico complesso pu veramente evolvere in maniera imprevedibile come se fosse il risultato di processi aleatori o casuali anche se conosciamo esattamente le leggi che ne descrivono il comportamento per questo che Lorenz coni la famosa espressione effetto farfalla entrata ormai anche nel linguaggio comune e ben descritta dalle sue parole Fenomeni modesti che si generano su piccola scala come il battito d ali di una farfalla possono indurre trasformazioni di immensa portata e notevole intensit su larga scala come lo sviluppo di un tornado Piccole turbolenze microscopiche infatti possono determinare grossi mutamenti macroscopici mentre semplici eventi dinamici circoscritti possono originare processi straordinariamente complessi e imponenti Ecco perch cos difficile fare previsioni meteorologiche Dopo la sua scoperta si trov che era possibile applicare la scienza del caos a innumerevoli altri sistemi dinamici complessi anche non fisici che solo apparentemente avevano un
157. fisica ma non solo non assolutamente raccontata in maniera tradizionale non si segue la suddivisione classica degli argomenti meccanica termodinamica elettromagnetismo e cos via n si procede con problemi e soluzioni di difficolt crescente Punto di partenza di questo approccio non ortodosso la nostra casa che un vero e proprio laboratorio di fisica in cui tutti noi quotidianamente svolgiamo spesso inconsciamente esperimenti di varia natura Lo scopo che si propone questo libro accendere nei lettori la curiosit di comprendere l enorme variet e complessit dei fenomeni che si verificano sotto i nostri occhi ogni volta che svolgiamo azioni anche apparentemente banali come possono essere l apertura di un rubinetto o l accensione di una lampadina Un invito quindi non solo a comprendere la scienza e la tecnologia che ci circonda ma anche e soprattutto all esercizio del nostro cervello delle sue capacit di deduzione e di ragionamento e anche perch no una sollecitazione a porsi sempre domande a non dare mai nulla per scontato e ad affrontare ogni cosa con una sana e buona dose di scetticismo Perch in un mondo in cui la confusione fra opinioni e realt regna sovrana e in un tempo scosso da venti oscurantisti e da un irrazionalismo sfrenato dall astrologia alla parapsicologia passando per quel vasto contenitore di argomentazioni pseudoscientifiche che va sotto il nome di New Age la pratica del
158. forza applicata fissato la distanza fra la cerniera e l impugnatura perch le forbici siano una leva vantaggiosa occorre far s che il punto di contatto delle lame con il materiale da tagliare sia il pi vicino possibile alla cerniera Ricordatevelo la prossima volta che usate le forbici per tagliare un pezzo di cartone e state facendo una fatica immane ma non dimenticatevi di affilare periodicamente le lame Analizziamo ora lo schiaccianoci Il fulcro si trova nel perno all estremit dell utensile la forza resistiva data dal guscio della noce la forza applicata data dalla nostra impugnatura evidente che nel caso dello schiaccianoci ci troviamo davanti a una leva di secondo genere e quindi vantaggiosa dove il braccio della forza resistiva nettamente pi corto del braccio di quella applicata ecco perch rompere una noce quasi sempre un gioco da ragazzi Infine gli apribottiglie Ne esistono di tanti tipi e forme diverse ma tutti proprio tutti anche il cavatappi quello con la punta a succhiello che si usa per togliere 1 turaccioli sono leve tipicamente di primo o di secondo genere Leva di primo genere l apribottiglie che a un estremit si aggancia sotto il bordo del tappo a corona e in cui il fulcro si appoggia sopra il tappo stesso Con il braccio della forza applicata ancora una volta data dalla nostra impugnatura che spinge verso il basso molto pi lungo dell altro diventa fa
159. ggio eccentrico si narrano di lui episodi coloriti come il fatto che indossasse la giacca del pigiama al posto della camicia o che allucchettasse la tazza del t al termosifone o che amasse giocare a tennis vestito solo di un impermeabile considerato unani memente il profeta dell Intelligenza Artificiale per aver pubblicato nel 1950 un articolo intitolato Computing Machinery and Intelligence Qui cercava di definire in modo univoco le condizioni per cui si poteva definire intelligente una macchina La soluzione che adott divenuta poi nota come test di Turing glissava sul problema principale cio sulla definizione di intelligenza fondandosi invece sull osservazione e l analisi dei comportamenti Il test di Turing consiste nel mettere in contatto un interlocutore umano con un altro interlocutore che pu essere un uomo o una macchina per mezzo di un terminale Se in base alle risposte fornite l uomo non riesce a capire se il secondo interlocutore umano o una macchina allora significa che se il secondo interlocutore una macchina si tratta di un macchina con un comportamento intelligente In altre parole una macchina che altro non se non un elaboratore elettronico pu definirsi intelligente se riesce a imitare cio simulare 1 comportamenti umani Il primo programma che affront brillantemente il test di Turing senza per superarlo ovviamente dimostrando la possibilit per 1 computer di
160. gliaia di kilometri su qualunque tipo di terreno e in qualunque condizione climatica Il lattice di gomma oltre a essere il materiale naturale pi elastico che si conosca ha anche un altra propriet fisica fondamentale la resilienza ovvero la capacit di tornare in breve tempo ad assumere la sua forma originale dopo essere stato sottoposto a compressione o trazione allungamento Altra caratteristica che rende tale materiale ideale per la fabbricazione di materassi Molle e non solo Ed eccoci alle molle gli oggetti elastici per eccellenza Esistono tantissimi tipi di molle ma certamente le pi note sono quelle costituite da un filo metallico generalmente acciaio avvolto a spirale cilindrica ma spesso anche conica e biconica come avviene per esempio proprio nei materassi a molle Scopo della molla in generale accumulare energia meccanica da restituire al momento opportuno proprio grazie alle sue propriet elastiche Questo nelle molle a spirale si ottiene sottoponendo a compressione o a trazione le spire di metallo le quali una volta eliminata tale forza di compressione o di trazione torneranno alla loro condizione di riposo eventualmente dopo aver oscillato un po ovvero allungandosi o accorciandosi periodicamente attorno al valore di lunghezza corrispondente al riposo della molla Questo comportamento strettamente legato alla struttura fisica della materia Dei tre stati fisici della materia infatti
161. gnali elettrici via cavo e soprattutto di onde elettromagnetiche via etere rappresenta ancora oggi il principale modo di comunicare a distanza In effetti noi viviamo letteralmente immersi in un mare di onde elettromagnetiche e in particolare di onde radio e microonde ra dio televisione telefoni cellulari telefoni cordless connessioni wireless senza fili come quelle wi fi tutti questi oggetti si basano sulla trasmissione e sulla ricezione di questo genere di onde Ogni canale radiofonico ogni canale televisivo ogni numero di telefono cellulare ha la sua precisa frequenza di riferimento e trasmette solo su quella Solo cos le onde possono viaggiare nello spazio e arrivare a destinazione inalterate Le onde di ciascuna frequenza si muovono senza mescolarsi mai ed quindi sufficiente filtrare la frequenza giusta per ricevere la trasmissione desiderata Il principio di base sempre la legge dell induzione elettromagnetica di Faraday quando un onda elettromagnetica investe un antenna delle dimensioni e della forma appropriata induce in essa un passaggio di corrente elettrica che costituisce appunto il segnale elettrico da decodificare per interpretare i contenuti della trasmissione Sono proprio le caratteristiche geometriche dell antenna a definirne le prestazioni e la sua capacit di ricevere o trasmettere certe bande di frequenza piuttosto che altre L onda elettromagnetica di frequenza definita specifica
162. he raggi catodici che vengono accelerati da un elevato campo elettrico e opportunamente deviati lungo il loro cammino da un campo magnetico variabile in modo da essere focalizzati a formare l immagine sullo schermo composto da tanti piccoli elementi di materiale fluorescente 1 fosfori attenzione all accento Eccitati dagli urti con gli elettroni i fosf ri emettono luce che noi riconosciamo come immagine Gli elettroni sono prodotti per effetto termoionico da una placca di metallo che si riscalda facendo passare una corrente elettrica al suo interno A causa dell aumento di temperatura alcuni elettroni acquistano un energia sufficiente per scappare dal reticolo cristallino portando cos al processo di emissione Il tubo catodico viene costruito in modo che al suo interno vi sia un vuoto molto spinto cos che gli elettroni possano arrivare a destinazione sullo schermo senza incontrare altri atomi o molecole lungo il percorso Da qualche tempo per si stanno facendo strada altre tecnologie come quelle a cristalli liquidi LCD da Liquid Crystal Display schermo a cristalli liquidi una tecnologia molto usata anche nella produzione di schermi di orologi calcolatrici tascabili e telefoni cellulari e al plasma molto meno ingombranti che richiedono consumi energetici inferiori e fattore non indifferente che hanno costi di produzione in continua discesa Nel caso dei televisori LCD l immagine viene formata appunto dagli ele
163. hermata dalle microonde che riscaldano solo l acqua della camera inferiore Il vapore sale attraverso i fori di collegamento nella camera superiore e riscalda dolcemente l uovo che a seconda dei tempi impostati di cottura pu essere alla coque bazzotto o sodo Buon appetito OLIO YOGURT E MIELE FLUIDI E VISCOSIT Molto probabilmente vi sar capitato di rimanere affascinati almeno una volta dallo strano modo in cui il miele preso da un vasetto lascia il cucchiaino per scendere dolcemente mosso solo dalla forza di gravit verso la fetta biscottata che lo attende pi in basso Il filo parte con un certo spessore e va via via assottigliandosi senza rompersi arrivando a toccare la fetta biscottata Qui forma una leggera collinetta che si spande all arrivo di nuovo miele che continua a depositarsi avvolgendosi dolcemente a spirale su se stesso Altre sostanze si comportano in maniera simile al miele gli yogurt le creme spalmabili la senape il ketchup e altre salse pi o meno dense Tutte accomunate da una caratteristica fisica fondamentale la viscosit termine con il quale i fisici definiscono quanto una certa sostanza resistente allo scorrimento La viscosit una caratteristica fisica fondamentale dei fluidi Pi un fluido viscoso maggiore la pressione a cui deve essere sottoposto per farlo scorrere in una tubatura per esempio Se prendiamo come sostanza di riferimento l acqua di cui tutti noi conosciamo be
164. hi al secondo principio della termodinamica possiamo finalmente affrontare la questione che ci eravamo posti all inizio del precedente paragrafo relativa alla nostra esperienza dello scorrere del tempo dal passato al futuro Abbiamo visto come la termodinamica ci venga chiaramente incontro stabilendo un verso per qualunque tipo di trasformazione di un sistema chiuso l entropia aumenta nel tempo o nella migliore delle ipotesi non cambia A questo punto ci siamo muniti addirittura di tre modi per determinare almeno in linea di principio in che verso scorre il tempo in un sistema termodinamicamente isolato e in funzione del suo livello di entropia il tempo scorre nel verso in cui questa aumenta e in funzione della probabilit del suo stato il sistema evolve sempre verso stati pi probabili e in funzione infine del suo contenuto di informazione il tempo scorre nel verso in cui questo diminuisce Questo in ultima analisi era il proposito di Eddington poter determinare oggettivamente il verso dello scorrere del tempo o come la chiam poeticamente egli stesso la direzione della freccia del tempo Sembrerebbe fatta ma non cos semplice Provando infatti anche a trascurare le varie difficolt materiali dell impresa di misurare le grandezze di cui sopra o meglio le loro variazioni rimane un dubbio nemmeno di poco conto non forse che per svolgere delle misurazioni in momenti diversi occorre gi sapere cos il
165. i Archimede e l opportuno e fondamentale punto d appoggio Bene ma che cosa c entrano le altalene con forbici schiaccianoci e apribottiglie Basta non lasciarsi ingannare dall apparenza e la risposta diventa ovvia anche forbici schiaccianoci e apribottiglie sono delle leve Tutti questi utensili si basano sul principio appena enunciato Posta infatti la questione in termini pi generali in una leva semplice abbiamo sempre a che fare con una forza applicata P con la quale vogliamo vincere una forza di resistenza R La leva permette di risolvere il problema applicando un forza P anche minore di R in misura tale che il rapporto P R uguale all inverso del rapporto fra 1 bracci delle due forze In termini matematici forza P forza R braccio di R braccio di P In pratica proprio il rapporto tra le dimensioni dei bracci a determinare il rapporto fra la forza resistiva e la forza da applicare In termini di progettazione sufficiente costruire le leve cos da avere sempre un vantaggio meccanico tale da dover applicare il minor sforzo possibile Proprio in base al valore del rapporto fra forza resistiva e forza applicata le leve si classificano in 1 vantaggiose quando la forza da applicare minore di quella resistiva ovvero quando il braccio di quest ultima pi corto del braccio della forza applicata 2 svantaggiose quando la forza da applicare maggiore di quella resistiva ovvero quando il bracc
166. i cinque orologi per la precisione che per cambiarono la storia della navigazione e non solo quella Fra il 1730 e il 1759 costru i primi quattro dall H1 il primo pesante e ingombrante all H4 di appena 13 cm di diametro e pesante meno di 1 kg e mezzo ma soprattutto in grado di commettere un errore di appena 5 s equivalenti a un errore lineare inferiore a un miglio e mezzo quindi meno di 3 km dopo oltre 5 mesi di traversata oceanica L ultimo 1 H5 replica perfetta dell H4 inizi a costruirlo quando ormai aveva pi di settant anni L H1 venne presentato alla commissione del Board of Longitude nel 1735 oltre 20 anni dopo l istituzione del premio Questo era il primo vero cronometro marino in grado di conservare l ora indipendentemente dal tempo meteorologico dalla dilatazione e dalla contrazione dei metalli al variare della temperatura ma soprattutto dai movimenti di rollio e beccheggio della nave Come aveva fatto Certamente non usando un pendolo Era infatti gi noto che l orologio a pendolo per funzionare correttamente deve stare fermo qualunque moto o accelerazione influenza infatti le sue oscillazioni causando errori nella scansione del tempo L idea di Harrison fu dunque quella di usare come organo regolatore dell orologio si chiama cos la parte che oscilla in maniera periodica non un sistema basato sulla forza di gravit ma sulla forza elastica di richiamo di due molle orizzonta
167. i ammortizzatori le doghe devono essere parallele fra loro e poste trasversalmente rispetto al lato lungo del letto in pratica devono essere perpendicolari alla direzione testa piedi individuata dal nostro corpo steso sul letto Nonostante le tecnologie di produzione dei materassi tendano sempre di pi a ridurre l importanza della rete come elemento chiave per una corretta postura del corpo durante il sonno sempre opportuno verificare che questa sia comunque in grado di reggere senza problemi il peso di tutto quello che sta sopra senza inarcarsi troppo Ovviamente tutto dipende dal grado di tensione dell intreccio di fili e ganci metallici che costituiscono la rete o dallo stato di salute del legno di cui sono composte le doghe Se infatti la rete sprofonda sotto il nostro peso il materasso non pu far altro che seguirla inarcandosi di conseguenza A differenza della rete l elasticit del materasso pu essere affidata a diverse tipologie di materiali a parte le fodere e i tessuti interni un materasso pu essere infatti costituito da molle metalliche l acciaio il materiale pi impiegato allo scopo o avere un imbottitura costituita da materiali elastici naturali o sintetici come il lattice di gomma la gommapiuma marchio registrato o il poliuretano espanso In particolare riferendoci a questi ultimi casi quando si parla di materasso in lattice o in gommapiuma tecnicamente si intende che questi sono impieg
168. i di un materiale puramente elastico Un esempio di materiale viscoelastico dato da alcuni tipi di legno Sempre in relazione alla risposta data a un carico deformante possibile definire un ultima categoria di materiali quelli plastici I corpi solidi plastici sono quelli che quando il carico supera un certo valore limite cambiano in maniera permanente la loro forma a riposo in risposta a tale carico deformazione plastica o anelastica La plastica prende il suo nome proprio dal fatto di essere un materiale avente questo comportamento tipico Le eventuali deformazioni elastiche causate dal carico prima che questo arrivi al valore limite sono al solito recuperabili con l eliminazione del carico stesso mentre la deformazione plastica non pu mai essere recuperata In questa classificazione abbiamo lasciato sottinteso il fatto che tanto 1 materiali viscoelastici quanto quelli plastici manifestano sempre in una certa misura comportamenti elastici Quasi tutti i materiali infatti se sono sottoposti a tensioni interne sufficientemente piccole ovvero a carichi piccoli o a deformazioni piccole rispetto alla forma originale si comportano in maniera tale che la deformazione direttamente proporzionale alla tensione stessa ovvero alla forza interna per unit di superficie che si manifesta in risposta alla deformazione Il coefficiente di proporzionalit fra tensione e deformazione risultante prende il nome di modulo di elasticit o
169. i insegna che effettivamente ci accade una bottiglia di bibita estratta dal frigorifero in poco tempo raggiunge la cosiddetta temperatura ambiente soprattutto quando molto caldo o esposta al sole viceversa un cibo riscaldato se tenuto per molto tempo nel piatto si raffredder inesorabilmente Questo perch l ambiente circostante in particolare l aria ma anche il tavolo le mani ecc a contatto con la bibita fredda o con il cibo caldo tender a portarli alla sua stessa temperatura Ma come funziona un termometro Abbiamo quindi compreso concettualmente il significato di termometro ma non ne abbiamo descritto il funzionamento In effetti non esiste un termometro ma ne esistono tanti e di diverso genere a seconda delle applicazioni cui sono rivolti e soprattutto degli intervalli di temperatura che devono misurare Il funzionamento dei termometri si basa sull osservazione che molte propriet fisiche variano al variare della nostra percezione fisiologica di temperatura fra queste la lunghezza di una sbarra nota come dilatazione termica si veda per esempio l allungamento delle verghe dei binari il volume di un liquido il mercurio dei termometri tradizionali ne una classica applicazione la resistenza elettrica di un filo il colore del filamento di una lampada la pressione di un gas a volume costante o il volume di un gas a pressione costante Una qualunque di queste propriet pu essere sfruttata per l
170. i questo tipo venne presentato per la prima volta in pubblico nel 1851 da parte del fisico francese Jean Bernard L on Foucault 1819 1868 da cui prese poi il nome e consisteva in una pesante sfera metallica legata a un lungo filo appeso sotto la cupola del Pantheon di Parigi Un qualunque pendolo libero di oscillare in ogni direzione evidenzia con il passare delle ore una lenta rotazione del proprio piano di oscillazione la cui velocit dipende dalla latitudine del luogo In particolare ai poli il piano completa una rotazione esattamente in un giorno siderale il tempo che impiega la Terra a rotare su se stessa rispetto alle stelle dura circa 23 ore e 56 minuti circa 4 minuti meno di quanto dura un giorno solare cio il tempo di una rotazione completa che riporta il Sole nella stessa posizione A latitudini intermedie si misurano tempi di rotazione maggiori a 45 di latitudine il giro si completa in 1 4 giorni a 30 in 2 giorni a 15 in 3 9 giorni e cos via Solo all equatore il piano non ruota Questa rotazione oraria nell emisfero boreale e antioraria in quello australe si spiega proprio con l azione della forza di Coriolis che agisce continuamente sulla massa del pendolo curvandone la traiettoria durante l oscillazione Ma se potessimo osservare il fenomeno da un sistema di riferimento inerziale scopriremmo che non il piano di oscillazione a cambiare come giustamente previsto dal principio di inerzia
171. i sequenza di operazioni purch opportunamente programmate Il Mark 1 poteva sommare 2 numeri di 23 cifre in soli 6 secondi L ENIAC il padre di tutti i computer I tempi per erano ormai maturi nel febbraio del 1946 infatti vede la luce il computer Un gruppo di ricercatori americani guidati dall ingegnere John Eckert 1919 1995 e dal fisico John Mauchly 1907 1980 per conto del laboratorio di ricerche balistiche del esercito realizza VENIAC Electronic Numerical Integrator And Calculator mettendo in pratica ci che Schreyer aveva consigliato a Zuse 10 anni prima Con lPENIAC nasce anche il termine bit coniato da John Tukey 1915 2000 uno dei partecipanti al progetto Di dimensioni impressionanti 18 000 valvole 30 000 kg di peso 180 m2 di superficie occupata poteva svolgee ben 300 moltiplicazioni al secondo invece di una al secondo come nel modello elettromeccanico di Aiken Eckert richiese il brevetto del ENIAC il 26 giugno dello stesso anno ma lo otterr solo il 4 febbraio 1964 18 anni pi tardi Nel dicembre del 1946 all Istituto di Studi Avanzati dell Universit di Princeton inizia anche la costruzione dell EDVAC Electronic Discrete Variable Automatic Computer da considerare il primo elaboratore moderno perch fa uso di programmi memorizzati In questo computer infatti le istruzioni per eseguire i calcoli non vengono introdotte per mezzo di schede perforate ma direttamente registrate in f
172. i tensione nei circuiti a corrente alternata grazie all impiego di appositi dispositivi detti per questa loro funzione trasformatori Nella sua essenza un trasformatore costituito da 2 conduttori elettrici tipicamente fili di rame avvolti intorno a un anello di materiale ferromagnetico il cosiddetto nucleo magnetico Quando nel primo avvolgimento detto primario viene fatta passare una corrente variabile nel tempo com la corrente alternata nel secondo avvolgimento detto secondario si induce una corrente per la presenza del campo magnetico prodotto dal materiale ferromagnetico e in virt della legge di Faraday La tensione nel circuito primario e la tensione nel circuito secondario sono legate da una semplice relazione il loro rapporto pari al rapporto fra il numero di spire del primario e il numero di spire del secondario Cos se il circuito primario avvolto 10 volte attorno al nucleo ferromagnetico e il circuito secondario avvolto 100 volte la tensione in uscita nel circuito secondario 10 volte quella in entrata nel circuito primario Vale anche il ragionamento inverso se le spire del circuito primario sono in numero superiore a quelle del secondario la tensione in uscita da quest ultimo sar ridotta in proporzione Questo rapporto prende il nome di rapporto di trasformazione ed costante per ciascun trasformatore un parametro di fabbricazione Ora poich in un trasf
173. icamente tutte le sorgenti luminose lampadine comprese emettono anche radiazione non visibile Il Sole per esempio emette su quasi tutto lo spettro elettromagnetico raggi X raggi ultravioletti e dalla parte opposta dell intervallo visibile che va dal violetto al rosso passando per il blu il verde il giallo e l arancione raggi infrarossi microonde e onde radio Noi lo vediamo giallo perch la luce che emette dalla sua superficie a temperatura di quasi 5 800 K circa 5500 C ha intensit massima alle lunghezze d onda del giallo Quella che vediamo del Sole quindi una frazione importante della radiazione che esso produce ma non l unica Lo stesso vale per la lampadina a incandescenza il filamento di tungsteno che la corrente riscalda fino a una temperatura di 2700 K oltre 2400 C emette solo una piccolissima frazione di luce visibile la maggior parte della radiazione prodotta costituita da raggi infrarossi che 1 nostri occhi non riescono a vedere Tuttavia possiamo accorgerci della loro presenza i raggi infrarossi infatti producono calore negli oggetti che colpiscono poich eccitano le molecole facendole vibrare con maggiore intensit Cos noi li percepiamo direttamente perch fanno aumentare l energia interna della nostra pelle e dei nostri recettori tattili ma anche attraverso l aria che avvolge la lampadina e che viene riscaldata nello stesso modo proprio dai raggi infrarossi emessi dal filamento
174. icerche sull argomento in un trattato intitolato Hydrodynamica Nella sua formulazione pi semplice quella che fa esattamente al caso nostro il principio di Bernoulli chiamato talvolta anche effetto Bernoulli afferma che in un fluido aeriforme o liquido che sia la pressione diminuisce all aumentare della velocit In altre parole quanto pi veloce il movimento di un fluido tanto minore la sua pressione Ora all interno di una casa l aria che naturalmente un fluido come anche l acqua certamente sempre in movimento sufficiente che ci sia per esempio anche una lieve differenza di temperatura fra una zona e un altra di una stanza perch l aria si muova ma la sua velocit praticamente sempre inferiore a quella dell aria che si trova all esterno Per il principio di Bernoulli quindi l aria interna ha una pressione maggiore di quella esterna ragione per cui sull anta della finestra sottoposta a questa differenza di pressione si genera una spinta netta dall interno verso l esterno che la costringe a chiudersi Naturalmente maggiore questa differenza di pressione maggiore la spinta sull anta che pu arrivare a sbattere anche violentemente Attenzione quindi ad aprire le finestre in una giornata di forte vento Il principio di Bernoulli trova un altra interessante applicazione domestica La potete sperimentare quando vi trovate in una casa di montagna con un bel cami
175. icolare sistema fisico periodico scelto convenzionalmente come cronometro oscillazioni del pendolo rotazione della Terra transizioni atomiche ecc La misura del tempo Eccoci dunque a cercare di capire come viene misurato il tempo Nel corso dei secoli l umanit si ingegnata a ideare strumenti che potessero contare il tempo dalle meridiane basate sul rilevamento della posizione del Sole alle clessidre ad acqua o a sabbia ai pendoli fino ai moderni orologi e cronometri Tutti questi strumenti basati appunto sulla periodicit di alcuni fenomeni scandiscono il trascorrere del giorno con regolarit Ma il giorno scorre veramente con regolarit Avremmo bisogno di un intero libro per dare una risposta esauriente a questa domanda qui siamo pertanto costretti a tratteggiare solo per grandi linee la questione Intanto proviamo a definire il giorno come la misura di una rotazione terrestre Gi ma calcolata rispetto a quale riferimento Se infatti prendiamo le stelle che sono sufficientemente lontane e possono con ottima approssimazione essere considerate fisse anche se in realt si muovono anche loro seppure in maniera impercettibile possiamo definire il cosiddetto giorno siderale che corrisponde all intervallo di tempo fra due culminazioni consecutive di una data stella in un luogo fissato la culminazione consiste nel passaggio di un astro sul meridiano locale cio su quella linea immaginaria che congiunge il punto
176. ieme e forse ancor pi del telefonino cellulare che permette a chiunque di comunicare con chiunque altro pressoch in qualunque parte del mondo si trovino i due interlocutori la rete di computer fittissima capillare che avvolge il globo terracqueo con cavi e satelliti Tutto nato meno di cinquant anni fa nel 1964 il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti dette il via al progetto Arpanet finanziato dall Advanced Research Project Agency L obiettivo di chiaro interesse militare era quello di permettere a computer di marche differenti sparsi in tutti gli USA di collegarsi e scambiarsi dati nella fattispecie informazioni segrete militari si ricordi nuovamente che siamo in guerra fredda La rete viene realizzata senza un centro di smistamento perch deve essere resistente a eventuali attacchi anche atomici Arpanet la madre di tutte le reti Nel frattempo venivano svolti gli studi per collegare computer mettendoli in comunicazione tramite la semplice rete telefonica l apparecchio che permette a chiunque possieda un computer e un telefono di entrare nelle maglie della rete si chiama modem contrazione delle parole modulatore demodulatore e rappresenta in ultima analisi la sintesi fra informatica e telecomunicazioni Negli anni che seguirono la rete Arpanet divenne operativa incrementando rapidamente il numero di nodi collegati oltre a quelli militari cominciano a mettersi in rete anche le universit e anche g
177. ificazioni controllabili dall esterno E c chi pensa che l aver posto l accento sugli aspetti comportamentali delle macchine concezione propria della cibernetica abbia molte implicazioni sulle ideologie dominanti della nostra contemporaneit sulle quali ha influito probabilmente una visione dell uomo come macchina guidata dall esterno feedback uomo ambiente dominato dall ambiente in contrapposizione a quella pi antica dell uomo guidato dall interno cio dalle sue qualit intrinseche dalla sua interiorit L uomo nuovo si contraddistingue perci per la propria capacit di raccogliere trattare analizzare le informazioni di cui ha bisogno per vivere da qui l importanza attribuita attualmente al concetto di comunicazione L uomo fondamentalmente un elaboratore d informazioni Questa premessa cruciale per affrontare il tema del prossimo paragrafo se e come possiamo considerare intelligenti le macchine Il test di Turing Il primo ad accostare il termine intelligenza a quello di macchine fu Alan Turing scienziato tanto geniale quanto sfortunato Dapprima onorato e glorificato per i suoi servigi offerti all Inghilterra durante la seconda guerra mondiale riusc a violare il famoso Enigma il codice segreto di trasmissione tedesco mor suicida ingerendo una mela avvelenata nel 1954 a soli 42 anni dopo essere stato processato per atti osceni in quanto omosessuale Persona
178. in cui le bilie seppur rigide in una certa misura si deformano comprimendosi e riespandendosi infatti la temperatura di queste aumenta leggermente ovvero aumenta la loro energia interna In altre parole una frazione pi o meno consistente dell energia cinetica macroscopica viene trasformata in energia cinetica microscopica l energia interna appunto degli atomi e delle molecole che costituiscono le bilie Quindi parte dell energia cinetica iniziale della prima bilia viene impiegata per altri scopi oltre a quello di far muovere la seconda bilia dopo l urto senza considerare ovviamente l attrito con il panno e la resistenza dell aria Si parla allora di urti anelastici In un urto anelastico la quantit di moto continua a conservarsi le forze impulsive che agiscono durante un urto sono interne generate dalla deformazione dei corpi durante il breve tempo in cui entrano in collisione e perci non modificano la quantit di moto del sistema inoltre durante un urto le forze esterne gravit attrito resistenza dell aria sono trascurabili rispetto a quelle interne cos come la variazione di quantit di moto che queste potrebbero generare Se la quantit di moto continua a conservarsi per non si conserva pi l energia cinetica mentre si conserva sempre l energia totale del sistema quella che prima dell urto era tutta energia cinetica della prima bilia dopo l urto sar diventata in parte energia
179. indicato come sia possibile misurarne la quantit Ecco dunque quella che nota come definizione termodinamica di calore quando un sistema che si trova a temperatura diversa da quella dell ambiente circostante e su cui pu essere eseguito del lavoro compie una trasformazione l energia trasferita con mezzi non meccanici che uguale alla differenza fra la variazione di energia interna e il lavoro compiuto viene detta calore Questa definizione trasformata in equazione ci offre un modo di misurare la quantit di calore che viene scambiata fra sistema e ambiente ma ci dice anche di pi Ci dice che l eventuale disavanzo in pi o in meno di energia interna del sistema rispetto al lavoro compiuto da o su di esso attribuibile a un passaggio di calore fra questo e l ambiente In altre parole questa la formulazione matematica del primo principio della termodinamica ma soprattutto l espressione del fatto che l energia si conserva principio di conservazione dell energia Le trasformazioni spontanee e l entropia Gli studi di Joule dimostrarono che calore e lavoro potevano essere convertiti l uno nell altro e viceversa seppur con alcune fondamentali limitazioni Queste limitazioni sono proprio alla base delle due formulazioni del secondo principio della termodinamica La prima dovuta a Lord Kelvin e prende perci il nome di enunciato di Kelvin del secondo principio afferma che non possibile realizzare un
180. infatti 1 computer esistevano certo ma nessuno immaginava che potessero avere la diffusione che oggi conosciamo Nonostante l ingresso dei computer nelle nostre case sia storia recente le origini del computer o per lo meno delle idee che poi hanno portato all invenzione del computer risalgono a qualche secolo fa La storia del computer comincia infatti nel 1642 lo stesso anno in cui muore Galileo quando l allora diciannovenne Blaise Pascal 1623 1662 pi noto come filosofo che come inventore realizza la prima macchina capace di sommare e sottrarre numeri attraverso la tecnica del riporto automatico questa la Pascalina la prima calcolatrice meccanica della storia L invenzione venne perfezionata da Leibniz nel 1671 che rese possibile svolgere anche le moltiplicazioni ma entrambe non ebbero un grande successo commerciale i tempi non erano ancora maturi Occorre aspettare un secolo e mezzo per sentire riparlare di calcolatori il professore di matematica a Cambridge Charles Babbage 1791 1871 a progettare nel 1823 un calcolatore meccanico differenziale che doveva essere capace di svolgere operazioni fino all ottava cifra decimale Babbage per abbandon ben presto l idea attratto da un progetto ancor pi grandioso la cosiddetta macchina analitica La macchina dotata di 5 000 ruote dentate e di 200 accumulatori di dati i precursori delle moderne memorie volatili doveva essere capace di svolgere un addizio
181. inua Costante elastica Cray Cresta di un onda Criostato Cristalli liquidi CRT Culminazione Darcy Henry Philibert Gaspard Darcy De Broglie Louis De Broglie De Coriolis Gustave Gaspard De Coriolis Definizione operativa Deformazione plastica De Giorgi Ennio De Giorgi Densit di probabilit Diagramma Diagramma tensione deformazione Diffrazione Diffusori acustici Digit Digitale Digitalizzazione Dilatazione termica Dipendenza da condizioni iniziali Dipolo elettrico Dirac Paul Adrien Maurice Dirac Domotica Doppino Drogaggio EARN Eckert John Eckert Eclittica Eco Umberto Eco Eddington Arthur Eddington Edison Thomas Alva Edison EDVAC Effetto Effetto Coriolis Effetto farfalla Effetto Joule Effetto serra Effetto sifone Effetto Venturi Finstein Albert Einstein Elasticit Electronic Discrete Variable Automatic Computer Electronic Numerical Integrator and Calculator Elettrodotto Elettroni di conduzione ELIZA Energia cinetica Energia Conservazione dell energia Energia meccanica Energia gravitazionale ENIAC Entropia Entropia cosmica Equazione Equazione del moto del pendolo Equazione del moto ondoso Equazione del tempo Equazione di Maxwell Equilibrio termico Errore di quantizzazione European Academic Research Network Faraday Michael Faraday Feedback Ferro battuto Feynman Richard Fey
182. io di quest ultima pi lungo del braccio della forza applicata 3 indifferenti quando la forza da applicare uguale a quella resistiva ovvero quando 1 due bracci sono di identica lunghezza Oltre a questo tipo di classificazione le leve possono essere suddivise anche per tipo a seconda della posizione reciproca del fulcro e delle forze in gioco Cos abbiamo leve di primo genere quando il fulcro si trova fra le due forze come nel caso dell altalena leve di secondo genere quando la forza di resistenza a trovarsi fra il fulcro e la forza applicata e infine leve di terzo genere quando invece la forza applicata a trovarsi fra il fulcro e la forza di resistenza immediato capire che le leve di primo genere possono essere vantaggiose svantaggiose e indifferenti quelle di secondo genere sono sempre vantaggiose mentre quelle di terzo genere sono sempre svantaggiose Adesso che ci siamo fatti un idea generale sulle leve andiamo a scoprire con quali tipi di leve abbiamo a che fare in cucina Prendiamo per esempio le forbici 11 fulero sta ovviamente nella cerniera il punto in cui sono avvitate le due parti che compongono le forbici la forza resistiva data dal materiale da tagliare mentre quella applicata data dall impugnatura Le forbici sono quindi leve di primo genere Ma sono vantaggiose o no Naturalmente questo dipende dal rapporto fra le lunghezze dei bracci Allora tenendo conto che il braccio della
183. iquido Attenzione quindi mentre un ordinaria bolla di gas immersa in un liquido un volume di gas circondato dal liquido stesso un antibolla ha il liquido sia dentro sia fuori Antibolle si possono formare combinando due liquidi non miscibili ma anche nell acqua quando una goccia poggia sulla superficie attraverso un sottile cuscino d aria che la accompagna nell immersione Come riconoscere un antibolla A differenza delle bolle gassose che sono nettamente pi leggere del liquido circostante e quindi salgono molto rapidamente in superficie le antibolle sono pesanti e a seconda che il liquido che contengono sia pi o meno denso di quello che le circonda possono salire molto lentamente o addirittura affondare L interesse per le antibolle tutt altro che ozioso Nelle centrali nucleari per esempio esistono dei dispositivi di conteggio delle bolle nelle tubature degli impianti di raffreddamento questi conteggi permettono di valutare 1l rapporto aria acqua e l effettiva capacit di raffreddamento del liquido Ma se oltre alle bolle ci sono anche delle antibolle il rapporto aria acqua diminuisce E una stima errata di questo valore pu mettere a rischio 1 sistemi di controllo Ecco perch bene sapere riconoscere un antibolla Dalla bolla alla schiuma Quando tante bolle di gas si raccolgono insieme si ottiene una schiuma In effetti la schiuma una dispersione di bolle di gas in un liquido contenente mo
184. it una scienza con obiettivi pi limitati fondata sulla concretezza e sulla pragmaticit del risultato La definizione che possiamo dare di IA infatti quella di branca della scienza dei calcolatori che si pone l obiettivo di realizzare sistemi capaci di esibire comportamenti sensati che se esibiti da un uomo verrebbero ritenuti intelligenti Anche in questa definizione fondamentale l aspetto di interazione fra ambiente e macchina fra segnali in ingresso input e quelli in uscita output risultati da elaborazioni pi o meno complesse attraverso una serie di regole chiamate algoritmi che possono tenere conto dell eventuale presenza di errori e quindi indicare fra varie soluzioni approssimate quella pi sensata Sistemi intelligenti sono per esempio quelli capaci di tradurre una lingua in un altra sia pure con varie limitazioni oppure di teleguidare robot anch essi intelligenti in ambienti ostili e pericolosi per l uomo in modo da effettuare analisi o riparazioni Sono macchine che vedono sentono comprendono e parlano ma esclusivamente nell ambito del compito che devono svolgere In sintesi sono strumenti di ausilio all uomo in alcuni tipi di lavoro intellettuale proprio come le macchine utensili lo sono per il lavoro manuale Realizzare macchine di questo tipo non cosa semplice e gli studi sull IA attingono a quelli dei neuroscienziati sul funzionamento ben pi complesso del nostro
185. kHz occorre lavorare a una frequenza di campionamento di almeno 40 kHz Questo proprio quanto avviene nella digitalizzazione della musica riprodotta dai CD audio per registrare i quali viene impiegata una frequenza di campionamento di 44 kHz nella pratica infatti necessario campionare con una frequenza leggermente pi alta rispetto a quella minima teorica Il teorema del campionamento ci dice qual la frequenza a cui dobbiamo campionare un fenomeno se vogliamo riprodurlo fedelmente In realt per noi possiamo campionare anche a frequenza pi bassa In questo caso dobbiamo avere la consapevolezza che la qualit della riproduzione sar tanto peggiore quanto maggiore la differenza fra la frequenza di campionamento impiegata e il suo valore ottimale Una frequenza di campionamento pi bassa perci pu essere utile per alcuni scopi diversi dalla riproduzione in alta fedelt di una sorgente sonora valori tipici dei campionamenti a bassa fedelt sono di 22 kHz o anche di 11 kHz che a fronte di una perdita di qualit della riproduzione hanno il vantaggio di dimezzare o di ridurre di 1 4 le dimensioni della sequenza numerica Per capire bene il concetto di campionamento molto importante nella tecnologia moderna facciamo un esempio ingenuo ed estremamente semplificato Consideriamo una lampada che lampeggia una volta al secondo e proviamo a prendere campioni di questo segnale luminoso semplicemente aprendo e chiudendo gli
186. l uomo della strada il cosiddetto ayman della cultura anglosassone sollecitato a prendere posizione su temi di argomento scientifico o tecnologico Ma gli strumenti per poter fare scelte ragionate ponderate e soprattutto consapevoli su argomenti tanto importanti non sono mai troppi e spesso sono inadeguati perch incomprensibili quanto il tema che vogliono chiarire Un problema notevole questo se si pensa che proprio da queste scelte possono dipendere i destini di una regione di una nazione o addirittura del mondo intero Ed qui a cercare di colmare questa lacuna che interviene il divulgatore scientifico Un po comunicatore un po scienziato il suo ruolo proprio quello di fare da trait d union fra la comunit scientifica e la societ civile Che come tutti noi verifichiamo quotidianamente parlano linguaggi profondamente diversi Lo scienziato infatti usa termini tecnici convenzioni ed espressioni che tipicamente non fanno parte del bagaglio culturale del layman il quale ha quindi bisogno di una figura che traduca quel linguaggio in uno a lui comprensibile il divulgatore scientifico appunto Ecco il divulgatore scientifico si trova nella posizione tipica di un interprete il quale traduce da una lingua incomprensibile ai pi in una facilmente compresa Risulta perci fondamentale che questo interprete conosca sia l una che l altra pena la perdita completa del contenuto del messaggio scientifico o
187. l Core 2 Duo Intelligenza Artificiale Intercalazione Interlaced scan Internet Interpretazione probabilistica della meccanica quantistica Inviluppo della forma d onda Irraggiamento Isocronismo Isolante Isolante elettrico Isolante termico Joule James Prescott Joule Jpeg KI Kelvin Kendall Larcum Kelvin Lampada Lampada a basso consumo Lampada a fluorescenza Lampada a incandescenza Lampada alogena LAN Lana Latitudine Lattice Lavoro LCD LED Legge Legge dello spostamento di Wien Legge di Buys Ballot Legge di Darcy Legge di Faraday Legge di Hooke Legge di Ohm Leggi sui robot Legni Leopardi Giacomo Leopardi Leva Light Emitting Diode Linea Linea del cambiamento di data Linee di universo Liquid Crystal Display Local Area Network Locke John Locke Longitudine Lorenz Edward Norton Lorenz Lunghezza d onda Macchina Macchina analitica Macchina tabulatrice elettrica Magnetron Manet douard Manet Marconi Guglielmo Marconi Maskelyne Nevil Maskelyne Master Materasso Materiale Materiale plastico Materiale viscoelastico Mauchly John Mauchly Maxwell James Clerk Maxwell Meccanica Meccanica matriciale Meccanica ondulatoria Meccanica statistica Menisco Meridiano Meridiano centrale del fuso Meridiano di Greenwich Meridiano locale Mese sinodico Meucci Antonio Meucci Microonde
188. l bidibodib della pubblicit Perch un dato cos importante da essere pubblicizzato il fatto che le molle non facciano rumore Al di l del fastidio che pu dare un letto che cigola anche in questa considerazione entra in gioco l energia Se la molla fa rumore infatti significa che parte dell energia meccanica viene spesa per produrre il suono non pu venire fuori dal nulla con conseguente smorzamento dell ampiezza delle oscillazioni Le molle silenziose quindi sono pi elastiche di quelle cigolanti perch disperdendo meno energia possono cos mantenere pi a lungo l ampiezza originale di oscillazione Un motivo in pi dunque per scegliere molle non rumorose FINALMENTE A LETTO MA CHE FREDDO Fuori fa freddo sta nevicando e rientrati infreddoliti a casa non aspettiamo altro che il momento in cui finalmente potremo andare a letto sotto le calde coperte Ma entrati nel letto una sensazione di freddo quasi di gelo ci attanaglia anche se siamo completamente rannicchiati sotto una spessa e pesante coltre di tessuto Il motivo naturalmente che le coperte in s non sono calde ovvero pi calde dell ambiente circostante ma si troveranno appunto a temperatura ambiente che in generale e per fortuna di diversi gradi pi bassa della nostra temperatura corporea Cos a meno che non si abbia un vecchio scaldino o una moderna termocoperta l unico modo per riscaldare il letto quello di
189. l primo violino che d il la appunto agli altri strumenti dell orchestra perch questi possano verificare la propria accordatura Per il pubblico questo un momento sempre molto suggestivo a esso seguono alcuni secondi di silenzio e l ingresso del direttore ma per i musicisti estremamente delicato un piccolo errore e il proprio strumento verr notato da tutti perch stonato Ma che cosa significa accordare uno strumento Lo dice la parola stessa mettere in accordo fare in modo che le note del proprio siano intonate con quelle degli altri strumenti Il la del clarinetto del trombone o della chitarra deve essere lo stesso a suonato dal violino indipendentemente dalla specificit degli strumenti Certo ogni strumento come noto ha una voce propria diversa da tutte le altre che lo rende distinguibile e riconoscibile dagli altri ma il vocabolario usato le note musicali lo stesso per tutti gli strumenti La voce degli strumenti musicali prende tecnicamente il nome di timbro ma si sentono spesso usare anche termini come colore o qualit di un suono Essa il risultato della diversa forma degli strumenti delle tecniche impiegate per produrre il suono del tipo di materiali usati nella loro costruzione e di altri fattori Dal punto di vista fisico la voce di uno strumento definita principalmente dalla composizione armonica cio dalla nota fondamentale e dalle armoniche superiori del s
190. la FINE a questo libro Grazie davvero L ultimo grazie e il pi importante va a mia moglie Ester per la presenza e il costante e fondamentale supporto mentre ero immerso nella stesura del manoscritto e ai miei bimbi Giulia e Leonardo per aver gi perdonato le ore di latitanza del loro pap perso spesso nei meandri della scienza Con la speranza che un giorno sappiano apprezzare la fisica magari anche grazie alla lettura di questo libro Argomenti trattati ABC Acciaio Acustica Adesione Forze di adesione ADSL Agenti attivi di superficie Aiken Howard Aiken Algoritmi di compressione Alternatore AM Ambiente Ancia Anelastica Anello di feedback Annals of Improbable Research Anno Anno bisestile Anno tropico Antibolle Anticiclone Apribottiglie Archeoastronomia Archimede di Siracusa Armoniche superiori Arpanet Asimmetria del tempo Asse di rotazione terrestre Asse giroscopico Asimov Isaac Asimov Assorbimento Atanasoff John Vincent Atanasoff Berry Computer Attrito Attrito radente Attrito statico Attrito volvente Babbage Charles Babbage Bagnabilit Banda larga Bass Bastoncelli BBS Bell Graham Bell Bernoulli Daniel Bernoulli Equazione di Bernoulli Principio di Bernoulli Bialetti Alfonso Bialetti Bicicletta Binary digitterm Bit Bit per secondo Profondit di bit Bitnet Board of Longitude Bohr Niels Bohr Bolla di sapone
191. la prima trasmissione radio transatlantica fra una base in Cornovaglia e una in Terranova curioso notare che l esperimento riusc non tanto per le convinzioni di Marconi che credeva che le onde radio seguissero la curvatura terrestre contrastate per altro da molti fisici ma per il fatto che le onde vengono riflesse dalla ionosfera e solo per questo possono davvero seguire la curvatura della Terra L invenzione procur subito a Marconi fama internazionale tanto che vinse il premio Nobel per la fisica nel 1909 ma anche l ostilit di tutti coloro che fondavano 1 loro affari sulla telegrafia tradizionale Particolarmente accanita contro Marconi fu la societ Anglo American Cable Company che dopo la posa del primo cavo transatlantico deteneva il monopolio delle comunicazioni fra il vecchio e il nuovo continente lo cit in giudizio boicott le sue stazioni di trasmissione gli imped l uso di altre Nonostante tutto la telegrafia senza fili s impose molto rapidamente a livello mondiale anche se la sua definitiva affermazione fu dovuta alla tragedia del Titanic il transatlantico affondato da un iceberg nel suo viaggio inaugurale 1912 1 S O S lanciato dalla nave grazie al telegrafo inventato da Marconi infatti consenti di salvare almeno parte dei passeggeri Assieme alle fibre ottiche sempre pi diffuse una sorta di cavi in cui viaggia un fascio luminoso con minime dispersioni del segnale la trasmissione di se
192. la scala Kelvin ha uno zero assoluto di 0 K e che non esistono temperature al di sotto di questo valore Il terzo principio della termodinamica stabilisce che a questo valore di temperatura ci si pu avvicinare arbitrariamente senza per mai raggiungerlo Attualmente la temperatura pi bassa ottenuta in laboratorio e forse nell Universo di qualche miliardesimo di kelvin a temperature cos basse in quella che potremmo definire la quiete atomica la materia acquista propriet del tutto nuove e assolutamente inusuali rispetto a quelle che ha a temperature ordinarie Per questo motivo la fisica delle basse temperature una branca di ricerca affascinante e piena di spunti originali anche dal punto di vista delle future applicazioni tecnologiche Come lasciato intuire e come facilmente deducibile dalla comune esperienza la materia al variare della temperatura cui sottoposta muta anche drasticamente di stato raffreddando acqua da liquida la vedremo diventare ghiaccio viceversa riscaldandola otterremo tutto vapor d acqua Non tutti i termometri perci vanno bene per misurare qualunque temperatura Per esempio non potremmo certo mai usare un termometro a colonnina di mercurio per valutare la temperatura all interno di un altoforno o di un criostato termostato per basse temperature Quello che si fa allora determinare sperimentalmente altri punti fissi oltre al gi citato punto triplo dell acqua distribuiti
193. la speranza si dimostra molto presto vana aperta la porta della camera dei bambini trovano questi in pigiama che cantano il famoso jingle saltando allegramente sui materassi che non fanno rumore perch l azienda pubblicizzata produce materassi a molle che non cigolano In effetti i salti dei bambini sono una delle prove di elasticit pi dure che un materasso debba sopportare In questa parte vogliamo proprio approfondire l argomento elasticit partendo per dall analisi dei materiali con cui vengono realizzati gli elementi pi importanti dei nostri letti AI di l di come ciascuno di noi lo preferisce duro e inflessibile come una tavola di marmo oppure morbido e accogliente come un mare di gommapiuma dalla comodit del letto dipende il nostro riposo E i due elementi costitutivi che ne definiscono tale caratteristica sono naturalmente la rete e il materasso Due oggetti che devono possedere una propriet fondamentale della materia allo stato solido ovvero un certo grado di elasticit Vediamo meglio come funzionano La rete che deve sopportare il nostro peso e quello del materasso in genere costituita da una struttura metallica sostenuta da un intelalatura anch essa generalmente in metallo oppure da una serie di assicelle in legno le cosiddette doghe incurvate in modo che la convessit sia rivolta verso l alto anch essa sostenuta da un telaio Per svolgere correttamente la loro funzione d
194. la temperatura e tenerla sempre molto bassa nonostante l ambiente circostante sia in genere a temperature nettamente pi alte Per ottenere questo risultato occorre fornire energia al sistema L energia che viene appunto prelevata dalla presa di corrente del frigorifero per andare ad alimentare un compressore dispositivo che alla base del funzionamento del cosiddetto ciclo frigorifero un particolare tipo di ciclo termodinamico in grado di estrarre calore da un sistema a bassa temperatura e trasferirlo a uno a temperatura superiore Per definizione un ciclo termodinamico una successione di processi termodinamici espansioni compressioni variazioni di temperatura cambiamenti di stato ecc al termine della quale il sistema torna al suo stato iniziale Cicli termodinamici sono quelli che si verificano all interno dei motori a combustione interna per esempio o in qualunque altra macchina termica ciclica Per tutti questi vale la regola imposta dalla prima legge della termodinamica che ricordiamo una versione generalizzata della legge di conservazione dell energia ovvero che il bilancio fra il calore netto entrante dall ambiente o uscente dal sistema sia esattamente uguale al lavoro netto compiuto in ogni ciclo dal sistema sull ambiente o dall ambiente sul sistema Ora nel ciclo frigorifero ci troviamo proprio nella situazione in cui a fronte di un lavoro netto compiuto dall ambiente sul sistema frutto
195. le dal moto di cariche elettriche attraverso il conduttore La conducibilit elettrica dipende esclusivamente dalle caratteristiche fisiche del materiale Il suo inverso si chiama resistivit una grandezza che definisce quanto il materiale si oppone al passaggio di corrente La conducibilit elettrica specifica o conduttivit e la resistivit sono come la conducibilit termica propriet intensive Ma anche per quanto riguarda le grandezze elettriche esistono delle analoghe propriet estensive Particolarmente importante per i conduttori la resistenza che oltre a essere direttamente proporzionale alla resistivit dipende anche dalle caratteristiche costruttive del filo conduttore ovvero dalla sua lunghezza e dalla sua sezione cio dall area che si ottiene tagliando il cavo perpendicolarmente alla direzione di percorrenza della corrente abbastanza intuitivo comprendere che pi il filo lungo maggiore la sua resistenza laddove un filo a sezione pi grande oppone minore resistenza perch da una certa sezione del filo possono passare pi elettroni nell unit di tempo Per un circuito di materiale conduttore percorso da corrente vale un importante legge fisica la legge di Ohm dal nome del fisico tedesco Georg Simon Ohm 1789 1854 che la scopr nel corso dei suoi studi sulle correnti elettriche e la pubblic in un trattato nel 1827 La legge di Ohm che rappresenta il primo vero strumento per l ana
196. lecole attive di superficie surfattanti Sono proprio queste a determinare la tendenza di un liquido a schiumare e la stabilit della schiuma risultante basta pensare alla differenza fra la densa schiuma che formano alcune birre ricche di surfattanti e quella degli spumanti pi poveri di questi composti Esistono tante schiume da quelle saponose come la schiuma da barba a quelle alimentari come la panna montata o la schiuma del cappuccino Un aspetto curioso delle schiume che se la frazione di volume di liquido maggiore del 5 per cento le bolle sono praticamente sferiche mentre schiume pi secche hanno bolle di forma poliedrica causata dall equilibrio fra la tensione superficiale e le forze intersuperficiali Ma siamo circondati anche da schiume solide che si formano quando il liquido catturato dai surfattanti si solidifica Alcuni esempi Il pane la pietra pomice il polistirolo le nostre ossa Senza schiume la nostra vita sarebbe sicuramente diversa ANATOMIA DI UNA BOLLA La sottile pellicola che costituisce la superficie di una bolla di sapone formata da due strati di surfattanti presenti nel sapone che intrappolano al loro interno uno strato di molecole di acqua Le molecole di surfattante sono molecole organiche in genere proteiche composte essenzialmente di atomi di idrogeno e di carbonio che costruiscono una testa idrofila e una o pi code idrofobe Le molecole di surfattanti quindi immerg
197. li Nonostante gi H1 desse risultati pi che soddisfacenti Harrison non ricevette subito il premio ma fu costretto dal Board of Longitude a continuare a lavorare sui suoi orologi per migliorarne ancora di pi le prestazioni Anche perch fra 1 membri della commissione si trovava l astronomo reale Nevil Maskelyne 1732 1811 il quale avendo anch egli nettamente migliorato il metodo astronomico di determinazione della longitudine basato sull osservazione della posizione della Luna aveva tutto l interesse a non premiare Harrison perch sperava di essere lui stesso il vincitore un caso davvero clamoroso di conflitto di interessi Infatti fu solo grazie alla clemenza del re Giorgio III 1738 1820 e all entusiasmo del navigatore James Cook 1728 1779 il quale aveva fatto un lungo viaggio di 3 anni nell oceano Pacifico con a bordo l orologio K1 copia esatta dell H4 realizzata dall orologiaio Larcum Kendall 1719 1790 che Harrison ormai vecchio si vide riconosciuti tutti 1 meriti e gli onori del suo lavoro Dopo Harrison molti altri hanno apportato ulteriori perfezionamenti al cronometro marino e agli orologi in generale Fino a quando verso gli anni Trenta del secolo scorso non si cominciarono a studiare i cristalli di quarzo 1 quali sottoposti a un piccolo campo elettrico hanno la propriet di vibrare con estrema regolarit a una frequenza molto alta tanto da essere in grado anche quelli pi economici di co
198. li argomenti trattati di cui alcuni divennero pubblici Risalgono al 1975 le prime conferenze elettroniche distribuite via computer adesso note come mailing list cio liste di posta la pi affollata delle quali era SF Lovers Science Fiction Lovers frequentata appunto dagli appassionati di fantascienza Tre anni prima sempre negli USA era nata Telenet la prima rete telematica commerciale Si giunge cos agli anni Ottanta del secolo scorso che vedono da una parte una sempre maggiore connessione a livello mondiale fra centri di ricerca universit nodi militari e cos via grazie alla copertura globale fornita dai satelliti per telecomunicazioni dall altra conseguente al boom dei personal computer la nascita di reti amatoriali comunemente note con la sigla BBS Bulletin Board System la pi importante delle quali sicuramente Fidonet diffusa a livello mondiale le quali sfruttano le potenzialit dei modem ormai entrati in commercio con prestazioni sempre pi elevate importante la velocit di trasmissione indicata in bps cio bit per secondo e a prezzi sempre pi accessibili Anche le universit dicevamo cominciano a sviluppare la prima rete di ricerca istituzionale che prende il nome di Bifnet mentre da Arpanet si stacca definitivamente il settore militare che prender il nome di Milnet da Military Network curiosa l origine del nome Bitnet che non ha niente a che vedere con il nome bit l
199. li citt industrie ecc viene abbassata l intensit della corrente prodotta dall alternatore innalzando la tensione di uscita grazie a un apposito trasformatore Per gran parte del tragitto dalla centrale elettrica fino a noi la corrente che percorre 1 cavi dell elettrodotto bassissima ma invece molto alta la tensione che ha un valore pari a 380 000 volt V Per questo motivo i cavi vengono detti dell alta tensione Solo in prossimit delle utenze questa tensione viene abbassata attraverso una rete di centrali di trasformazione dove sono in funzione 1 trasformatori e passando attraverso valori intermedi viene portata ai 220 V dell utenza domestica o ai 380 V di quella industriale Con ovvio e conseguente aumento della corrente da cui deriva l effetto Joule che si osserva negli elettrodomestici di casa Cos quando accendiamo la luce non facciamo altro che chiudere un circuito lungo anche diverse centinaia di kilometri portando la tensione da 220 V fino a terra grazie al passaggio di corrente all interno del filamento Questo passaggio di corrente elettrica rappresenta quindi anche una caduta di tensione un fenomeno che pu essere considerato in tutto e per tutto analogo a quello di una corrente d acqua che passa da una certa quota e quindi da una certa energia potenziale gravitazionale a una quota pi bassa fino a tornare al livello del mare equivalente appunto alla terra degli
200. ligono il formato cosiddetto widescreen schermo ampio in inglese che ha un rapporto di 16 9 che si legge sedici noni fra larghezza e altezza In altre parole a parit di altezza dello schermo i televisori del tipo widescreen sono pi larghi Gli schermi del tipo 16 9 oltre a replicare pi da vicino la tipologia di visione dell occhio umano che ha un campo visivo molto pi ampio in orizzontale che in verticale permettono anche una maggiore compatibilit con 1 diversi formati delle immagini cinematografiche riducendo in maniera drastica l ampiezza delle bande nere superiore e inferiore che sono presenti nella trasmissione televisiva dei formati cinematografici evidente che a parit di dimensioni dell immagine riprodotta un maggiore numero di pixel garantisce una migliore risoluzione e quindi un livello pi alto di dettaglio perch ciascun pixe rappresenta un area pi piccola Questo il motivo per cui anche in ambito fotografico si cerca di produrre fotocamere digitali aventi sensori con un numero di pixel sempre pi alto Cos siamo partiti dai formati da alcune centinaia di migliaia di pixel per arrivare al giorno d oggi con macchine fotografiche da oltre 10 megapixel 1 megapixel equivale a 1 milione di pixe Anche nel caso della digitalizzazione video ciascun campione cio ciascun pixel deve contenere le informazioni necessarie a riprodurre l immagine ovvero il colore che gli compete Occ
201. lisi quantitativa dei circuiti elettrici stabilisce la proporzionalit diretta fra la tensione applicata a un circuito e la corrente che lo attraversa La costante di proporzionalit proprio la resistenza del circuito In pratica a parit di tensione applicata in un circuito con una maggiore resistenza carico resistivo passer una corrente minore mentre viceversa in presenza di un carico resistivo minore corrisponder un intensit di corrente maggiore importante sottolineare che la legge di Ohm valida solo ed esclusivamente per 1 materiali conduttori e che ha anche un ulteriore limitazione la relazione lineare fra tensione applicata e intensit di corrente vale infatti solo per correnti non troppo elevate Quando all interno di un circuito si forza il passaggio di una corrente molto alta questo si riscalda per effetto Joule provocando una variazione della sua resistenza elettrica e in particolare della sua resistivit la quale dipende proprio dalla temperatura In generale per i materiali conduttori maggiore la temperatura maggiore la resistivit A una maggiore agitazione termica del reticolo cristallino corrisponde infatti una maggiore probabilit di urti con gli elettroni di conduzione 1 quali si spostano con pi difficolt lungo il cristallo La legge di Ohm quindi vale fintanto che la resistenza del circuito rimane sostanzialmente costante ovvero per piccole variazioni di temperatura In nat
202. ll ascoltatore Perch questo accada occorre che 1l ritardo fra il suono diretto e quello riflesso sia superiore al decimo di secondo Sotto questo valore l orecchio umano non in grado di percepire 2 suoni come distinti fenomeno della persistenza e si ha il riverbero Con queste premesse facilissimo calcolare qual la distanza minima di un ostacolo perch possa produrre un eco Poich la velocit del suono nell aria di circa 340 m s alla temperatura di 20 C in un decimo di secondo il suono percorre 34 m Se la sorgente del suono e l ascoltatore coincidono o si trovano comunque nello stesso punto di fronte all ostacolo il tragitto di andata uguale a quello di ritorno sufficiente che l ostacolo disti almeno 17 m perch si possa ascoltare un eco Per distanze inferiori abbiamo solo riverberi ANCHE L OCCHIO VUOLE LA SUA PARTE Fin qui abbiamo parlato di suoni ma un impianto home theatre sempre accompagnato da un televisore ragione per cui adesso passiamo a parlare degli apparecchi televisivi che assieme alle radio sono stati i primi dispositivi elettronici a entrare nelle nostre case Fino a non molti anni fa la tecnologia pi diffusa per questo apparecchio era quella a tubo catodico o CRT acronimo dall espressione inglese cathode ray tube molto ingombrante ma estremamente efficace e duraturo Il tubo catodico un cannone elettronico un dispositivo che spara elettroni chiamati anc
203. lla superficie della lamina Il sistema fisico bolla di sapone tende cos da un lato a catturare la bolla d aria al suo interno e dall altro a minimizzare l energia presente ovvero a rendere minima la superficie esterna E la forma sferica ha proprio questa caratteristica a parit di volume la sfera il solido con superficie minima Lo studio delle bolle di sapone rientra nel settore della matematica detto calcolo delle variazioni In pratica si tratta di trovare nel caso delle lamine saponate qual la forma di minima energia tra tutte quelle che si ottengono variando un poco la forma della lamina Un esperimento tipico quello di prendere un telaietto di metallo immergerlo nell acqua saponata ritirarlo fuori e osservare quale forma ha fatto l acqua saponata Per esempio se si immerge nell acqua saponata una circonferenza si ottiene un cerchio di sapone attaccato alla circonferenza che naturalmente la migliore soluzione possibile il cosiddetto problema di Plateau dal nome del fisico belga Antoine Ferdinand Plateau autore nel 1873 del primo studio sull argomento e scopritore del fatto che le lamine saponate formano angoli solo di 120 o di 109 28 risolto nel 1958 dal matematico italiano Ennio De Giorgi Ma non esistono solo le bolle Talvolta nei liquidi possono formarsi anche antibollicine Non fantascienza Un antibolla costituita da una sottile pellicola di aria frapposta fra due volumi di l
204. lo scetticismo risulta quanto mai utile se non addirittura necessaria Istruzioni per l uso Di un libro di un idea stravagante e di mille suggestioni Una casa una macchina per abitare LE CORBUSIER Se qualcuno ce lo chiedesse non esiteremmo un istante a rispondere che conosciamo perfettamente la nostra casa Tutti noi infatti la consideriamo il nostro rifugio un luogo protetto e conosciuto senza alcun segreto n mistero un ambiente da cui non ci aspettiamo alcuna sorpresa Anche quando pensiamo di aver perso qualcosa fra le mura di casa un antico proverbio ci rassicura dicendo che la casa nasconde ma non ruba e quindi prima o poi quel qualcosa riapparir Ma se vero che la casa non ruba altrettanto vero che nasconde tanti segreti Non c da preoccuparsi per stiamo parlando dei segreti scientifici e tecnologici che ogni casa ha e che in questo libro vogliamo svelare Perch la finestra appena aperta sbatte Come si formano le bolle di sapone Come funziona il forno a microonde E la pentola a pressione Perch la trottola di nostro figlio si muove in quel modo curioso e il miele si arrotola su se stesso La nostra casa un vero e proprio laboratorio di fisica dove le sue diverse branche meccanica termodinamica elettromagnetismo fisica moderna ecc si danno appuntamento quotidianamente perch ogni nostra azione domestica anche la pi semplice un esperimento di fisica E proprio su que
205. logia ma le sue valutazioni si adattavano anche alle applicazioni in campi quali la politica la giustizia e la psicologia Come evidente dal mondo in cui viviamo la sua come quella di altri rimasta una voce nel deserto Reti neurali sistemi esperti robot Oggigiorno per chi si occupa dell IA e delle sue applicazioni il test di Turing preistoria Sistemi esperti reti neurali computer paralleli sono alcuni termini ormai d uso comune fra gli operatori informatici ma pochi oltre a loro sanno veramente di che cosa si tratta Cerchiamo dunque di riassumerne brevemente il significato inserendo la descrizione nel contesto pi ampio delle moderne ricerche sull IA La nascita dell IA come disciplina scientifica viene fatta risalire all anno in cui fu pubblicato il famoso articolo di Turing anche se l espressione IA viene usata per la prima volta da Marvin Minsky nato nel 1927 e John McCarthy anche lui nato nel 1927 6 anni dopo in uno storico convegno Il desiderio di riprodurre in una macchina i comportamenti umani e quindi anche il pensiero si perde nella notte dei tempi Ancor prima di essere realizzati veramente automi meccanici e robot pensanti fanno la loro comparsa nella letteratura fino a giungere a romanzi e film di fantascienza come 2001 Odissea nello spazio in cui l elaboratore elettronico HAL 9000 manifesta capacit di ragionamento e di pensiero completamente umanizzate L IA per la ver
206. luidi attraverso spostamenti di massa all interno dell intero volume del fluido riscaldato Un esempio di convezione lo abbiamo quotidianamente sotto gli occhi quando riscaldiamo l acqua per il t o per la pasta L acqua in basso che riceve calore dal fondo della pentola direttamente a contatto con la fiamma si riscalda di pi di quella che sta in alto All aumento di temperatura corrisponde una diminuzione di densit cos che l acqua calda inizia a salire facendosi strada in mezzo agli strati superiori pi freddi Questi pi pesanti scendono verso il basso dove una volta riscaldati risaliranno nuovamente e cos via in un ciclo continuo che riesce rapidamente a portare alla stessa temperatura tutta l acqua della pentola Moti convettivi si osservano per esempio anche nell atmosfera terrestre dove l aria in prossimit della superficie pi calda di quella in quota grazie all irraggiamento di cui sopra e pertanto tende a salire Un altro esempio interessante di trasporto del calore per convezione quello che si osserva sulla superficie luminosa del Sole la fotosfera che fotografata ad alta risoluzione mostra una granulazione dovuta proprio ai moti convettivi Bolle di gas caldo provenienti dall interno infatti affiorano in superficie mostrandosi pi brillanti degli strati circostanti pi freddi 1 quali a loro volta sono spinti verso il basso dal processo di convezione che riesce a distribuire il cal
207. ma la Terra che gli ruota sotto L esperimento del pendolo di Foucault solo in apparenza semplice da realizzare In realt invece piuttosto complesso perch piccole imprecisioni nella costruzione possono causare deviazioni nell oscillazione in grado di mascherare l effetto della rotazione terrestre Tuttavia molto interessante e istruttivo da vedere per cui diversi musei ne espongono uno Naturalmente il pendolo ha la tendenza a fermarsi frenato dalla resistenza dell aria per questo motivo i pendoli moderni hanno un meccanismo che li tiene costantemente in movimento Per evidenziare la rotazione della Terra sicuramente meglio tentare con l acqua nella vasca Difficile certo ma meno impegnativo COME FUNZIONA UN SIFONE Bene fin qui abbiamo parlato di lavandini docce vasche da bagno vagando e divagando per caos termometri bolle di sapone cicloni e pendoli di Foucault Ma c un sanitario che non pu davvero mancare in nessun bagno Gabinetto sciacquone water closet toilette chiamatelo come volete ma ogni casa deve averne almeno uno Non possiamo quindi esimerci dal parlarne anche perch occorre riconoscerlo il WC un vero e proprio gioiello di ingegneria idraulica Cerchiamo allora di astrarci di allontanare il pensiero del gabinetto come luogo tab e andiamo invece a scoprire insieme il funzionamento di questa meraviglia della tecnologia Innanzi tutto guardiamo quali sono gli elementi
208. ma altezza la massa comincia a riguadagnare energia potenziale gravitazionale perdendo per energia cinetica la sua velocit diminuisce Quando dopo mezzo periodo di oscillazione la velocit si annulla nuovamente la massa di nuovo alla quota massima raggiungibile la sua energia cinetica si pertanto ritrasformata in energia potenziale gravitazionale In ogni periodo di oscillazione si verificano quindi due massimi di energia potenziale gravitazionale corrispondenti all annullamento dell energia cinetica alle due estremit dell oscillazione e due massimi di energia cinetica corrispondenti ai due passaggi uno all andata l altro al ritorno della massa dalla posizione di equilibrio Poich l energia meccanica del sistema data in ogni istante del moto proprio dalla somma dei valori che l energia potenziale gravitazionale e l energia cinetica assumono in quel determinato istante se indichiamo con U e T rispettivamente l energia potenziale e quella cinetica misurate in un qualunque momento dell oscillazione possiamo sempre scrivere U T costante Ma quanto vale questa costante Per scoprirlo sufficiente determinare 1l suo valore nell istante iniziale del moto quando la velocit della massa nulla e quindi l energia cinetica zero mentre l energia potenziale gravitazionale ha il valore Uo dato dal prodotto della massa m per l accelerazione di gravit g per l altezza dal s
209. ma fate sempre attenzione che non sia otturata ma il caff bruciato il minimo che vi possa toccare Se viceversa la polvere poco pressata non correte sicuramente alcun rischio di esplosioni ma il caff risultante sar un po leggero a causa dell eccessiva facilit con cui l acqua potr filtrare attraverso 1il filtro anche a pressioni di poco superiori a quella atmosferica Quindi a parit di condizioni a far s che un caff sia buono o cattivo semplicemente la mano del preparatore la cui maggiore o minore pesantezza condiziona in maniera drammatica la forma dei capillari nel mezzo poroso e il conseguente processo di filtrazione CUCINARE CON IL FORNO A MICROONDE Ormai molte famiglie hanno un forno a microonde in cucina Comodissimo permette di cucinare in pochi minuti piatti che altrimenti richiederebbero molto pi tempo oppure di scongelare rapidamente gli alimenti che ci siamo dimenticati nel congelatore la mattina uscendo di fretta da casa per andare al lavoro Nonostante l apparente semplicit d impiego in realt il forno a microonde un concentrato di tecnologia il cui funzionamento legato a un interessante e complesso capitolo della fisica applicata Onda su onda Le microonde sono onde elettromagnetiche n pi n meno come quelle della luce che ci arriva dal Sole o delle onde radio che arrivando sull antenna che abbiamo sul tetto ci permettono di guardare le nostre trasmissioni tel
210. meno dal punto di vista dei fisici In ogni caso solo questo fa aumentare la lunghezza del giorno medio di circa 16 millesimi di secondo al secolo Ecco dunque il motivo per cui sono andati in cerca di moti periodici pi sicuri e stabili Trovandoli nel mondo degli atomi Nel 1967 venne quindi deciso che la definizione di secondo non avesse pi derivazione astronomica fino al 1956 il secondo era definito come 1 86 400entesima parte del giorno solare medio poi fino al 1967 si defin stabilendo che l anno tropico di cui parleremo a breve trattando il calendario durasse 31 556 925 9747 s ma atomica fu cos che il secondo divenne la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione fra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell isotopo 133 di Cesio L espressione transizione fra due livelli significa semplicemente che un elettrone che salta dal livello energetico pi alto a quello pi basso emette un onda elettromagnetica di frequenza pari a 9 192 631 770 Hz ovvero circa 9 2 GHz la cui energia esattamente pari al dislivello energetico esistente fra quei due livelli Grazie a una serie di controlli elettronici e di verifiche incrociate con vari orologi atomici dislocati in varie parti del mondo possibile determinare con estrema accuratezza la durata del secondo e definire una scala di Tempo Atomico Internazionale TAI tenuta sotto controllo dal Bureau international des
211. mentazioni poste in luoghi distanti fisicamente dalla propria sede Aggiornamento e manutenzione del software di un computer da parte di un programmatore connesso via rete controllo a distanza di apparecchiature e macchine controllo remoto corsi di istruzione di aggiornamento o di autolstruzione attraverso lezioni a distanza e distribuzione di materiale didattico per posta elettronica o attraverso interfacce Web sono solo alcuni campi di impiego gi attivi da tempo dei collegamenti via rete di computer Per arrivare fino al telelavoro ovvero alla possibilit di svolgere le proprie mansioni lavorative stando comodamente seduti alla propria scrivania di casa E tutto cominciato dalla volont dell uomo di comunicare con gli altri e di scambiare informazioni LE FINESTRE DI BERNOULLI Abbiamo appena aperto le finestre per arieggiare un po la casa Fuori tira un vento leggero e fresco proprio quello che ci vuole per cambiare l aria nelle varie stanze Ma ecco che improvvisamente qualche finestra comincia a sbattere chiudendosi violentemente Evidentemente non avevamo fatto i conti con uno dei principi fondamentali della fluidodinamica quello che va sotto il nome di principio di Bernoulli dal nome di Daniel Bernoulli 1700 1782 scienziato svizzero nato in Olanda e noto oltre che per i suoi studi di fisica anche per importanti contributi in campo matematico che lo enunci nel 1738 pubblicando i risultati delle sue r
212. menti a cristalli liquidi che variano le loro propriet ottiche a seconda del campo elettrico in cui si vengono a trovare Cos secondo la propriet ottica del momento il cristallo liquido fa passare o no la luce proveniente dal pannello di retroilluminazione che si trova dietro lo schermo LCD e che funge da sorgente di luce bianca Completamente diversa la modalit di costruzione dell immagine nei televisori al plasma costituiti da tante piccole celle all interno delle quali posta una miscela di gas nobili Sempre grazie all applicazione di un campo elettrico 1 gas contenuti nelle celle si trasformano in plasma ovvero in un gas completamente lonizzato composto da elettroni di carica elettrica negativa e da ioni atomi elettricamente carichi di carica elettrica positiva ai quali gli elettroni sono riusciti a sfuggire A seconda dell intensit del campo elettrico e quindi della corrente che attraversa il plasma questo diventa pi o meno eccitato ed emette pi o meno luce un atomo o una molecola si dicono eccitati quando acquistano energia per esempio urtando un altro atomo o assorbendo radiazione elettromagnetica In generale dopo un po il sistema decade dallo stato eccitato spontaneamente o perch influenzato da fattori esterni e torna allo stato di partenza emettendo sempre sotto forma di radiazione elettromagnetica la stessa quantit di energia che aveva accumulato nel processo di eccitazione I
213. mento nullo Tu mi fai girar tu mi fai girar come fossi una trottola Quella di cui cantava Patty Pravo per la verit era una bambola non una trottola ma sempre di un gioco si tratta E la trottola a differenza della bambola un corpo rotante la cui dinamica davvero interessante da studiare perch mostra in tutta la sua evidenza il fenomeno della precessione ovvero il cambiamento della direzione dell asse di rotazione durante il suo moto All inizio la trottola a cui sia stata impartita una velocit di rotazione sufficientemente elevata si comporta esattamente come ci si aspetta ruota attorno al proprio asse di simmetria quasi verticale rispetto al piano di appoggio Anche la trottola come la ballerina o il pattinatore sul ghiaccio soggetta alle solite due forze quella di gravit applicata nel suo baricentro o centro di gravit il punto in cui si pu pensare concentrato tutto il peso del corpo e diretta verso il basso e la reazione vincolare diretta verso l alto e applicata nel punto di contatto fra la trottola e il piano di appoggio Naturalmente la loro somma nulla ma a differenza di quanto accade nel caso della ballerina non nullo il momento di questa coppia di forze Il motivo presto detto sia la forza peso sia la reazione vincolare sono verticali mentre l asse di rotazione della trottola sempre inclinato anche solo leggermente rispetto a questa direzione Cos il centro di g
214. miconduttori diffusissimi nelle nostre case Tutti 1 componenti elettronici e microelettronici dai transistor fino ai circuiti integrati ormai presenti non solo nei computer ma in gran parte degli elettrodomestici infatti sono realizzati con materiali semiconduttori il principale dei quali il silicio La resistivit dei semiconduttori ha quindi valori tipicamente intermedi fra quelli bassissimi dei conduttori e quelli altissimi degli isolanti ma pu essere opportunamente modificata tramite un particolare processo di lavorazione del materiale consistente nell inserimento di impurit ovvero di atomi di un altra specie Questo procedimento chiamato tecnicamente drogaggio del semiconduttore in grado di alterare alcune caratteristiche fisiche del materiale come appunto la resistenza la mobilit e la concentrazione dei portatori di carica che possono essere selezionate in maniera opportuna a seconda dell uso che s intende fare del semiconduttore In altre applicazioni come nei transistor la resistivit dei semiconduttori pu essere variata anche applicando un campo elettrico o con l esposizione alla luce proprio come accade nei sensori delle macchine fotografiche digitali realizzati con materiale semiconduttore Anche la temperatura in grado di influenzare la resistivit dei semiconduttori ma in maniera opposta a quanto accade nei conduttori Se infatti nei conduttori un innalzamento di temperatura produce un
215. migliore la qualit della registrazione e di conseguenza pi fedele sar la riproduzione rispetto all originale il concetto che sta dietro la riproduzione di una grandezza campionata Il teorema del campionamento Maggiore il numero di campioni audio digitali di una certa onda pi fedele sar la sua ricostruzione successiva Tuttavia non c bisogno di esagerare Esiste infatti un teorema noto con il nome di teorema del campionamento che stabilisce che se vogliamo riprodurre esattamente la forma d onda originale evitando distorsioni in fase di riproduzione sufficiente registrarla con una frequenza di campionamento pari al doppio della frequenza massima dell onda stessa Detto in parole semplici per poter ricostruire interamente e con precisione un certo fenomeno la velocit con cui occorre analizzarlo deve essere strettamente correlata alla velocit con cui questo fenomeno cambia nel tempo Naturalmente pi rapida la variazione di una grandezza maggiore dovr essere il numero di campioni da prendere Ma il teorema del campionamento ci dice che se vogliamo essere sicuri di poter ricostruire fedelmente il fenomeno osservato non c bisogno di esagerare con la digitalizzazione perch sufficiente campionarlo a una velocit doppia di quella massima di variazione del fenomeno stesso Ci significa in concreto che se vogliamo campionare un onda sonora udibile con una frequenza massima di 20
216. mmettere al massimo in un anno l errore di un solo minuto I fusi orari Ogni primo gennaio in Italia si fa la classica corsa al primo nato dell anno Ma forse non tutti sanno che una corsa inutile perch qualcuno l ha gi vinta da diverse ore Quand anche una bimba o un bimbo nascessero alla mezzanotte esatta del 1 gennaio sarebbero comunque stati battuti da tutti quelli nati in quei Paesi che per motivi di fuso orario hanno visto arrivare l inizio dell anno prima dell Italia Certo perch mezzanotte in Italia significa per esempio che a Mosca sono gi le 2 di notte a Pechino le 7 di mattina a Tokyo le 8 a Sidney le 9 a Wellington capitale della Nuova Zelanda addirittura le 11 Ovviamente del 1 gennaio Cos un bambino nato alla mezzanotte di Tokyo quando la mezzanotte scoccher in Italia avr gi compiuto 8 ore Ma allora dove sorge il primo Sole dell anno A guardare gli orari delle citt sopra citate sembrerebbe che spostandoci verso est si aumenti costantemente l ora del fuso di appartenenza ma se continuiamo a spostarci e da Wellington arriviamo a Honolulu capitale dello stato americano delle Hawaii di due fusi pi a est scopriamo che qui non sono le 13 del 1 gennaio ma siamo ancora alle 13 del 31 dicembre Che cosa successo allora Siamo andati indietro nel tempo No ovviamente Abbiamo soltanto attraversato la cosiddetta linea del cambiamento di data traccia convenzionale post
217. molto vicino al punto di caduta non troppo per altrimenti l avvolgimento scompare e iniziate a cronometrare Scoprirete immediatamente che basta sollevare il cucchiaino di pochi centimetri per veder raddoppiare la velocit di avvolgimento delle spire Quanto pi viscoso il miele dell acqua Il valore dipende dal tipo di miele con cui abbiamo a che fare perch esistono variet di miele dure e liquide Queste ultime sono chiaramente molto meno viscose delle prime Tenendo conto che la viscosit di un fluido dipende dalla temperatura in particolare all aumentare di questa nei liquidi la viscosit diminuisce mentre nei gas aumenta a 20 C la viscosit media del miele circa 10 000 volte maggiore di quella dell acqua quella del ketchup 50 000 volte quella di una tipica crema spalmabile alcune centinaia di migliaia di volte Latte e sangue hanno invece viscosit 3 volte superiore a quella dell acqua mentre la maggior parte degli oli vegetali si attesta su alcune decine di volte La viscosit dell acqua dimezza a circa 55 C mentre a 100 C ha un valore inferiore a quello a 20 C di oltre il 70 per cento Un caso interessante quello degli oli lubrificanti per motori che appunto sono classificati in base alla loro viscosit In generale essi devono garantire buone prestazioni in intervalli di temperatura anche molto ampi se consideriamo che devono lavorare sia in inverno quando le temperature possono
218. mperatura in particolare aumenta all aumentare e diminuisce al diminuire dunque la relazione lineare che lega la pressione del gas alla temperatura monot na crescente La scala impiegata viene estrapolata da quella del termometro a gas e viene definita cos attraverso una certa relazione la temperatura di gas perfetto indipendente dal tipo di gas impiegato per la costruzione del termometro ma dipendente solo dalle propriet generali dei gas Infine ultimo passo di questo laborioso procedimento di definizione della temperatura si definisce una scala termodinamica assoluta delle temperature o scala Kelvin assolutamente indipendente anche dalle propriet generali delle sostanze termometriche impiegate la quale nell intervallo di temperature in cui possibile impiegare il termometro a gas a volume costante coincide con la scala a gas perfetto L unit di misura della scala Kelvin abbiamo visto il kelvin indicato con il simbolo K attenzione non si legge gradi kelvin ma semplicemente kelvin esso definisce l intervallo unitario di temperatura in modo che fra la temperatura di fusione del ghiaccio e quella di ebollizione dell acqua vi siano esattamente 100 K come pure i ben pi noti 100 C La scala assoluta impiega quindi un unit di misura di temperatura che ha la stessa grandezza di quella della scala Celsius perci anch essa una scala centigrada Si pu dimostrare che
219. n avanti verso il futuro E infine perch nel tempo esiste un istante privilegiato l ora il presente mentre nello spazio ogni punto equivalente Non c certamente bisogno di sottolineare come questo genere di domande abbiano continuamente assillato la mente di filosofi e scienziati illustri e come ancora oggi il problema sia ben lungi dall essere esaurito se mai potr esserlo La fisica pu comunque aiutarci a chiarire meglio 1 termini del problema e a indicarci una possibile soluzione Come gi accennato nell antichit vi era sicuramente una tendenza a recepire l aspetto ciclico del tempo piuttosto che quello lineare Lo scorrere del tempo viene infatti identificato con il susseguirsi di fenomeni periodici di carattere astronomico alternarsi del giorno e della notte alternarsi delle stagioni variazioni delle fasi lunari ecc Alcune civilt giungono addirittura ad affermare che il mondo ciclico e che gli eventi si ripeteranno identici all infinito concezione dell eterno ritorno Esistono tuttora religioni che affermano questa ciclicit e che di questa ciclicit fanno la loro forza A queste religioni non appartiene il Cristianesimo Infatti se adesso noi occidentali siamo pi propensi a scorgere nello scorrere del tempo la dimensione lineare pi della ciclicit lo dobbiamo proprio al pensiero cristiano nel quale viene per la prima volta esaltata l irreversibilit del tempo Nella religione cristi
220. n condotto curvo a forma di U rovesciata impiegato per portare un liquido da un serbatoio posto a un certo livello la tazza del WC a un altro serbatoio posto a un livello inferiore lo scarico fognario Nel percorso il liquido proprio a causa della forma a U rovesciata quindi costretto a toccare per alcuni tratti anche quote superiori ai livelli di entrambi i serbatoi Negli impianti igienici il sifone grazie a questa forma permette la chiusura idraulica delle tubazioni di scarico impedendo che gas maleodorante possa eventualmente risalire dalla colonna di scarico e giungere attraverso il WC nella nostra abitazione Questo avviene intrappolando un po di acqua pulita in fondo alla tazza la quale comunica appunto con il sifone Per il principio dei vasi comunicanti poich da entrambi 1 lati si ha la pressione atmosferica il livello dell acqua nella tazza uguale a quello dell acqua contenuta nel ramo della U vicino al WC che naturalmente non pu essere superiore alla sommit della U rovesciata del sifone Ecco perch nei casi in cui il WC non viene usato a lungo capita di sentire cattivi odori provenienti dal sifone l acqua che contiene evapora progressivamente e talvolta pu capitare che la chiusura idraulica venga a mancare Ma sufficiente scaricare nuova acqua per ripristinare la condizione a regime del sifone e farlo tornare a funzionare regolarmente possibile capire come funziona un sifone facendo due
221. n opportuno sistema di valvole il cui movimento assieme a quello del pistone contribuisce a mettere in moto l aria l abbassamento di pressione di questa a richiamare la benzina che viene nebulizzata e immessa sotto forma di miscela aria benzina nella camera di combustione dove pu infine scoppiare ed espandersi dando cos al pistone la spinta necessaria per proseguire il suo movimento ciclico La fluidodinamica una materia complessa ma come abbiamo appena visto senza il suo studio non potremmo far arrivare l acqua nelle nostre case n far volare gli aeroplani n navigare a vela n tantomeno far funzionare un motore a scoppio La prossima volta che sentite sbattere una finestra o vi appassionate a una regata velica pensate a quanta fisica sta dietro fenomeni solo apparentemente semplici ma la cui spiegazione richiede l applicazione di princ pi non sempre banali e spesso lontani dal senso comune Epilogo Eccoci giunti al termine di questo viaggio scientifico attraverso le stanze della nostra casa Abbiamo scoperto quanta fisica e quanta tecnologia si celano anche dietro strumenti facili da usare come un televisore o dietro azioni che eseguiamo in maniera automatica come accendere una lampadina o aprire un rubinetto dell acqua Avremmo potuto scoprire molte pi cose naturalmente abbiamo svelato 1 segreti di un centinaio di fenomeni ma ne abbiamo di certo trascurati dieci volte tanti Tuttavia se siete riusciti a
222. n pratica il principio di funzionamento su cui si basa uno schermo al plasma lo stesso che fa funzionare una lampada al neon il gas nobile al suo interno viene eccitato da una scarica elettrica ed emette radiazione visibile La persistenza della visione Come gi accade per il senso dell udito anche la sensazione visiva ha una sua persistenza nell occhio umano Lo stimolo dovuto alla luce che giunge alla retina dell occhio e che viene interpretato dal cervello come Immagine infatti occupa 1 sensori della retina anche dopo che l immagine non pi presente nel campo visivo L immagine che si forma sulla retina viene sostituita dall immagine successiva solo dopo una frazione di secondo rimanendo una sensazione visiva per un breve ma significativo intervallo di tempo prima di essere sostituita La cinematografia si basa proprio su questo processo fisiologico grazie alla persistenza delle immagini sulla retina infatti per avere la percezione del movimento sufficiente guardare una sequenza di immagini fisse 1 singoli fotogrammi della pellicola in successione sufficientemente rapida Nel cinema ma anche nei cartoni animati il numero di fotogrammi frame in inglese al secondo pari a 24 Un numero non altissimo ma pi che sufficiente per dare continuit alle immagini in movimento proiettate sullo schermo Una frequenza inferiore a 24 fotogrammi al secondo abbreviato in fps dall inglese frames per
223. nacchi e di un passeggere di Giacomo Leopardi 1798 1837 Anche noi alla fine di ogni anno ci mettiamo in cerca di qualche bel calendario da appendere in casa o da regalare agli amici con la speranza che sia di buon auspicio per l anno nuovo Ma sappiamo veramente da dove trae le proprie origini il nostro calendario Possiamo definire il calendario come un sistema adottato dall uomo per suddividere calcolare e dare un nome ai vari periodi di tempo Questi nomi vengono definiti date del calendario Quasi tutti 1 calendari si basano su alcune unit di tempo fondamentali il giorno di 24 ore la settimana di 7 giorni il mese di circa 4 settimane l anno in genere di 12 mesi Quando gli uomini hanno iniziato a misurare il tempo il giorno si imposto come la pi naturale unit di misura come elemento regolatore della vita di tutti gli esseri viventi anche se la suddivisione del giorno in sottounit si presenta diversa nelle varie civilt Le basi astronomiche del calendario dunque sono le seguenti il giorno il tempo di una rotazione terrestre La sua durata non costante ma aumenta di circa 0 002 s al secolo Attualmente vale 86 400 s di tempo dinamico terrestre che un tempo atomico e quindi costante l anno tropico o delle stagioni il tempo tra una primavera e la successiva La sua durata rimasta mediamente la stessa in miliardi di anni ma va incontro a piccole oscillazioni il mese sinodico il tempo
224. nali in codice con esso far sentire la propria voce a miglia di distanza diventa finalmente una realt Il telefono infatti in grado di trasformare la voce in segnali elettrici di far viaggiare questi anche per enormi distanze e di ritrasformarli nuovamente in onde sonore che possono essere udite all altro capo della linea di trasmissione Onde di pressione trasformate in variazioni di corrente e tensione e viceversa un idea davvero geniale sulla cui paternit si scaten una delle pi accese dispute della storia della tecnologia La battaglia legale che s instaur fra Meucci e Bell per la paternit dell invenzione forse pi importante nel mondo delle telecomunicazioni si concluse nel 1887 a favore di Bell nonostante l inventore italiano avesse brevettato il suo apparecchio nel 1871 ben 5 anni prima dello scozzese Purtroppo il suo stato di miseria non permise a Meucci di dare la massima copertura al suo brevetto per cui fu costretto a lasciarlo decadere Bell nel 1876 approfitt della favorevole situazione e brevett un modello perfezionato di telefono il cui funzionamento per ricalcava sostanzialmente quello del telefono di Meucci Il primo messaggio trasmesso per via telefonica fu il monologo dell Amleto Essere o non essere durante l esposizione mondiale di Filadelfia di quell anno Solo nel 2002 una risoluzione del Congresso degli Stati Uniti ha reso giustizia postuma purtroppo al nostro connazion
225. namica Le pagine che seguono un po pi teoriche ci saranno utili anche in moltissime altre parti del libro tutte le volte che incontreremo trasformazioni energetiche cambiamenti di temperatura passaggi di calore e altro ancora Lo sforzo necessario per affrontarle sar quindi ampiamente ripagato dalla semplicit con cui poi potremo affrontare molti argomenti dei capitoli successivi Il punto di vista macroscopico Prima di affrontare la formulazione dei princ pi della termodinamica apriamo una breve parentesi teorica per capire meglio di che cosa trattano In generale quando si vuole risolvere un problema reale applicando 1 principi scientifici si individua nello spazio una regione ovvero una quantit di materia finita e su questa si concentra l attenzione Questa regione idealmente separata dallo spazio che la circonda viene detta sistema mentre tutto ci che le esterno ma pu influenzarne il comportamento prende il nome di ambiente circostante Una volta definito il sistema il passo successivo consiste nel descriverlo in termini di quantit legate al comportamento del sistema stesso o alle sue interazioni con l ambiente circostante o a entrambe queste cose Per far questo si possono adottare due punti di vista quello microscopico e quello macroscopico La descrizione macroscopica di un sistema avviene con la specificazione delle sue fondamentali quantit misurabili per esempio per un gas pressione volume e
226. ndosi su questo principio che i venditori da spiaggia riescono a tenere freschi cocco e cocomeri anche quando la temperatura esterna molto alta Tenendoli avvolti in un panno bagnato o versandoci sopra continuamente acqua fanno in modo che questa evaporando estragga calore dal sistema acqua frutto o acqua panno frutto ottenendo cos che il frutto non aumenti troppo la propria temperatura diventando sgradevole se non addirittura immangiabile Tornando alle nostre coperte occorre dire che esistono anche altri materiali adatti a conservare il caldo sotto le lenzuola Fra questi troviamo le piume anch esse composte da materiale termoisolante come ben sanno gli uccelli Ma la propriet di isolamento termico di un piumone non data solo dal fatto che imbottito di piume Al suo interno troviamo infatti molta aria intrappolata tra le piume la quale a sua volta un ottimo isolante termico Anzi sono principalmente le sacche d aria trattenute dalle piume a esercitare la funzione di isolamento termico richiesta TERMOCOPERTE SCALDINI E BORSE DELL ACQUA CALDA Se non vogliamo affrontare la sensazione di freddo del letto appena cambiato sempre possibile riscaldarlo prima di entrarci Uno degli strumenti pi efficaci in tal senso sicuramente la termocoperta due strati sovrapposti di lana nell intercapedine dei quali scorre un resistore che al passaggio di corrente elettrica si riscalda Oppure si pu usare la versione
227. ne al secondo A differenza delle macchine precedenti per la macchina analitica era potenzialmente in grado di svolgere una qualunque sequenza di operazioni era cio programmabile Il programma veniva di volta in volta introdotto attraverso le schede perforate idea mutuata dai telai meccanici di Jacquard Purtroppo neanche la macchina analitica vedr mai la luce bloccata da difficolt tecniche insormontabili per quell epoca L ingegnere statistico statunitense Herman Hollerith 1860 1929 impiegato del Bureau of the Census in occasione del censimento americano del 1890 il primo a realizzare la prima calcolatrice a schede perforate funzionante a elettricit A differenza della macchina analitica di Babbage in cui le schede dovevano contenere il programma la macchina tabulatrice elettrica di Hollerith leggeva dalle schede i dati da elaborare producendo come risultato dell elaborazione una scheda Ed ecco che nel 1936 dopo quasi mezzo secolo dalla macchina tabulatrice di Hollerith e oltre un secolo dalle idee rivoluzionarie di Babbage compare quello che considerato il primo computer elettromeccanico moderno lo Z 1 come venne chiamato dal suo inventore l ingegnere tedesco Konrad Zuse 1910 1995 un calcolatore a rel cio a interruttori comandati da un segnale elettrico in grado di lavorare solo su 2 numeri lo 0 e 11 a combinazioni dei quali si pu far corrispondere qualsiasi grandezza da elaborare
228. ne dal profilo della forma ma questo stesso piatto colpito con un oggetto diverso una mazza con testa in feltro per esempio produce un suono diverso come pure le sue oscillazioni possono venire smorzate o addirittura interrotte bruscamente Questo stesso ragionamento pu essere ripetuto per tutti i tipi di strumenti a percussione dove membrane tese o superfici di varia forma e dimensione sono chiamate a vibrare e a far vibrare con loro gli strati d aria a esse adiacenti In generale per a parte il timpano da orchestra uno strumento a suono determinato cio capace di eseguire note precise il cui suono pu essere leggermente modulato tramite un pedale che agisce sulla tensione della pelle ogni percussione produce un solo tono e per avere pi toni diversi occorrono pi strumenti magari dello stesso tipo ma di forma e dimensione diversa Ecco l origine di strumenti a percussione composti come lo xilofono in cui toni diversi vengono prodotti da blocchetti di legno di differenti dimensioni o le campane tubolari tubi metallici di diversa lunghezza che percossi generano un suono attraverso la vibrazione dell aria che si trova al loro interno Le caratteristiche del suono A questo punto dovrebbe essere chiaro che in ogni caso il suono che il nostro orecchio ode proviene da una serie di vibrazioni pi o meno periodiche dell aria ovvero del mezzo materiale in cui siamo immersi importante sottolineare come non
229. ne il comportamento intuitivo comprendere come sarebbe assai pi difficile la vita se questa avesse la viscosit del burro di arachidi della mostarda o del miele anche di quello pi liquido D altra parte l etimologia del termine viscoso da vischio parla chiaro la pianta del vischio produce delle bacche il cui succo veniva un tempo impiegato per preparare delle colle particolarmente appiccicose utilizzate per la cattura degli uccelli Dopo tutto pu capitare a chiunque di trovarsi invischiato in situazioni sgradevoli Il primo a condurre studi quantitativi sulla viscosit dei fluidi fu lo scienziato britannico Isaac Newton 1642 1727 certamente pi noto per aver enunciato le leggi della dinamica e la famosa legge di gravitazione universale Se consideriamo un fluido e gli applichiamo uno sforzo di taglio forza parallela alla superficie del fluido gli strati superiori inizieranno a muoversi con una velocit maggiore di quelli via via inferiori A definire la relazione fra la forza applicata e il gradiente del flusso di scorrimento ovvero la variazione di velocit del fluido con la quota appunto la viscosit A parit di sforzo di taglio applicato maggiore la viscosit di un fluido minore il gradiente del flusso Questo evidente se confrontiamo ancora una volta il miele con l acqua il flusso del miele in caduta sotto l azione della gravit molto pi lento e ordinato di quello dell acqua in virt
230. nergia potenziale elastica nella molla avvolgendola nuovamente su se stessa La conservazione dell energia molto interessante studiare il moto degli oscillatori armonici anche dal punto di vista energetico Con l analisi di questi sistemi infatti molto semplice comprendere il significato di un concetto fondamentale della fisica qual quello della conservazione dell energia meccanica Proviamo a scoprire di che cosa si tratta Torniamo a considerare l ultimo esempio che abbiamo fatto di un oscillatore armonico quello del pendolo semplice Perch inizi a oscillare occorre spostarlo dalla sua posizione di equilibrio e poi lasciarlo andare Il pendolo parte da fermo con la massa a una certa quota accelera sotto l azione della forza di gravit raggiunge la sua velocit massima quando passa dalla posizione di equilibrio dove la massa nel punto pi basso dell arco di circonferenza che ne costituisce la traiettoria per l azione della gravit decelera sempre pi via via che la massa aumenta la propria quota fino a fermarsi in posizione simmetrica a quella di partenza rispetto alla verticale passante per il punto di equilibrio e per il vincolo in alto Per concludere un intero periodo di oscillazione la massa deve tornare al punto di partenza percorrendo a ritroso le varie situazioni appena descritte Se il vincolo ideale ovvero senza attriti trascuriamo la resistenza dell aria e non vi sono altre cause di di
231. nman Fibre ottiche Fidonet Fluido refrigerante Flusso Flusso del miele Flusso laminare Flusso turbolento FM Forbici Forno a microonde Forza Forza apparente Braccio della forza Forza centrifuga Forza di adesione Forza di coesione Forza di Coriolis Forza di trazione Forza fittizia Momento della forza Fosf ri Fotogrammi Fotoni Foucault Jean Bernard L on Foucault Fovea Fps Frame per second Freccia del tempo Frequenza Frequenza di campionamento Frequenze formanti Fulcro Full HD Funzione d onda Fusibile Fuso orario Gaber Giorgio Gaber Galilei Galileo Galilei Ghisa Giorno Giorno civile Giorno solare Giorno solare medio Giorno solare vero Durata del giorno Giorno siderale Giulio Cesare Global Positioning System Goltzius Hendrick Goltzius Gomma naturale Gommapiuma Goodyear Charles Goodyear GPS Grandezza estensiva Granulazione solare Gravitazione universale Guerra delle correnti Guinness Book of Records HHH Harrison John Harrison HD HD ready Heisenberg Werner Heisenberg Hertz Heinrich Rudolph Hertz Hevea brasiliensis Hewlett William Hewlett High definition Hollerith Herman Hollerith Home theatre Hooke Robert Hooke HP Huygens Christiaan Huygens Idrodinamica Ig Nobel Impulso Induttore Induzione elettromagnetica Informazione Teoria dell informazione Inte
232. no La traiettoria di un corpo infatti stabilita quando si definiscono istante per istante la posizione e la velocit in base ai dettami di Heisenberg non possiamo pi farlo se diamo la posizione non possiamo dare la velocit e viceversa Per quello che ci dato di sapere i corpi microscopici non seguono vere e proprie traiettorie per giungere da una posizione a un altra diciamo come ebbe a dire il grande fisico statunitense Richard Feynman 1918 1988 che percorrono uno degli infiniti cammini sempre disponibili per passare da un punto a un altro dello spazio Spazio e tempo con il principio d indeterminazione acquistano un nuovo sapore mai avuto fino ad ora quello dell incertezza Una lapide posta all universit di Heidelberg dove lo scopritore del principio trascorse parte della sua vita immerso nei suoi studi afferma che nello spirito dei suoi insegnamenti Heisenberg forse passato di l Onde o corpuscoli Ma il mondo microscopico riserva ancora nuove sorprese Gli scienziati gi da tempo avevano osservato strani comportamenti nella materia e nella luce in particolare le particelle immaginate tipicamente come corpuscoli di dimensione infinitesima si comportavano come se fossero onde mentre la radiazione elettromagnetica descritta formalmente dalle equazioni dell elettromagnetismo di Maxwell come un onda si trovava in determinate circostanze sperimentali ad agire come se fosse costituita d
233. no acceso L aria calda intorno al fuoco infatti tende a salire verso l alto a causa della sua minore densit rispetto all aria fredda circostante incanalandosi lungo la canna fumaria Ma ad aiutare questa salita c sicuramente anche il movimento dell aria sopra il tetto che crea un risucchio a causa della differenza di pressione fra l aria all interno e l aria all esterno della casa Nel tiraggio di un camino termine con cui si designa appunto il movimento ascendente dell aria all interno di una canna fumaria fenomeno che assicura da un lato l eliminazione dei fumi della combustione e dall altro il necessario apporto di nuovo ossigeno perch la combustione possa proseguire entra anche in gioco il dislivello di quota presente fra il camino e il comignolo ovvero il punto in cui la canna fumaria emerge sopra il tetto In effetti nella sua formulazione completa il principio di Bernoulli afferma che la somma di 3 termini deve rimanere costante il lavoro compiuto dal fluido direttamente proporzionale alla sua pressione l energia cinetica del fluido proporzionale al quadrato della sua velocit e l energia potenziale gravitazionale del fluido direttamente proporzionale alla quota a cui si trova il fluido stesso Questa espressione conosciuta come equazione di Bernoulli Cos nel caso della finestra che sbatte dove l aria interna e l aria esterna sono praticamente alla stessa quota l ultimo te
234. no all interno della serra A un certo punto per la temperatura interna della serra arriver a essere maggiore di quella esterna Per raggiungere nuovamente l equilibrio termico i corpi all interno della serra dovrebbero cominciare a irraggiare in virt del fatto che sono pi caldi dell ambiente esterno e devono quindi cedergli parte della loro energia interna E questo proprio ci che accadrebbe se non fosse che il vetro opaco alla radiazione infrarossa Cos mentre la radiazione visibile proveniente dal Sole pu entrare nella serra indisturbata quella infrarossa riemessa dai corpi al suo interno resta intrappolata dentro facendo aumentare la temperatura all interno della serra Un processo analogo accade al nostro pianeta La superficie terrestre infatti assorbe dal Sole radiazione visibile che poi riemette sotto forma di radiazione infrarossa raffreddandosi Le molecole dei gas presenti nell atmosfera in particolare quelle di anidride carbonica e vapor d acqua bloccano questa radiazione infrarossa assorbendola in tal modo aumentano la loro energia contribuendo al riscaldamento globale del Pianeta Ecco perch il fenomeno climatico che consiste nel riscaldamento degli strati inferiori dell atmosfera per effetto della schermatura che offrono alcuni gas in essa contenuti prende il nome di effetto serra Infine abbiamo la convezione che un modo di propagazione del calore attivo specialmente nei f
235. non riusciamo a sopportare lo sgocciolamento del rubinetto Le motivazioni possono essere tante alcune anche psicologiche ma forse coinvolto anche un fattore fisico a differenza del ticchettio degli orologi periodico e regolare quello dei rubinetti che perdono tipicamente aperiodico e irregolare Aperiodico perch le gocce non cadono a intervalli regolari irregolare perch il suono prodotto dalla goccia alla fine della sua corsa sempre diverso anche di volume Insomma un vero caos Ebbene s forse non lo sapevate ma in casa avete un vero e proprio sistema caotico in altre parole un sistema dinamico di cui praticamente impossibile prevedere il comportamento pur conoscendo perfettamente tutte le leggi fisiche che ne regolano l andamento Una vera dannazione per 1 fisici Ma come pu accadere un fenomeno del genere Per capirlo occorre raccontare brevemente la storia della nascita di una nuova scienza la scienza del caos Tutto cominci nel 1963 quando il meteorologo statunitense Edward Norton Lorenz 1917 2008 decise di studiare al computer la dinamica dell atmosfera terrestre Lo scopo naturalmente era quello di arrivare a previsioni meteorologiche sempre pi affidabili Ma facendo girare 1 propri modelli al calcolatore basati su leggi fisiche esatte e perfettamente conosciute Lorenz arriv presto a una scoperta incredibile partendo da due stati iniziali anche solo leggermente differenti il sistema poteva
236. ntano avremo davvero a che fare con un robot umanoide che ci aiuter in casa o sul lavoro e allora veramente le leggi sui robot di Asimov faranno la loro comparsa nelle legislazioni Domotica ovvero la casa intelligente I computer sembrano adesso in grado di svolgere qualunque compito venga loro assegnato anche il pi complesso Riescono a vincere a scacchi contro i campioni del mondo smistano 1 bagagli negli aeroporti gestiscono il traffico delle telecomunicazioni controllano il volo delle sonde spaziali verificano il funzionamento delle centrali nucleari prevedono il tempo meteorologico e l andamento dei mercati finanziari Gi oggi le nostre vite sembrano completamente condizionate e spesso dipendenti da questi strumenti Ma in un futuro non molto lontano i computer intesi qui in senso lato come dispositivi di elaborazione saranno ancora pi presenti nelle nostre case quanto si aspettano che accada gli esperti di domotica contrazione del latino domus casa e automatica la disciplina che studia le tecnologie necessarie ad automatizzare le funzioni di una casa grazie all uso dei computer Con opportuni timer sensori di temperatura di illuminazione di umidit di fumo di posizione di movimento ecc e attuatori disposti opportunamente nell ambiente possibile controllare in maniera automatica ovvero senza l intervento dell uomo la climatizzazione della casa il suo grado d illuminazione gli im
237. nte sferiche Per rispondere a queste domande occorre approfondire brevemente il tema della tensione superficiale gi toccato di passaggio affrontando lo studio delle bolle di sapone Infatti le gocce d acqua come le bolle di sapone o anche le sferette di mercurio sono caratterizzate da una superficie di separazione fra il liquido acqua acqua saponata mercurio e un altro mezzo che in questi esempi l aria ma che potrebbe essere anche un solido o un altro liquido Per studiare tutti quei fenomeni che avvengono al confine fra un liquido e un altra sostanza comodo considerare la superficie di separazione del liquido come una pellicola elastica ovvero come una membrana messa sotto tensione Osservata sotto questo punto di vista la tensione superficiale non altro che una misura del grado di elasticit di questa pellicola Ogni liquido caratterizzato da un certo valore di tensione superficiale che per dipende dalla temperatura In generale la tensione superficiale diminuisce all aumentare della temperatura cos per esempio l acqua a 0 C ha una tensione superficiale maggiore di quasi il 30 per cento dell acqua a 100 C Se nel processo di formazione delle gocce ci fosse in gioco solo la tensione superficiale queste sarebbero tutte perfettamente sferiche in quanto la forma sferica quella che per un dato volume ha la superficie minore e corrisponde quindi allo stato di minore energia Nella realt
238. ntifiche Einaudi Torino 1969 Licata I La realt virtuale L altra storia della fisica quantica Di Renzo Roma 1992 Masci S Peres E e Pulone L Fisica Corso di sopravvivenza Ponte alle Grazie Milano 2004 Minsky M La societ della mente Adelphi Milano 1989 Parisi D Intervista sulle reti neurali Cervello e macchine intelligenti il Mulino Bologna 1989 Parlangeli A La scienza del tostapane Tecnologia della vita quotidiana Boroli Milano 2005 Prigogine I Le leggi del caos Laterza Bari 2003 Prigogine I e Stengers I La nuova alleanza Einaudi Torino 1981 Resnick R e Halliday D Fisica Casa Editrice Ambrosiana Milano 1982 Ricci E Fisica Giunti Editore Firenze 2007 Rivieccio G Dizionario delle scoperte scientifiche e delle invenzioni Rizzoli Milano 2001 Ruelle D Caso e caos Boringhieri Torino 1992 Singer C Breve storia del pensiero scientifico Einaudi Torino 1961 Tabossi P Intelligenza naturale e intelligenza artificiale 11 Mulino Bologna 1988 Toraldo Di Francia G L indagine del mondo fisico Einaudi Torino 1976 Walker J II luna park della fisica Zanichelli Bologna 1981 Wolke R L AL suo barbiere Einstein la raccontava cos Vita quotidiana e quesiti scientifici Feltrinelli Milano 2004 Zanetti V Teoria ed esperimenti di fisica Zanichelli Bologna 1993 Zemansky M W Calore e termodinamica Zanichelli Bologna 1970 Ringraziamenti
239. o per non ha niente di quantitativo perch si basa sulla sensazione di calore che qualitativa e profondamente soggettiva Il filosofo empirista John Locke 1632 1704 nel 1690 sugger un facile esperimento per evidenziare la soggettivit della sensazione di calore e la conseguente fallacit di un metodo di misura della temperatura basato su di essa Proviamo a immergere la mano destra in una bacinella con acqua calda e la sinistra in una bacinella con acqua fredda Dopo un po di tempo si immergono entrambe le mani in un terzo contenitore che contiene acqua tiepida quantitativamente vedremo che ci significa a una temperatura intermedia alle precedenti Alla mano destra quest acqua sembrer fredda mentre l opposto accadr alla mano sinistra che percepir una netta sensazione di caldo nonostante entrambe le mani siano immerse nello stesso contenitore La nostra percezione tattile nei riguardi della sensazione di calore quindi piuttosto rozza e il nostro giudizio sulla temperatura di un corpo pu essere anche notevolmente errato Se a queste considerazioni aggiungiamo il fatto che in ogni caso l intervallo di temperatura a cui il nostro tatto pu operare piuttosto ristretto pena la sensazione di dolore sia verso le basse che verso le alte temperature e la conseguente non linearit della risposta allo stimolo naturale considerare necessario per misure oggettive e quantitative di temperatura uno strumento
240. o vi sarete immediatamente accorti che il mercurio uscendo dalla colonnina di vetro forma delle gocce praticamente sferiche di varie dimensioni che rotolano sul pavimento mentre esperienza comune osservare che le gocce d acqua si spandono sulla superficie su cui cadono In altre parole la maggiore tensione superficiale del mercurio fa s che questo liquido non bagni il pavimento mentre l acqua invece un liquido che bagna La bagnabilit una propriet caratteristica per ciascuna coppia liquido solido Esistono infatti sostanze solide che non vengono bagnate dall acqua una di queste la cera Tutte le casalinghe sanno benissimo che per eliminare lo strato di cera stesa sul pavimento per dare l effetto di lucidit occorrono detersivi e solventi molto aggressivi Il motivo presto detto perch la cera possa essere bagnata dall acqua occorre aggiungere a quest ultima proprio quei tensioattivi di cui abbiamo parlato quando abbiamo studiato le bolle di sapone Cos con i tensioattivi che abbassano la tensione superficiale dell acqua questa pu finalmente bagnare la cera e collaborare attivamente alla sua rimozione I LAVANDINI DI CORIOLIS Siamo appena usciti da un bagno ristoratore in vasca magari accompagnato da un rilassante idromassaggio Stiamo ancora indossando l accappatoio quando stappiamo la vasca per svuotarla della grande quantit di acqua che contiene Mentre ci asciughiamo 1 capelli non ci
241. o che non possibile Il motivo principale la tensione superficiale ovvero la forza intermolecolare che crea alla superficie una sottile pellicola di acqua Per rompere questa pellicola occorre una certa forza ecco perch alcuni insetti camminano sull acqua Le loro zampe ricoperte di una sostanza oleosa non vengono bagnate dall acqua possono cos premere sulla pellicola d acqua creata dalla tensione superficiale senza forarla La pellicola si deforma leggermente e sostiene l insetto La tensione superficiale dell acqua troppo forte perch possa formarsi una bolla Il sapone serve proprio ad allentare questa forza abbassandola fino a circa un terzo di quella originaria Con la tensione superficiale della miscela di acqua e sapone cos ridotta diventa possibile stirare la pellicola superficiale fino a farle assumere una certa dimensione tutto dipende da quanto surfattante presente nell acqua e dall intensit con cui si stira la pellicola ovvero dalla forza del soffio I surfattanti impediscono inoltre che l acqua catturata nella pellicola evapori rapidamente prolungando cos la sopravvivenza di una bolla di sapone Ma come si forma una bolla Tipicamente una bolla di sapone si forma quando si soffia aria su una lamina saponata il motivo per cui si formano bolle sferiche legato al fatto che l energia della lamina saponata essenzialmente dovuta alla tensione superficiale proporzionale all area de
242. o con una superficie solida oltre alle forze di coesione entrano in gioco anche le cosiddette forze di adesione ovvero quelle forze di attrazione elettrostatica che esercitano reciprocamente le molecole di liquido e quelle del solido considerato Il rapporto fra le forze di adesione e quelle di coesione ha importanti implicazioni e applicazioni non solo in fisica A questo rapporto per esempio dovuto il fenomeno della capillarit ovvero la capacit dell acqua e di altri liquidi di risalire verticalmente lungo tubi di sezione molto sottile vincendo la forza di gravit Provate a guardare la forma della superficie libera dell acqua contenuta in un bicchiere di vetro Scoprirete che questa non perfettamente piana ma incurvata ai bordi ovvero presenta una leggera curvatura diretta verso l alto forma cio quello che 1 fisici chiamano menisco concavo Quando nei liquidi posti a contatto con una superficie solida si osserva la formazione di un menisco concavo significa che le forze di adesione prevalgono su quelle di coesione appunto il caso dell acqua con il vetro L effetto di curvatura ancora pi marcato se il contenitore si fa via via pi stretto ed facilissimo da osservare nei colli delle bottiglie o anche nelle cannucce trasparenti Ora quando fra un liquido e un solido si verificano le condizioni sopra descritte cio quando l adesione del liquido al solido vince la coesione fra le molecole del liq
243. o e fagotto invece pur avendo bisogno anch essi del soffio prodotto dal musicista producono il suono grazie alla vibrazione di una sottile lamina lignea il bamb il materiale pi usato denominata ancia alcuni legni come l oboe hanno ance doppie che vibrano l una contro l altra AI soffio del musicista l aria che passa dall imboccatura fa oscillare rapidamente l ancia che produce vibrazioni periodiche dell aria di passaggio tradotte poi dallo strumento in note di varia tonalit e timbro In genere anche i legni sono dotati di un sistema di valvole e pistoni necessari a modificare il cammino dell aria al loro interno Una curiosa eccezione nella classificazione dei fiati fra legni e ottoni rappresentata dal sassofono che pur essendo fabbricato in ottone fa parte della famiglia dei legni essendo uno strumento ad ancia semplice La classificazione degli strumenti musicali si conclude con le percussioni tamburi piatti campane e cos via producono il suono generalmente composto da un solo tono molto complesso armonicamente spesso alterabile nella durata quando vengono semplicemente colpiti percossi appunto direttamente da una mano o per esempio da una bacchetta di legno di metallo o d altro materiale Un piatto percosso con una bacchetta di legno produce solamente un certo suono caratteristico derivante dal tipo di materiale impiegato nella fabbricazione tipicamente ottone dalla tecnica di fusio
244. o e il secondo principio trassero origine dalle ricerche del britannico William Thomson poi nominato Lord Kelvin 1824 1907 e del tedesco Rudolf Clausius 1822 1888 e anche per essi l ordine di apparizione non rispetta l ordine cronologico stato appurato infatti che venne formulato prima il secondo principio ma il primo sta concettualmente a monte del secondo ecco qua la ragione di questa ulteriore curiosit Il terzo principio infine potrebbe anche non essere considerato un vero principio scopriremo fra poco perch Vediamo brevemente che cosa affermano uno per uno questi principi Il principio zero si riferisce alla possibilit di definire la temperatura di un oggetto La temperatura un modo quantitativo e quindi pi raffinato di esprimere la nozione qualitativa di passaggio di calore da un corpo a un altro il principio zero asserisce che un corpo caldo ha una temperatura pi alta di un corpo freddo e che se fra due corpi posti a contatto non c passaggio di calore allora essi hanno la stessa temperatura Pi rigorosamente se due corpi A e B sono in equilibrio termico con un terzo corpo C che definiremo successivamente termometro allora lo sono anche fra loro Ma su che cosa sia effettivamente la temperatura che cosa misuri e che cosa significhi equilibrio termico torneremo pi avanti nel testo Qui basti sapere che come nella dinamica branca della fisica che studia il moto dei corpi la variabile fondam
245. o meno reale Dal punto di vista delle dimensioni e della distribuzione geografica di nodi le reti sono classificate in LAN da Local Area Network cio rete di area locale e WAN da Wide Area Network cio rete di area ampia Le LAN chiamate anche reti locali indicano una tipologia di rete che coinvolge per esempio uffici o comunque strutture fisicamente vicine o dislocate in edifici non troppo distanti tra loro entro qualche kilometro questo genere di reti pu andare da due postazioni ovviamente il minimo perch si possa parlare di rete fino a qualche decina tutte tipicamente operanti con sistemi operativi particolari in grado di gestire le risorse Le WAN note anche come reti geografiche connettono nodi distanti centinaia di kilometri mettendo quindi in comunicazione sistemi distribuiti su un territorio molto pi vasto In genere una WAN connette diversi sottoinsiemi di reti locali In entrambi i casi comunque la connessione fisica tramite cio un cavo dedicato che stabilisce un contatto costante fra 1 diversi computer ma le risorse di una LAN possono essere connesse anche in modalit wireless sfruttando per esempio le connessioni wi fi A differenza delle LAN e delle WAN in cui gli elaboratori sono permanentemente in contatto fisico fra loro in un collegamento telematico che tipicamente sfrutta una rete gi esistente quella telefonica si semplificano le necessit di connessione e si realizzano solo quando s
246. o microscopico L evaporazione un processo di transizione di fase che porta una sostanza dallo stato liquido allo stato aeriforme Perch l evaporazione abbia luogo occorre che la sostanza assorba energia che in questa circostanza viene estratta proprio dal nostro corpo Le molecole di acqua che compongono la goccia di sudore hanno una certa velocit di agitazione termica in particolare quelle delle gocce pi calde saranno mediamente pi veloci di quelle delle gocce pi fredde La maggiore velocit delle molecole delle gocce calde fa s che queste possano vincere le forze di coesione intermolecolare e scappare dalla superficie della goccia questo in effetti il processo di evaporazione Ma se le molecole pi veloci riescono a evaporare a restare sono quelle pi lente con il risultato che l energia interna totale del sistema corpo sudore complessivamente diminuita Da cui deriva la sensazione di freschezza In pratica lo stesso motivo per cui abbiamo freddo quando siamo bagnati l evaporazione dell acqua presente sul nostro corpo assorbe calore da questo raffreddandolo Forse qualcuno particolarmente attento ai fenomeni fisici si sar accorto anche che la sensazione di fresco aumenta se al posto dell acqua usiamo l alcol per esempio per disinfettare una ferita L alcol infatti evapora molto pi rapidamente dell acqua e quindi sottrae calore dalla nostra pelle in un minor tempo Per inciso basa
247. o nero fra queste abbiamo il Sole insieme alle altre stelle ma anche il filamento di tungsteno Lo spettro del corpo nero ideale viene descritto da una particolare funzione individuata da Planck che permette di calcolare esattamente il modo in cui varia l intensit della radiazione al variare della frequenza Per una sorgente che emette una radiazione caratterizzata da uno spettro simile a quello del corpo nero vale una legge interessante chiamata egge dello spostamento di Wien dal nome del fisico tedesco Wilhelm Wien 1864 1928 che la enunci per primo o semplicemente egge di Wien Essa stabilisce una proporzionalit inversa fra la temperatura a cui si trova la sorgente e la lunghezza d onda a cui la radiazione ha il suo massimo d intensit In altre parole pi alta la temperatura della sorgente minore la lunghezza d onda alla quale si ha il massimo dell emissione Ora ricordando che per la radiazione elettromagnetica le lunghezze d onda diminuiscono passando dalle onde radio alle microonde all infrarosso all intervallo visibile dal rosso al violetto all ultravioletto al raggi X al raggi gamma si capisce che una sorgente luminosa che ha 1l suo picco d intensit nel blu deve essere pi calda di una sorgente che ha il suo picco nel rosso tanto per limitarci alla luce visibile Cos gli astronomi possono sapere che il Sole che ha il suo massimo nel giallo corrispondente a una temperatura di ci
248. o schermo migliore sar la qualit dell immagine che apparir pi nitida La quantit di pixe di uno schermo televisivo o di un monitor per computer comunemente chiamata risoluzione Quindi pi alta la risoluzione dello schermo pi definita l immagine proiettata Il ragionamento analogo a quello fatto per il campionamento dei suoni considerando il pixel come un singolo campione dell immagine che vogliamo visualizzare Cos un immagine codificata con il sistema PAL composta se digitalizzata da un numero di pixe orizzontali di 768 che moltiplicati per 576 righe quelle effettivamente impiegate per il segnale video rispetto alle 625 tracciate sullo schermo danno un totale di poco pi di 400 000 pixel Per confronto nei televisori ad alta definizione del tipo HD ready ovvero adatti all alta definizione HD sta appunto per High Definition ogni riga contiene 1 280 pixel e sono presenti 720 righe per un totale di oltre 900 000 pixel pi del doppio di quelli dello standard PAL ma comunque meno della met rispetto a quelli contenuti nello schermo di un televisore Full HD completamente compatibile con tutti i formati dell alta definizione che ha 1 920 pixel per riga e ben 1 080 righe un totale di oltre 2 milioni di pixel Per inciso notiamo che il formato standard PAL ha un rapporto larghezza su altezza del tipo 4 3 che si legge quattro terzi mentre gli standard attuali come quelli HD predi
249. ogiche all impiego di tecniche di digitalizzazione del segnale audio e video basate appunto sulla sua conversione in sequenze numeriche In estrema sintesi quindi il campionamento audio digitale 0 pi semplicemente digitalizzazione un procedimento di trasformazione di un onda sonora in una serie di numeri che contiene tutte le informazioni necessarie a riprodurla successivamente Questo procedimento richiede che l onda sonora sia analizzata non con continuit ma a intervalli regolari di tempo ovvero con una certa frequenza nota appunto come frequenza di campionamento Questo il motivo per cui l operazione si chiama campionamento in pratica infatti non si prende in considerazione l intera forma d onda continua ma solo un suo campione costituito da un insieme finito di elementi che per quanto grande sempre dato dal prodotto della frequenza di campionamento che il numero di campioni presi in un secondo per il tempo in secondi della durata del campionamento Per fare un analogia un po quello che avviene nel cinema dove una sequenza filmata in realt composta da un certo numero di fotogrammi separati i fotogrammi sono i campioni della registrazione video di un azione originale che per si svolgeva in maniera continua e non frammentata o a scatti come risulta invece andandola a vedere fotogramma per fotogramma Naturalmente maggiore il numero di fotogrammi nell unit di tempo
250. olare Ma che cosa accade se versiamo il miele direttamente da un vasetto con un apertura molto grande Anche per questo miele valgono naturalmente le stesse leggi applicate al miele in caduta con flusso filiforme solo che questa volta invece di un filo che si avvolge a spirale osserveremo una striscia verticale di miele che oscilla avanti e indietro via via che cade proprio come accade a una tenda a una coperta o comunque a una stoffa di un certo spessore Anche in questo caso la striscia di miele e la tenda seguono il percorso che richiede una spesa minore di energia Alcuni ricercatori hanno studiato il moto di caduta di fluidi viscosi scoprendone caratteristiche molto interessanti Una di queste per esempio la relazione che c fra l altezza di caduta e la velocit di avvolgimento in spire del fluido stesso In particolare osservando il fenomeno per oli per trasmissione la cui viscosit fissata alla fabbricazione ed quindi pi controllabile e replicabile anche di quella di vasetti di miele provenienti da una stessa fornitura hanno scoperto che maggiore era l altezza da cui l olio veniva fatto cadere da pochi ad alcune decine di centimetri maggiore era il numero di spire che si formavano al secondo arrivando a diverse centinaia di spire al secondo chiaramente impercettibili per l occhio umano Provate voi stessi con un miele denso o con una crema spalmabile ad alta viscosit mettete il cucchiaino prima
251. olare cio con una carica elettrica positiva concentrata in un polo e una negativa concentrata nel polo opposto Questo processo noto come riscaldamento dielettrico In effetti anche alcuni grassi e zuccheri hanno caratteristiche dipolari ma in misura nettamente inferiore a quella dell acqua cos resta l acqua la sostanza su cui l effetto delle microonde si manifesta con maggiore efficacia Per questo motivo nel forno a microonde gli alimenti ricchi d acqua cuociono pi rapidamente degli altri Il riscaldamento dielettrico non contamina il cibo n lo rende radioattivo le microonde non hanno energie tali da innescare chiss quali reazioni nucleari anche falsa la credenza che il forno a microonde cuocia il cibo dall interno verso l esterno ossia in maniera opposta alla cottura tradizionale le microonde riscaldano il cibo anche direttamente all interno ma partendo sempre dalla superficie Inoltre non arrivano troppo in profondit nei tessuti cos che le zone interne del cibo sono cotte in maniera molto pi lenta dal calore proveniente per conduzione dagli strati esterni In cambio gli aspetti positivi del forno a microonde sono molti fra questi la maggiore efficienza nella cottura ovvero il fatto che riscalda pi rapidamente i cibi limitandosi a scaldare solo questi e non l intera camera di cottura come accade nei forni tradizionali Senza contare il fatto che cuocendo pi rapidamente e senza aggiunta d
252. oli ovvero esattamente sull asse di rotazione la forza centrifuga si annulla L intensit della forza centrifuga aumenta infatti con il quadrato della velocit lineare ed essendo la crosta terrestre un corpo rigido la velocit lineare rispetto alle stelle all equatore raggiunge il suo valore massimo pari a circa 465 m al secondo o 1674 km allora Cos se fossimo all equatore ci troveremmo un po pi leggeri che se ci trovassimo a qualunque altra latitudine perch la forza centrifuga massima ed esattamente opposta alla forza di gravit Ai poli invece il nostro peso avrebbe il valore pi alto perch la forza di gravit non contrastata da alcuna forza centrifuga L effetto piccolo per la verit ma perfettamente misurabile la riduzione di peso all equatore pari al 3 46 per cento del peso misurato ai poli In altre parole un uomo di 80 kg effettivi all equatore pesa circa 275 g di meno Un alleggerimento non trascurabile ma non propriamente una dieta dimagrante Per completezza occorre dire che nel calcolo non abbiamo tenuto conto di un altro fattore di appesantimento al polo dato dal fatto che la Terra non perfettamente sferica ma leggermente schiacciata ai poli Ai poll quindi siamo pi vicini al centro della Terra ragione per cui la forza di gravit maggiore La forza centrifuga la sentiamo anche se stiamo fermi sulla superficie terrestre perch tanto la T
253. oluzione di 100 intervalli avremo una precisione al decimo della scala e tutti 1 valori indicati nell esempio non subiranno alcuna approssimazione non verranno distorti Meglio ma abbiamo moltiplicato per 10 le dimensioni della sequenza numerica da archiviare Inoltre ovviamente i segnali con valori al centesimo come 5 43 o 7 91 continueranno a essere approssimati rispettivamente a 5 4 e a 7 9 In ultima analisi la qualit di un suono digitale dipende da 2 fattori la frequenza di campionamento usata e la risoluzione scelta per suddividere 1l segnale in altezza Ora poich gli errori di quantizzazione sono pi facilmente percepibili dall orecchio umano rispetto a quelli dovuti a una bassa frequenza di campionamento in genere gli errori di quantizzazione provocano un fruscio facilmente percepibile come rumore di fondo nel caso si debbano limitare le dimensioni del file che deriva dalla digitalizzazione preferibile scegliere un alta risoluzione riducendo eventualmente la frequenza di campionamento Se invece siamo limitati nella risoluzione cerchiamo di aumentare al massimo la frequenza di campionamento cos da circoscrivere il pi possibile l effetto degli errori di quantizzazione All aumento della qualit del campionamento dunque aumentano anche le dimensioni dei file E fin qui non abbiamo tenuto conto del fatto che in genere nelle riproduzioni ad alta fedelt il suono stereo ovvero a 2 canali destro
254. omento angolare entra in gioco ogni volta che c qualcosa o qualcuno in rotazione dalle bilie alle ballerine dai pianeti alle trottole dai dervisci rotanti alle ruote di bicicletta In un sistema isolato oltre all energia meccanica e alla quantit di moto si conserva anche il momento angolare La propriet del momento angolare di rimanere costante nel tempo in assenza di forze esterne che agiscano sul sistema o meglio se il momento delle forze esterne che agiscono sul sistema nullo all origine di tantissimi fenomeni il pi conosciuto dei quali sicuramente l aumento della velocit di rotazione di una ballerina nel momento in cui durante una piroetta chiude le braccia allargate serrandole al petto Cos facendo infatti la ballerina varia il suo momento d inerzia una grandezza fisica che dipende dalla distribuzione della massa intorno all asse di rotazione Dal punto di vista fisico il momento d inerzia una misura della resistenza di un corpo a variare il suo stato di moto rotatorio e pu essere considerato la grandezza equivalente alla massa per quanto riguarda le rotazioni La massa di un corpo infatti misura la sua resistenza a variare il suo stato di moto di traslazione cio a variare la sua velocit Il momento d inerzia invece misura la sua resistenza a variare la sua velocit angolare Per questo motivo ogni volta che si deve affrontare lo studio del comportamento dinamico di un corpo in
255. ono la loro testa idrofila nello straterello d acqua e la coda idrofoba rivolta verso l aria In questo modo diminuiscono la tensione superficiale dell acqua permettendo di allungare la pellicola di liquido Le forze elettrostatiche attive fra le molecole di surfattante e fra queste e le molecole d acqua sono tali da rendere la superficie di una bolla flessibile e permeabile al gas Per questo motivo le bolle possono essere deformate senza rompersi e le bollicine dello spumante possano ingrandirsi nella loro salita verso la superficie arricchendosi di gas man mano che salgono La bolla di sapone perfetta Qual la ricetta per fare una bella bolla di sapone Acqua e naturalmente sapone Gi ma quale sapone E quanto Una buona ricetta una tazza di detersivo per piatti 1 1 d acqua e mezzo cucchiaio di glicerina si acquista in farmacia che serve a rendere pi resistente la bolla e ad aumentarne il diametro Infatti al composto oltre alla base sapone acqua si pu aggiungere per esempio zucchero miele o appunto glicerina Lo scopo di miscelare sostanze aggiuntive al composto base acqua sapone quello di limitare l evaporazione dell acqua aumentando cos la resistenza e la durata delle bolle create La ricerca di una miscela per bolle resistenti richiede spesso molto tempo e costante impegno e infatti raro trovare un artista di bolle di sapone disponibile a rendere pubblica la propria ricetta segreta Per
256. ono reversibili nel tempo non distinguono cio fra passato e futuro Ci significa che per queste leggi l eventuale trasformazione di un certo sistema pu essere tranquillamente annullata ripercorrendola a ritroso importante sottolineare il quasi perch per quanto se ne sa esiste un unica legge fisica per cui 1 due versi del tempo non sono assolutamente equivalenti il secondo principio della termodinamica Per citare le parole dell inglese Sir Arthur Eddington 1882 1944 un grande astronomo del secolo scorso c una sola legge della natura la seconda legge della termodinamica che riconosce una distinzione fra passato e futuro Fu proprio Eddington a coniare la felice locuzione freccia del tempo proprio riferendosi a questa particolare legge Ma di questo riparleremo fra breve Torniamo al nostro spaventato conducente d auto che si chiede come riguadagnare l energia cinetica persa nella frenata In base alle considerazioni precedenti se non fosse a conoscenza del secondo principio della termodinamica ma tutti inconsapevolmente ci imbattiamo in esso diverse volte al giorno potrebbe supporre di percorrere a ritroso la trasformazione avvenuta cio di raffreddare nuovamente 1 freni dell auto e impiegare questa energia per rimettere in moto il mezzo Tutti sanno per che nonostante i freni effettivamente si raffreddino lauto rimane inesorabilmente ferma a meno che non si riaccenda il motore
257. oonde al lavoro nelle trasmissioni televisive e nella telefonia cellulare per ora ci limitiamo a studiarne il loro impiego in un ambito di applicazione che nessuno aveva immaginato potessero avere La scoperta del potere culinario delle microonde infatti si deve al caso come molte altre scoperte scientifiche e tecnologiche Fu l ingegnere e inventore statunitense Percy Spencer 1894 1970 che durante la seconda guerra mondiale lavorava alla produzione di radar ad accorgersi nel 1945 che queste erano in grado di riscaldare gli alimenti Infatti trovandosi davanti a un radar in funzione Spencer not con stupore che la barretta di cacao che teneva in tasca stava fondendo Gi all epoca detentore di 120 brevetti Spencer intui immediatamente che cosa era accaduto e subito si mise a sperimentare le sue supposizioni prima con il pop corn il primo alimento portato volontariamente a cottura e poco dopo con un uovo che esplose in faccia al collega che assisteva all esperimento Il brevetto per il processo di cottura a microonde arriv l anno successivo e nel 1947 l anno dopo ancora venne commercializzato il primo modello di forno a microonde un elettrodomestico alto 180 cm pesante 340 kg raffreddato ad acqua e con un potenza di 3000 W circa 3 volte quella dei forni attuali Come funziona il forno a microonde La parte fondamentale di un forno a microonde il magnetron un tubo a elettroni all interno del quale quest
258. opia di valore minore a stati via via pi disordinati a entropia maggiore cos i sistemi si evolvono da stati a energia qualitativamente migliore a bassa entropia verso stati a energia peggiore ad alta entropia i sistemi evolvono nel senso in cui l energia si degrada e la grandezza che misura l entit di questo degrado proprio l entropia come lasciato intuire nei commenti fra parentesi E qual la relazione fra l entropia e gli enunciati di Kelvin e Clausius del secondo principio della termodinamica A questo punto la risposta diventata banale qualunque trasformazione spontanea accompagnata da un aumento dell entropia complessiva del sistema e dell ambiente circostante enunciato formale del secondo principio della termodinamica I due precedenti enunciati pi ovvi perch dedotti dall esperienza diretta sono cos riassunti in questo pi sintetico ma anche pi formale perch dipendente da una specificazione della propriet dell Universo denominata entropia tutt altro che mutuata dall esperienza Perdendo un po di rigore possiamo affermare che il calore perci forma meno nobile di trasferimento di energia perch disordinata cio ad alta entropia rispetto al lavoro meccanico ordinato e indirizzabile a piacimento fra sistema e ambiente ecco spiegato perch il lavoro pu completamente convertirsi in calore ma non potr mai accadere il contrario cio convertire completamente
259. oprio grazie all elevato numero di connessioni che operano contemporaneamente Un sistema esperto quindi un programma potentissimo ma incapace di un ragionamento flessibile e adattabile cosa di cui sono capaci invece le RNA Anche 1 computer paralleli basano la loro elevata velocit di calcolo sulla presenza di pi processori che lavorano contemporaneamente a differenza dei computer usuali che hanno un singolo processore che deve svolgere tutte le operazioni Chiudiamo con i robot parola che richiama alla mente immagini di esseri metallici con lucine lampeggianti di forma vagamente antropomorfa Coniata da Karel Capek 1890 1938 nel 1921 il termine ceco significa letteralmente schiavo per indicare proprio gli automi meccanici all opera sotto gli ordini di uomini fu portata in auge dai romanzi fantascientifici di Isaac Asimov 1920 1992 nei quali i robot sottostavano a ferree leggi di comportamento al fine di non danneggiare la razza umana che li aveva costruiti Per la verit raro che i robot in funzione oggigiorno assomiglino a quelli mostrati nei film di fantascienza sono piuttosto bracci meccanici snodati che si trovano lungo le catene di montaggio delle fabbriche dove saldano verniciano montano e ispezionano Altri robot o automi sono stati inviati in ambienti ostili come lo spazio o le profondit oceaniche per esplorare luoghi a noi altrimenti inaccessibili Ma chiss forse un giorno nemmeno troppo lo
260. ore fra i diversi strati in maniera molto pi efficiente di quanto farebbe il solo trasporto per conduzione A differenza di quanto accade nell irraggiamento nel trasporto del calore per convezione e per conduzione la quantit di calore scambiata direttamente proporzionale alla differenza di temperatura fra i due corpi 0 fra le due estremit dello stesso corpo Chiudiamo questo paragrafo ricordando che in generale a causa della loro particolare struttura atomica i metalli sono buoni conduttori di calore argento rame e oro in particolare mentre vetro legno carta e materie plastiche hanno conducibilit termiche molto basse e sono quindi cattivi conduttori di calore La differenza si nota benissimo se si confronta la sensazione di calore che proviamo nelle mani quando usiamo le posate di plastica o quelle interamente di metallo In questo secondo caso se la pietanza particolarmente calda rischiamo anche di bruciarci Ecco perch spesso le posate di metallo hanno l impugnatura di legno o di plastica non un fatto puramente estetico serve soprattutto a evitare che le nostre mani siano piene di ustioni Tic Tac TIC TAC DRIN Stiamo dormendo in un letto morbido e caldo quando all improvviso il suono della sveglia ci fa sussultare mattina e dobbiamo alzarci e prepararci per accompagnare 1 nostri figli a scuola e poi correre al lavoro La nostra giornata inesorabilmente scandita da un insieme di orari e
261. orma numerica in una memoria interna solo cos durante l elaborazione la macchina pu saltare direttamente da un istruzione alla successiva Il calcolatore perci diventa elaboratore capace di trattare non solo operazioni aritmetiche ma qualsiasi tipo d informazione purch espressa in codice binario Il progetto diretto dal grandissimo matematico John Von Neumann 1903 1957 noto per i suoi studi di scienza dei calcolatori si concluse 6 anni dopo nel 1952 quando EDVAC entr finalmente in funzione Nel frattempo 1l 14 giugno 1951 la Remington Rand poi Sperry Rand dal 1955 che aveva acquisito anche la societ fondata da Eckert e Mauchly consegna all ufficio censimenti del governo statunitense il primo computer prodotto in serie I UNIVAC 1 segna la nascita dell industria informatica Da questo momento in poi lo sviluppo tecnologico dar un costante impulso alla produzione di calcolatori sempre pi sofisticati cio capaci di operazioni sempre pi complesse e di componenti elettroniche sempre pi miniaturizzate Nel 1972 viene messa in vendita la prima calcolatrice tascabile dotata della stessa capacit di calcolo dei computer di 10 anni prima A commercializzarla sar la famosa societ Hewlett Packard nel 1938 fondata in un garage di Palo Alto in California dagli inventori William Hewlett 1913 2001 e David Packard 1912 1996 il suo nome era HP 35 Anche la nascita del computer vede entra
262. ormatore vale la legge di Faraday necessario che la corrente elettrica nel primario sia variabile non continua Una corrente continua costante nel tempo infatti non in grado di indurre il passaggio di corrente nel secondario Una corrente alternata invece lo pu fare e la corrente in uscita dal secondario ha esattamente le stesse caratteristiche temporali di quella in entrata nel primario Cos una corrente alternata a 50 Hz come quella della nostra rete elettrica induce una corrente alternata sempre a 50 Hz In pratica un trasformatore modifica solo le tensioni e di conseguenza le intensit di corrente ma non la periodicit con cui queste tensioni oscillano Il motivo per cui molto importante essere in grado di trasformare 1 valori di tensione legato alle modalit di trasporto dell energia elettrica Quando un circuito viene percorso da corrente elettrica parte dell energia viene dissipata sotto forma di calore La causa ultima naturalmente la resistenza al movimento degli elettroni propria del conduttore In particolare pi alto il valore dell intensit di corrente che percorre il circuito maggiore la quantit di energia dissipata essa porta a un aumento dell energia interna del materiale conduttore e in definitiva a un incremento di temperatura Questo fenomeno noto come effetto Joule dal nome di James Prescott Joule che per primo lo osserv nel 1840 porta al riscaldamento di tut
263. orre quindi scegliere una profondit in bit anche per digitalizzare il video e non solo per l audio Per esempio un immagine in bianco e nero dove ciascun pixel pu assumere solo il colore bianco o il colore nero ha la profondit di un bit se questo vale 1 il pixel nero se viceversa vale 0 il pixel bianco Un immagine a 8 bit pu essere rappresentata con 256 toni diversi di grigio ovvero a 256 sfumature diverse per passare dal bianco al nero oppure con una tavolozza di 256 colori differenti Le profondit elevate pi impiegate sono quelle a 24 bit corrispondenti a oltre 16 milioni di colori e a 32 bit corrispondenti a oltre 4 miliardi di colori Chiaramente pi alti sono il numero di pixel dell immagine e la loro profondit in bit maggiore la dimensione in byte dell immagine che ne risulta e la conseguente occupazione di memoria di archiviazione Per ovviare a questo inconveniente anche per immagini e filmati sono stati ideati degli algoritmi di compressione in grado di ridurre le dimensioni del file finale con una perdita pi o meno limitata della qualit dell immagine o del video nella riproduzione Uno dei formati compressi pi usati per le immagini statiche come per esempio una fotografia quello denominato jpeg che ha l equivalente video adatto alle immagini in movimento dei filmati nel formato mpeg In genere gli algoritmi di compressione si basano sull analisi di pixel contigui e
264. orzo o sollecitazione o stress dall inglese Il concetto di stress o tensione ha un ruolo molto importante nella scienza dei materiali proprio perch da esso dipende la caratterizzazione dello stato delle forze interne del corpo e in ultima analisi il comportamento del materiale costituente il corpo quando questo sottoposto all azione deformante di forze applicate dall esterno In pratica infatti la tensione interna la risposta del materiale all applicazione di un carico esterno ovvero la reazione volta a bilanciarlo A ogni stress corrisponde sempre uno strain termine inglese che sta a indicare la deformazione risultante intesa qui come variazione relativa in lunghezza superficie o volume del corpo sottoposto a sollecitazione Ora non tutti 1 materiali sono elastici ovvero hanno la capacit di tornare normalmente alla condizione iniziale di riposo una volta che sia stata rimossa la causa della deformazione Altri materiali detti viscoelastici mostrano pure propriet elastiche ma con un effetto di smorzamento dovute a un certo grado di viscosit Questi materiali in genere non recuperano appieno la forma precedente all azione deformante perch proprio a causa della viscosit parte del lavoro compiuto per deformare il materiale si trasforma in calore che va a riscaldare il materiale stesso Oltre a questo il parziale ripristino della deformazione richiede comunque tempi molto pi lunghi di quelli tipic
265. osfera valore medio di pressione che si trova al livello del mare a un altitudine di 3000 m bolle a una temperatura di 10 C inferiore a quel valore ovvero ad appena 90 C Ecco perch i cinque minuti necessari per rassodare un uovo al mare diventano molti di pi in montagna ad alta quota l uovo immerso in acqua a temperatura inferiore Per ovviare a questo inconveniente ma anche per cucinare pi rapidamente al livello del mare esiste la pentola a pressione utensile da cucina inventato dal fisico francese Denis Papin 1647 1712 autore di importanti studi pionieristici sulle macchine a vapore Anzi fu proprio la valvola di sicurezza progettata da Papin per evitare che la pentola esplodesse per l eccesso della pressione interna raggiunta dal vapore a ispirare successivamente il motore a vapore con pistone e cilindro Il principio di funzionamento della pentola a pressione molto semplice Poich come abbiamo appena visto la temperatura di ebollizione dell acqua dipende dalla pressione della colonna d aria che la sovrasta aumentando questa pressione si pu innalzare il punto di ebollizione portando l acqua a temperature pi alte prima che questa inizi a bollire D altra parte durante l ebollizione l acqua rimane a temperatura costante possibile verificare questa condizione semplicemente immergendo un termometro da cucina nell acqua in ebollizione qualunque sia la potenza della fiamma vedrete che l a
266. ostegno di una certa lunghezza e rigidit e fondamentale un punto di appoggio Ma come funziona una leva sicuramente la prima macchina semplice mai usata dall uomo la scoperta della leva precede di gran lunga quella della ruota Per comprenderlo partiamo con un esempio noto a tutti sin da bambini l altalena basculante Questa formata da una trave a ciascuna delle cui estremit chiamate bracci in fisica si siede un bambino e al cui centro si trova il punto d appoggio che in fisica prende il nome di fulcro Il fulcro l unico punto dell altalena che rimane fermo quando i bambini iniziano a dondolare Quando una forza viene applicata a una certa distanza dall asse di rotazione di un corpo che nell altalena passa proprio per il fulcro si dice che essa produce un momento questo appunto l azione necessaria a mettere in rotazione il corpo stesso In pratica sono proprio i momenti delle forze a generare i moti rotazionali Ora nel caso dell altalena siamo proprio in presenza di due momenti contrapposti quello dato dal peso del primo bambino che farebbe ruotare l altalena in un verso e quello dato dal peso dell altro bambino che invece farebbe ruotare l altalena nel verso contrario Poich nel caso semplice dell altalena 1 momenti delle forze peso sono uguali al prodotto del peso del bambino forza applicata per la distanza che questo ha dal fulcro braccio della forza perch i due momenti
267. ostri occhi La legge di Wien pu essere derivata dalla funzione di Planck ma rappresenta un modo molto semplice ed efficace di stimare la temperatura di una sorgente luminosa semplicemente osservandone il colore La brace in via di spegnimento per esempio ha un colore rosso scuro che tradisce sia una temperatura di poche centinaia di gradi Celsius sia un picco di emissione nell infrarosso da cui deriva il calore che emette la brace ancora molto calda invece ha un colore tendente all arancione che indica sia una temperatura superiore pari a diverse centinaia di gradi sia un picco di emissione nel visibile Analogamente la luce emessa dal filamento di tungsteno della lampadina ci appare tendente al bianco proprio in virt della sua alta temperatura Fisiologia dell occhio umano L occhio un sensore che si attiva ogni volta che la luce penetra al suo interno Da un certo punto di vista il suo funzionamento non cos diverso da quello di una macchina fotografica dove al posto delle cellule fotosensibili della retina si ha la pellicola o il sensore digitale La parte fotosensibile dell occhio la retina appunto composta da due tipi di recettori e 1 bastoncelli molto abbondanti e distribuiti soprattuto nelle regioni periferiche della retina contengono un solo pigmento per questo non percepiscono colori ma solo variazioni di luminosit Ciascun bastoncello in grado di reagire anche a un solo fotone ma produce
268. p If Da cui si deduce che la frequenza ha le dimensioni dell inverso di un tempo L unit di misura della frequenza lo hertz simbolo Hz 1 Hz pari a un ciclo al secondo dal nome del fisico tedesco Heinrich Rudolph Hertz 1857 1894 che per primo dimostr sperimentalmente l esistenza delle onde elettromagnetiche ponendo anche le basi per l invenzione della radio La dimostrazione teorica infatti era arrivata alcuni anni prima dallo scozzese James Clerk Maxwell 1831 1879 che nel 1864 present alla Royal Society di Londra le equazioni che ora prendono il nome di equazioni di Maxwell pur essendo la sintesi grandiosa degli studi condotti sui fenomeni elettrici e magnetici nei decenni precedenti da molti altri fisici le quali prevedono l esistenza delle onde elettromagnetiche FREQUENZA O LUNGHEZZA D ONDA sempre possibile passare da una descrizione di un fenomeno ondulatorio espresso in termini di frequenze a un analoga descrizione in termini di lunghezze d onda Fra queste due grandezze esiste infatti un legame espresso dalla seguente equazione valida per qualunque moto ondoso frequenza velocit dell onda lunghezza dell onda che pu essere scritta anche in forma inversa lunghezza d onda velocit dell onda frequenza Da questa espressione si capisce subito che nel caso in cui si stia parlando di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto diventa banale passare dall una
269. pianti di sicurezza l apertura e la chiusura di porte e finestre ma anche gestire per esempio l accensione degli elettrodomestici ad alto consumo come il forno e la lavatrice in momenti determinati della giornata evitando i sovraccarichi di corrente che sganciando l interruttore limitatore sulla linea di fornitura dell energia elettrica potrebbero causare fastidiosi black out In una casa intelligente come viene chiamata una casa che integri queste funzioni non c pi bisogno di ricordarsi di spegnere le luci uscendo da una stanza di accendere lo scaldabagno prima di uscire per andare a lavoro o di aspettare un quarto d ora prima che il forno raggiunga la temperatura desiderata provvede lei a tutto nei tempi e nei modi pi opportuni Oppure grazie all espansione e all evoluzione delle tecnologie telematiche possiamo sempre farlo noi da remoto ovvero dall ufficio dalla palestra o dal negozio in cui stiamo facendo la spesa I vantaggi Eccoli solo per citare i pi immediati risparmio energetico miglioramento della qualit della vita maggiore sicurezza aumento del comfort semplificazione della gestione della casa e riduzione dei relativi costi E se a qualcuno tutto questo non piacesse be pu sempre decidere di non servirsene basta disattivare l impianto o pi semplicemente non installare alcun impianto di automazione UNA FINESTRA SUL MICROCOSMO Parlando delle differenze fra 1 concetti
270. posizione iniziale e la posizione di equilibrio e un periodo costante che dipende dall accelerazione di gravit e in particolare dalla lunghezza del pendolo Questo dato molto importante poich infatti il periodo aumenta con la radice quadrata della lunghezza del pendolo pendoli corti avranno periodi molto pi brevi di pendoli lunghi i cui periodi sono quindi pi facilmente misurabili Ecco perch 1 grandi sperimentatori come Galileo o Foucault erano soliti appendere 1 loro pendoli sotto cupole molto alte Con anche il risultato di avere spostamenti lineari molto pi ampi di quelli che si hanno usando pendoli corti Il fatto che il periodo del pendolo dipenda anche dall accelerazione di gravit in ragione dell inverso della radice quadrata di tale grandezza implica che lo stesso pendolo oscilla con periodi diversi in condizioni di gravit diversa Considerazione non oziosa questa se si pensa che l accelerazione di gravit cambia al variare dell altitudine del luogo in cui ci si trova A livello del mare essa vale 9 81 m al secondo quadrato mentre in vetta all Everest circa 8850 m il suo valore pari a 9 78 m al secondo quadrato questo il motivo per cui gli scienziati in mancanza di altre informazioni impiegano sempre il valore dell accelerazione di gravit al livello del mare un modo per ottenere risultati confrontabili con quelli ottenuti da altri Cos se un pendolo al livello d
271. pure accelerato indefinitamente potr mai raggiungere e superare questa velocit che esattamente di 299792458 metri al secondo ovvero circa 300 000 km al secondo Altissima certo ma non infinita Frequenza e periodo di un onda Nel trattare le onde di qualunque natura esse siano i fisici parlano spesso in termini non solo di lunghezza d onda ma anche di frequenza Questo termine usato anche nel linguaggio comune definisce una grandezza fisica fondamentale nella descrizione dei fenomeni periodici come appunto sono i moti ondosi che si ripetono ciclicamente dopo un certo periodo di tempo Per un onda elettromagnetica quindi la frequenza una misura del numero di cicli compiuti da un onda nell unit di tempo In altre parole fissata un unit di tempo per esempio di un secondo si va a contare quante creste o valli di una certa onda passano da un determinato punto dello spazio il numero ottenuto diviso per l unit di tempo la frequenza di quell onda In maniera equivalente si pu misurare il cosiddetto periodo ovvero quanto tempo intercorre fra due creste successive e calcolarne l inverso in matematica si definisce inverso di un numero x il risultato ottenuto dividendo 1 per quel numero 1 x otterremmo ugualmente la frequenza dell onda Quindi fra il periodo p e la frequenza f di un onda esiste questa importante relazione f 1 p che pu essere naturalmente riscritta in forma inversa
272. quali questo libro non vi stato sufficientemente d aiuto ma soprattutto per scoprire le migliaia di fenomeni e leggi e principi ed equazioni e storie che non vi abbiamo potuto raccontare Buone letture dunque e buone sperimentazioni Bibliografia Stilare una bibliografia per un saggio divulgativo come questo non un operazione semplice n indolore Libri che trattano di fisica ne esistono tanti e ai pi vari livelli chiaro che occorre fare una selezione soggettiva citando solo quelli che per nostro gusto e formazione reputiamo veramente utili a chi voglia approfondire quanto appena letto Mancano perci alcuni autori o testi considerati indispensabili per la formazione di un fisico mentre sono presenti ampi riferimenti alla letteratura divulgativa da un lato si preferito citare libri di difficolt simile a questo in modo che chi voglia ampliare le proprie conoscenze sull argomento possa partire senza grossi problemi da ci che ha appena acquisito dall altro si voluto limitare l elenco dei veri e propri manuali di fisica di base a quelli veramente fondamentali senza costringere a sforzi e fatiche inutili Chi si sentir davvero motivato trover in tutti 1 libri elencati ampie bibliografie che lo condurranno verso altri lidi e soprattutto verso altri e maggiori livelli di approfondimento Abbiamo volutamente escluso 1 libri in lingua straniera sull argomento fisica e dintorni le bibliotech
273. r in rete con connessioni wireless e collegati a Internet tramite la banda larga Insomma la nostra casa non finirebbe mai di stupirci con tutta la scienza e la tecnologia che contiene Ma c anche tanta fisica in un gioco apparentemente semplice come il biliardo Ecco il motivo per cui prima di parlare di elettricit o di raccontare la nascita di Internet ci soffermiamo un po su stecche bilie e panni verdi LA FISICA DEL BILIARDO Alcuni fortunati hanno in casa anche un tavolo da biliardo Allora dopo il precedente tecnologico e quantistico apriamo quest ultimo capitolo tornando alla buona vecchia meccanica classica affrontando lo studio della fisica che sta dietro questo gioco apparentemente cos semplice fatto di traiettorie precise e determinate D altra parte chi non ha mai visto una partita di biliardo anche soltanto al cinema In effetti difficile non ricordare Paul Newman nello Spaccone o lo stesso Newman assieme a Tom Cruise nel Colore dei soldi pronti a scommettere gloria e soprattutto denaro su una partita al mitico tavolo verde Ma anche in Italia grazie alla passione del toscano Francesco Nuti non sono mancate pellicole sull argomento da o Chiara e lo Scuro fino al Signor Quindicipalle in cui Nuti si esibisce pi volte in un colpo con il quale riesce a mandare contemporaneamente in buca tutte e quindici le palle Ma come pu essere fisicamente possibile un colpo simile Come riescono 1 maestri a far
274. r l imbuto per il filtro e per lo stretto tubo presente nella parte superiore da cui poi sgorgher il caff occorre che sia leggermente superiore alla somma di due pressioni quella atmosferica ovvero il valore di pressione sopra il filtro uguale naturalmente alla pressione esterna e quella cosiddetta di filtrazione che possiamo definire come la pressione necessaria a far passare un fluido in questo caso l acqua attraverso un mezzo poroso in questo caso la polvere di caff macinato Raggiunto questo valore di pressione il vapore acqueo inizia ad agire come una molla compressa spingendo l acqua in ebollizione e forzandola a risalire vincendo la forza di gravit in questa fase che l acqua attraversando il filtro estrae gli aromi e le varie essenze dalla polvere di caff per trasformarsi nell agognata bevanda Proprio l attraversamento del filtro la fase pi delicata del processo di preparazione del caff in particolare sono molto importanti la temperatura a cui si trova l acqua e la sua velocit di salita da cui dipende il tempo impiegato per percorrere lo spessore del filtro Da questi fattori dipende il risultato finale della preparazione In gioco infatti c il processo di filtrazione che ha le sue leggi da rispettare Il primo a studiare la filtrazione fu l ingegnere idraulico francese Henry Philibert Gaspard Darcy 1803 1858 che arriv a formulare una legge empirica su questo processo os
275. rano per ristabilirvi l ordine Il secondo principio forse sorprendentemente dice anche questo un sistema una stanza una citt il pianeta Terra lasciato a se stesso tende naturalmente verso stati disordinati Effettivamente riesce difficile immaginare che gettando a caso oggetti in una stanza questi si dispongano secondo l ordine che vorremmo Ecco un altra circostanza in cui ci scontriamo con la triste evidenza dell aumento di entropia intesa in questo caso come misura del disordine di un sistema Ma non finita qui L ingegnere e matematico statunitense Claude Elwood Shannon 1916 2001 e altri fondatori della teoria dell informazione mostrarono che il concetto di entropia poteva essere applicato anche all informazione e alla sua trasmissione Espresso in termini semplici un sistema chiuso pu mantenere costante il proprio contenuto di informazione o diminuirlo ma non potr mai aumentarlo Un sistema chiuso pu solo dimenticare le informazioni mai crearne di nuove Un disco di vinile un nastro magnetico un libro si deteriorano e non potranno mai pi riacquistare il loro contenuto originario Ancora una volta inconsapevolmente ci imbattiamo con l inesorabilit dell aumento di entropia questa volta intesa come perdita del contenuto di informazione di un sistema La freccia del tempo Adesso che abbiamo ricordato e ulteriormente approfondito il significato del concetto di entropia e di come esso si leg
276. rarossa in eccesso e riflettere verso l ambiente solo la frazione di radiazione visibile emessa dal filamento Come le lampade a incandescenza tradizionali anche le lampade alogene consumano molta energia Per questo motivo negli ultimi anni si cominciato a diffondere nelle nostre case l uso delle cosiddette lampade a basso consumo molto pi ecologiche delle precedenti a fronte di un consumo energetico ridotto infatti esse hanno una vita circa cinque volte pi lunga di quella delle lampade a incandescenza o alogene ma soprattutto un rendimento luminoso fino a dieci volte maggiore Questo tipo di lampade dette a fluorescenza funzionano in base a una scarica elettrica che passando all interno di un gas generalmente vapori di mercurio lo eccita provocando l emissione di radiazione elettromagnetica soprattutto alle lunghezze d onda ultraviolette I raggi ultravioletti colpiscono il materiale fluorescente che riveste le pareti interne del tubo della lampada che li assorbe eccitandosi tornando in brevissimo tempo al suo stato non eccitato esso riemette la radiazione assorbita sotto forma di luce visibile La luce visibile emessa da questo genere di lampade quindi non prodotta direttamente dalla scarica nel gas ma indirettamente attraverso il processo di fluorescenza Per funzionare le lampade a fluorescenza hanno bisogno di alcune apparecchiature ausiliarie come per esempio il dispositivo d innesco della scari
277. rasformazione una legge fondamentale della fisica quella sull induzione elettromagnetica Formulata da Michael Faraday 1791 1867 nel 1831 e per questo nota anche con il nome di legge di Faraday questa legge stabilisce che in un circuito immerso in un campo magnetico variabile oppure in un circuito in movimento immerso in un campo magnetico costante si induce un passaggio di corrente In altri termini la legge di Faraday sostiene che un campo magnetico variabile nel tempo induce il passaggio di corrente elettrica all interno di un circuito chiuso che si trovi soggetto all azione di questo campo magnetico Ovviamente un campo magnetico costante pu variare perch il circuito al suo interno si muove il risultato non cambia e produce nel circuito una forza elettromotrice indotta che genera il passaggio di corrente elettrica esattamente come se a questo fosse applicata una batteria Questo fenomeno alla base del funzionamento di motori elettrici alternatori dinamo e trasformatori si chiama appunto induzione elettromagnetica ed una delle principali scoperte del XIX secolo Nelle centrali elettriche dunque l alternatore il vero e proprio generatore di corrente elettrica Esso formato da 2 parti fondamentali su ciascuna delle quali sono avvolti cavi di rame isolati gli uni dagli altri la prima parte fissa lo statore la seconda che ruota in modo solidale con la turbina e il rotore Dal punto di vista
278. ravit non si trova esattamente sulla verticale del punto d appoggio da qui ha origine il momento della forza peso il cui effetto quello di far cadere la trottola appena questa non ruota sufficientemente veloce Con la trottola in rapida rotazione quindi il momento angolare diretto lungo l asse di rotazione perturbato dalla presenza di questo momento di forze che agisce facendo cambiare direzione al momento angolare senza tuttavia variarne l intensit Il momento della forza peso infatti diretto orizzontalmente perpendicolare al momento angolare per questa ragione la variazione di questa grandezza che non pu rimanere costante proprio a causa di questo momento di forze pu avvenire solo in direzione ma non in intensit e la variazione avviene lungo la direzione del momento della forza peso Il risultato che l asse della trottola invece di puntare fisso in una direzione ruota intorno alla verticale con la trottola che resta inclinata senza cadere fino a quando la sua velocit di rotazione sufficientemente elevata Inesorabili per intervengono l attrito nel punto di contatto fra la trottola e il piano d appoggio e la resistenza dell aria la sorte della trottola segnata la velocit di rotazione diminuisce e la trottola alla fine cade su un fianco vittima di quel momento della forza peso che non ha mai cessato di turbarle la rotazione Su scala molto pi grande anche la Terra si compor
279. rca 6000 K pi caldo di una stella rossa che avr una temperatura superficiale sui 3000 K ma pi freddo di una stella blu a cui corrisponde una temperatura superiore ai 10 000 K Per inciso la tradizionale classificazione fra colori caldi che hanno toni sul rosso e colori freddi con toni sul blu completamente ribaltata quando si tratta di fisica interessante osservare che al picco di luminosit della radiazione solare corrisponde proprio il colore il giallo appunto in cui il nostro occhio ha la sua massima sensibilit la luce solare quella alla quale vediamo meglio Non tutti i sensori luminosi hanno la stessa curva di sensibilit spettrale dei nostri occhi anzi vero il contrario Esistono per esempio pellicole fotografiche pi sensibili al rosso o anche all infrarosso e sensori elettronici per macchine fotografiche digitali pi sensibili alla regione blu violetta dello spettro visibile Questo il motivo per cui un immagine ripresa con un sensore diverso dall occhio umano non avr di fatto mai gli stessi colori della scena vista dal vivo In generale infatti un sensore artificiale percepisce meglio colori differenti da quelli che vede l occhio umano e registra peggio alcuni colori a cui il nostro occhio invece pi sensibile La combinazione complessiva dei colori registrati da una pellicola fotografica perci necessariamente diversa da quella registrata dai n
280. rcondata da una regione di alta pressione nella quale l aria soggetta a un sistema di venti circolanti in senso antiorario ma comunque sempre presente una componente radiale del moto convergente verso il centro del ciclone il cosiddetto occhio Lo stesso ragionamento applicato all emisfero australe ci porta a concludere che 1 venti che circolano nei cicloni di quell emisfero si avvolgono in senso orario attorno alla regione a bassa pressione A differenza dei cicloni che a volte hanno conseguenze catastrofiche in particolare quelli tropicali gli anticicloni sono noti soprattutto perch sono tipicamente forieri di bel tempo Un anticiclone infatti una zona di alta pressione al cui interno 1 venti soffiano debolmente spesso a regime di brezza muovendosi in senso orario nell emisfero boreale e antiorario in quello australe Un anticiclone particolarmente importante per il clima del nostro Paese il famoso anticiclone delle Azzorre dal nome dell arcipelago dell oceano Atlantico su cui si forma che in estate arriva a estendersi anche per tutto il bacino del Mediterraneo mantenendo condizioni prolungate di bel tempo Per concludere questi brevi cenni relativi all applicazione della forza di Coriolis in meteorologia citiamo la legge di Buys Ballot che prende il nome da Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot 1817 1890 il meteorologo olandese che nel 1857 ne forn per primo una giustificazione empirica
281. re in campo la giustizia come gi era accaduto per il brevetto del telefono nella disputa fra il nostro Antonio Meucci 1808 1889 e lo scozzese Alexander Graham Bell 1847 1922 Il 19 ottobre 1973 con una sentenza tanto importante quanto poco nota un giudice della corte distrettuale di Minneapolis dichiara nullo il brevetto dell ENIAC depositato da Eckert e Mauchly nel 1946 e riconosce la paternit dell invenzione a John Vincent Atanasoff 1903 1995 fisico americano di origine bulgara che fra il 1939 e il 1942 aveva realizzato un modello di elaboratore elettronico in grado di operare su cifre binarie battezzandolo ABC Atanasoff Berry Computer A far riemergere dall oblio il nome di Atanasoff fu una causa intentata nel 1967 dalla Honeywell nei confronti della Sperry Rand proprietaria del brevetto dell ENIAC la Honeywell ne sosteneva la nullit Nel processo venne alla luce che PENIAC era basato sui princ pi dell ABC rivelati dallo stesso Atanasoff a Eckert e Mauchly all inizio degli anni Quaranta Con quella sentenza che a differenza di quella relativa alla disputa fra Meucci e Bell sanciva la corretta attribuzione della paternit dell invenzione Atanasoff divenne il primo vero inventore dell elaboratore elettronico e quasi nessuno ne conosce il nome Dalle memorie magnetiche e dalle valvole termoioniche siamo passati ai transistor e ai circuiti integrati dalle schede perforate siamo giunti ai CD e al DVD tut
282. ri gusti e le nostre orecchie giudici insindacabili della qualit della riproduzione sonora e il metro di giudizio l ascolto personale Possiamo tentare di agire sulla collocazione dei diffusori acustici chiamati anche casse acustiche o semplicemente altoparlanti nella stanza tenendo presente 1 diversi fattori che possono condizionarne la resa sonora tendaggi mobili tappeti forma della sala non tutte le sale sono a pianta rettangolare altri eventuali ostacoli quali poltrone sedie tavoli o tavolini Tutti questi insieme alla distanza dei diffusori acustici dalle pareti dal pavimento e dal soffitto sono elementi che influenzano in maniera pi o meno marcata la qualit del suono non tanto per come viene emesso che dipende esclusivamente dalle caratteristiche costruttive dell impianto di riproduzione quanto per come viene percepito dall ascoltatore Primo e ovvio accorgimento da seguire di non frapporre alcun ostacolo fra i diffusori e le nostre orecchie la diffrazione che provocano sulle onde sonore ne deteriora senz altro la qualit Ma occorre anche fare attenzione al gioco di assorbimenti e riflessioni in particolare queste ultime si sovrappongono al suono originario provocando disturbi di vario genere rimbombi risonanze suoni impastati Ecco perch gli studi di registrazione hanno pannelli fonoassorbenti applicati alle pareti In casa componenti fonoassorbenti particolarmente efficaci possono e
283. riscaldare la radio per ricevere e cos via Insomma parafrasando il titolo di un programma televisivo della seconda met degli anni Settanta del Novecento Odeon Tutto quanto fa spettacolo potremmo dire che qui tutta la casa fa spettacolo perch davvero ogni angolo delle nostre mura domestiche racchiude occasioni per porsi mille domande e alimentare la nostra curiosit scientifica e tecnologica E un attenzione particolare proprio rivolta all approfondimento degli aspetti tecnologici del nostro vivere quotidiano Infatti siamo abituati a considerare 1 computer 1 lettori di mp3 o 1 telefoni cellulari come scatole nere che funzionano perch devono funzionare senza pensare alla ricerca che sta dietro alla progettazione e alla produzione di un apparecchiatura elettronica apparentemente cos semplice da usare ma in realt profondamente complessa da realizzare Ecco in questo libro vorremmo anche rendere un po di giustizia a tutti gli scienziati fisici ma anche matematici chimici ingegneri che con il loro lavoro quotidiano hanno permesso a tutti noi di vivere in un mondo dove possibile ascoltare musica passeggiando in un bosco e dove possiamo videochiamare per vedere i nostri figli distanti migliaia di kilometri La tecnologia a nostro giudizio cosa ben diversa dal mostro che si mangia le nostre vite fatte di alienazione e solitudine Non crediamo proprio che frigorifero lavatrice televisione comp
284. rmine ha lo stesso valore sia per la prima che per la seconda e a variare sono gli altri due Nel caso del camino invece sono presenti tutti e tre i termini la maggior quota da cui la maggiore energia potenziale gravitazionale e la maggior velocit da cui la maggiore energia cinetica dell aria esterna fanno s che l aria interna abbia una pressione maggiore che la spinge verso l esterno Anche gli animali che scavano le loro tane sotto terra applicano senza saperlo il principio di Bernoulli Ogni tana infatti ha sempre due ingressi a una certa distanza l uno dall altro e se possibile anche a quote diverse In questo modo poich l aria sovrastante un ingresso ha con ogni probabilit una velocit diversa da quella sovrastante l altro gli animali si assicurano la circolazione dell aria e il conseguente ricambio all interno della tana questa differenza di velocit ed eventualmente di quota si traducono per l equazione di Bernoulli in una differenza di pressione sufficiente a far spingere l aria da una parte all altra della tana Un altra fondamentale applicazione non domestica del principio di Bernoulli la troviamo nel volo degli aerei Il profilo dell ala di un aereo infatti disegnato in maniera tale che l aria che passa sopra il dorso viaggi a velocit maggiore di quella che passa sotto il ventre dell ala Il risultato netto cos una spinta dal basso verso l alto causata d
285. roscopico e mondo macroscopico poteva essere dimostrato si doveva dunque essere in grado di poter esprimere quantitativamente le leggi della termodinamica nel linguaggio del microcosmo In effetti la teoria a cui pervenne Boltzmann denominata meccanica statistica in pratica la formulazione dal punto di vista microscopico della termodinamica classica basata invece su grandezze macroscopiche La meccanica statistica riconosciuta come uno dei maggiori risultati teorici della fisica del XIX secolo e trova applicazione in moltissimi campi della scienza e della tecnica Per questo motivo la formula fondamentale della meccanica statistica incisa come epitaffio sulla lapide che indica la tomba di Boltzmann nel cimitero centrale di Vienna Dopo aver parlato nel precedente capitolo dei principi della termodinamica passiamo ora a introdurre il concetto di temperatura tentando una trattazione qualitativa che per non faccia perdere il sapore del rigore metodologico Cominciamo dunque con il definire la temperatura grandezza fondamentale per la termodinamica in quanto variabile indipendente cio variabile rispetto alla quale si misurano le altre grandezze e le loro variazioni Il metodo pi semplice e immediato per distinguere i corpi caldi dai corpi freddi quello di toccarli cio di usare il senso del tatto In questo modo si stabilisce in maniera grossolana se un corpo pi caldo o pi freddo di un altro Questo procediment
286. rotazione entra in ballo il momento d inerzia e con esso il momento angolare perch luno dipende strettamente dall altro quanto maggiore il primo tanto maggiore il secondo Nel caso particolare della ballerina che ruota attorno a un asse verticale quando questa ha le braccia allargate 1il suo momento d inerzia rispetto a quell asse maggiore di quando le ha serrate al corpo Ora in un moto rotatorio di questo tipo il momento angolare pu essere espresso semplicemente con il prodotto del momento d inerzia per la velocit angolare del corpo Cos poich questo prodotto deve rimanere costante in virt del principio di conservazione del momento angolare quando diminuisce uno dei due fattori di conseguenza deve aumentare l altro Ecco perch a una diminuzione del momento d inerzia della ballerina corrisponde un parallelo aumento della sua velocit di rotazione Viceversa se la ballerina allarga di nuovo le braccia la sua velocit angolare deve diminuire perch a fronte di questa ridistribuzione di massa attorno all asse di rotazione il suo momento d inerzia aumenta evidente che la ballerina non un sistema isolato poich su di essa agiscono almeno due forze quella di gravit e le reazioni vincolari del pavimento su cui poggiano i suoi piedi Il momento angolare per continua a conservarsi perch entrambe queste forze sono allineate all asse di rotazione della ballerina e quindi il loro mo
287. roviamo Cos ammesso che si abbia un ricevitore GPS come quello presente nel navigatore delle automobili si avr sempre a disposizione anche l ora esatta Che ore sono per favore Da quanto detto sin qui mai risposta fu pi complessa Eppure noi ci affrettiamo a guardare l orologio per rispondere con estrema sicurezza al nostro occasionale interlocutore in quale momento della giornata ci troviamo Forse ignari fino a oggi del grande lavoro fatto da astronomi fisici e ingegneri per mettere d accordo tutti sull ora appena letta sull orologio L unico strumento di misura che ci portiamo sempre addosso molti anche sotto la doccia alcuni addirittura a letto La nascita dell orologio come noi lo conosciamo stata lunga e difficile Ma porta il nome di un uomo che con coraggio e tenacia volle dimostrare al mondo la sua capacit di costruire l orologio che risolvesse una volta per tutte l annoso problema della longitudine Quest uomo era l inglese John Harrison 1693 1776 che accett la sfida lanciata nel 1714 dal Board of Longitude ufficio istituito dal governo britannico appositamente per risolvere il problema delle longitudini in mare il quale mise in palio ben ventimila sterline dell epoca equivalenti ad alcune decine di milioni di euro di oggi a chi fosse riuscito in tale intento Il problema presto detto Per individuare univocamente la propria posizione in mare ma il ragionamento vale anche s
288. rza di compressione dove invece dell allungamento si misura di quanto la molla si accorciata rispetto alla lunghezza a riposo La costante di proporzionalit prende 1l nome di costante elastica e dipende naturalmente dal modulo di elasticit specifico del materiale e dalle caratteristiche costruttive della molla quali lunghezza e sezione immediato capire che la legge di Hooke ha validit limitata alla regione lineare del diagramma tensione deformazione ovvero entro il limite di deformazione elastica Se la forza applicata supera questo limite la molla non torna pi alla lunghezza iniziale e la deformazione diventa plastica cio permanente A livello microscopico quello che accade naturalmente la rottura e il conseguente riarrangiamento dei legami atomici e molecolari all interno del materiale La tensione a cui il materiale cessa di rispondere in maniera elastica alle sollecitazioni e inizia a manifestare deformazioni plastiche nota tecnicamente come tensione di snervamento Al di sopra di questo punto anche al cessare dell azione della forza esterna applicata la deformazione della molla irreversibile La pressione massima che un materiale in grado di sostenere senza rompersi invece chiamata modulo di rottura o carico di rottura Acciaio e ferro hanno valori dei moduli di elasticit molto elevati e praticamente identici L alluminio ha un modulo di elasticit inferiore alla met di quelli di acciaio e
289. s esprime ovvia osservazione basata sull esperienza quotidiana che una qualunque trasformazione esistente in natura che implichi trasferimento spontaneo di energia in assenza cio di un intervento esterno procede nel verso seguente il calore fluisce spontaneamente dal corpo caldo al corpo freddo non viceversa L enunciato di Clausius riconosce una fondamentale asimmetria della natura anche se apparentemente differente da quella evidenziata da Kelvin Quest ultimo infatti cita l asimmetria fra calore e lavoro mentre Clausius non cita apertamente il lavoro ma esprime l asimmetria nella direzione in cui si verifica una trasformazione spontanea Si pu dimostrare per che i due enunciati sono assolutamente equivalenti sono perci due facce della stessa medaglia Di secondo principio della termodinamica ne esiste solo uno Per esprimerlo matematicamente occorre fare ricorso a una nuova grandezza termodinamica la pi importante forse ma sicuramente quella che incute maggior timore reverenziale l entropia Essa fornisce in un certo senso la misura del disordine di un sistema o in altre parole della qualit dell energia in esso contenuta Come naturale pensare e osservare quotidianamente che un qualunque sistema isolato ricordiamo che si definisce sistema isolato un sistema che non abbia scambi n di materia n di energia con l ambiente circostante evolve spontaneamente da stati ordinati cui corrisponde un entr
290. saggio di un onda sonora alle variazioni di velocit di un auto che accelera da 0 km h a 100 km h passando via via per tutte le velocit intermedie Quando registriamo un suono possiamo convertire le variazioni di altezza che compie nel tempo in analoghe variazioni di un altra grandezza fisica come per esempio quelle di una corrente elettrica Questo tipo di conversione dove da una grandezza di tipo continuo si passa a un altra grandezza di tipo continuo viene detta analogica proprio perch le variazioni dell una sono analoghe alle variazioni dell altra Per questo motivo i segnali elettrici o di altro tipo che variano con continuit nel tempo sono detti segnali analogici Per esempio un orologio a lancette segna il tempo con continuit Tutte le lancette anche quelle che ruotano pi rapidamente come quelle dei secondi spazzano sempre tutto il quadrante senza alcun salto questo vero anche se la lancetta si muove a scatti in ogni caso infatti per passare da una tacca a quella successiva deve spazzare anche lo spazio che le separa Gli orologi a lancette sono chiamati anche orologi analogici per distinguerli da quelli digitali cio a quadrante numerico dove il tempo scandito dai numeri che indicano le ore i minuti e talvolta 1 secondi In questi orologi il passaggio da un secondo al successivo o da un minuto al successivo indicato semplicemente da un cambio di cifra non avviene con continuit bens
291. scendere abbondantemente sotto gli 0 C sia in estate quando si possono toccare anche 1 40 C In particolare un buon olio lubrificante deve rimanere sufficientemente fluido a basse temperature in modo da facilitare l avviamento del motore ma deve anche garantire un buon grado di viscosit alle alte temperature tipiche del motore sotto sforzo La prossima volta che fate il cambio dell olio della vostra auto non prendete il primo olio che capita ma acquistate quello pi adatto sulla base delle temperature stagionali del luogo in cui vivete Solidi viscosi Prima di concludere la sezione dedicata alla viscosit dei fluidi vogliamo scrivere due parole sulla viscosit dei solidi S avete letto bene dei solidi Alcuni studiosi ritengono infatti che la distinzione fra liquidi e solidi sia essenzialmente legata ai valori di viscosit In pratica possiamo parlare di sostanza solida quando questa ha una viscosit pari a un milione di miliardi di volte quella dell acqua Ma ci sono solidi che in effetti hanno viscosit inferiori a questo valore Sono 1 solidi amorfi ovvero quei solidi che non hanno forma propria n struttura cristallina ovvero che a livello microscopico non rivelano un reticolo ordinato cristallo ma mostrano una totale assenza di periodicit spaziale esattamente come accade in un liquido I solidi a struttura amorfa sono definiti sostanze vetrose o pi semplicemente vetri Esiste anche un esperimento ch
292. sempio pi noto di forza apparente che appare proprio perch in quel momento ci troviamo solidali con un sistema di riferimento non inerziale l auto in movimento che segue una traiettoria curva Chi ci osserva dal marciapiede non ha invece alcuna necessit di inserire la forza centrifuga nella descrizione del nostro moto L auto in curva un particolare sistema di riferimento in rotazione attorno a un asse esterno che in questo caso dato da un asse verticale passante per il centro della curva Tutti 1 sistemi di riferimento in rotazione anche uniforme ovvero con velocit angolare costante come le piattaforme rotanti le sedie girevoli le giostre sono un importante classe di sistemi di riferimento non inerziali Gira il mondo gira Fra questi troviamo naturalmente anche la Terra Il nostro pianeta infatti ruota su se stesso a una velocit angolare costante pari a un giro completo ogni 24 ore circa in realt la velocit di rotazione della Terra in lentissima ma costante diminuzione cos che noi siamo forzatamente osservatori non inerziali Questo fatto lo possiamo evidenziare con alcuni semplici esperimenti Per esempio pesandoci all equatore e ai poli o comunque a due latitudini diverse A causa della rotazione della Terra infatti all equatore insieme dei punti pi distanti dall asse di rotazione la forza centrifuga maggiore di quella misurata in ogni parte del globo mentre ai p
293. servando il passaggio dell acqua attraverso tubi riempiti da diversi strati di sabbia La legge della filtrazione lineare oggi nota come egge di Darcy in onore appunto del suo scopritore mette in relazione la quantit di fluido che passa in un certo intervallo di tempo attraverso un filtro di dimensioni date con la differenza di pressione che si trova alle due estremit del filtro stesso In questa legge fanno la loro comparsa caratteristiche fisiche proprie del fluido densit e viscosit dell acqua ma anche una grandezza detta coefficiente di filtrazione che dipende esclusivamente dal mezzo poroso Applicando la legge di Darcy che trova largo e fondamentale impiego in geologia nello studio della permeabilit dei diversi tipi di terreno al nostro caff in preparazione si trova che in condizioni normali la temperatura di ebollizione dell acqua all interno della moka di alcuni gradi sopra i 100 C valori tipici sono compresi fra 105 e 110 C Sempre con la legge di Darcy che di natura fenomenologica si scopre che coefficienti di filtrazione lineare tipici per le polveri di caff sono in genere molto vicini a quelli della sabbia pulita e non eccessivamente fine come per esempio una miscela di sabbia e ghiaia La polvere di caff ha pertanto un comportamento simile a quello dei cosiddetti terreni a grana grossa Per confronto terreni a grana fine come il limo e l argilla hanno permeabilit da 1000
294. sia che si tratti di ossigeno aria metano petrolio o qualche altro fluido Un interessante conseguenza del principio di Bernoulli l effetto Venturi chiamato cos in onore del fisico Giovanni Battista Venturi 1746 1822 a cui si deve la scoperta Questo fenomeno facilmente osservabile e misurabile in una corrente liquida all interno di una conduttura posta orizzontalmente al terreno consiste in un aumento della pressione del liquido al diminuire della sua velocit Essendo il liquido tutto alla stessa quota in questo caso possibile applicare il principio di Bernoulli nella sua forma pi semplice dalla quale discende immediatamente l osservazione dell effetto Venturi Le applicazioni in cui l effetto Venturi si rivela utile sono molte Per esempio questo proficuamente usato negli spruzzatori La sezione dell ugello da cui costretta a uscire l aria spinta dal pistone azionato da noi sufficientemente piccola da abbassare per effetto Venturi appunto la pressione dell aria in uscita ben al di sotto di quella atmosferica Cos il liquido da spruzzare pu risalire lungo il tubo dal serbatoio in cui contenuto e uscire dall ugello miscelato con l aria che lo ha risucchiato Sullo stesso principio si basa anche il funzionamento del carburatore di un motore a scoppio il cui meccanismo praticamente identico a quello dello spruzzatore L unica differenza sostanziale data dalla presenza di u
295. sia possibile udire alcun suono in assenza di un mezzo che lo trasporti nello spazio vuoto un esplosione totalmente muta ecco dove molti film di fantascienza a parte 2001 Odissea nello spazio sbagliano clamorosamente Il suono infatti si propaga come un onda di pressione ovvero con l alternarsi periodico di compressioni e depressioni del mezzo di trasmissione longitudinalmente alla direzione di propagazione le onde del mare invece sono trasversali l oscillazione in direzione alto basso la propagazione orizzontale cio in direzione perpendicolare all oscillazione Nell aria il suono si propaga grazie ai continui urti fra le molecole che la costituiscono spinte a comprimersi o a decomprimersi dalle oscillazioni dello strumento che genera il suono stesso Con meccanismi simili il suono si propaga anche negli altri mezzi ma con velocit diverse a temperatura ambiente 20 C nell aria il suono viaggia a 343 m s nell acqua si propaga a 1484 m s e nel ferro a 5100 m s Ecco il motivo per cui i pellerossa appoggiavano l orecchio ai binari per sentire in anticipo l arrivo del treno LA VOCE UMANA Come si fa a riconoscere la voce di una persona A permetterci di distinguere una voce femminile da una maschile o una voce squillante da una roca sono le frequenze formanti cio quelle frequenze che compongono la voce e che costituiscono quello che si chiama lo spettro armonico tipico di ciascun suono di
296. siano sostanzialmente bilanciati e quindi l altalena possa dondolare senza sforzo occorre che sia verificata la condizione peso bambino 1 x braccio 1 peso bambino 2 x braccio 2 ovvero che bambini di peso simile siano equidistanti dal fulcro oppure che il bambino pi pesante stia pi vicino al fulcro in maniera tale da ridurre il braccio della forza data dal suo peso In tutti gli altri casi a meno di spinte ulteriori l altalena condannata a stare con un estremit in basso quella dove il momento maggiore e un estremit in alto Sul principio di funzionamento della leva si basa anche la stadera particolare bilancia di origine romana dove il peso della merce posta sul piatto viene determinato proprio bilanciandone il momento ovvero spostando il peso scorrevole lungo il braccio graduato fino a che i due momenti non sono uguali A quel punto sul braccio graduato appositamente tarato si pu leggere effettivamente il peso reale della merce Si comprende l entusiasmo di Archimede Un peso di 10 kg posto a 1 m di distanza dal fulcro di una leva pu facilmente venire sollevato da una forza di 1 kg applicata per esempio da una mano che spinge verso il basso a patto che questa abbia un braccio di 10 m E proseguendo idealmente questo esempio applicando sempre la stessa forza di 1 kg possibile alzare un quintale o una tonnellata a patto di avere bracci 100 o 1000 volte maggiori ecco le leve lunghe d
297. sibilmente la sua qualit L energia non si crea n si distrugge quindi ma si deteriora nel senso che della stessa quantit di energia una frazione sempre minore rimane utilizzabile in questo ragionamento sar evidente per l attento lettore tutta la derivazione utilitaristica del concetto di energia mutuato dalla rivoluzione industriale Il secondo principio afferma proprio la direzione verso la quale si muovono 1 vari processi di trasformazione naturale dell energia affinch essa si deteriori sempre pi questa la freccia del tempo Il tempo scorre inesorabilmente nella direzione in cui l energia si degrada Infine il terzo principio Esso si occupa del comportamento della materia alle basse temperature affermando in particolare che non possibile raggiungere lo zero assoluto di temperatura con un numero finito di passaggi la scala assoluta di temperatura quella stabilita da Lord Kelvin e la sua unit di misura appunto il kelvin con simbolo K 0 K corrispondono a 273 15 C e sono la pi bassa temperatura esistente in natura Pi semplicemente volendo raffreddare la materia indefinitamente solo dopo un tempo infinitamente lungo la vedremmo raggiungere lo zero assoluto Appare chiaro come questo principio sia assai meno intuitivo degli altri Il motivo legato al fatto che il terzo principio a differenza degli altri provenienti dall esperienza diretta di fenomeni macroscopici e assolutamente indipend
298. solare contribuendo cos all aumento della temperatura del Pianeta Un sistema di questo tipo naturalmente instabile e porta in assenza di altri interventi esterni allo scioglimento totale dei ghiacciai Sempre parlando del nostro pianeta un esempio di sistema a retroazione negativa invece dato dal comportamento del vapore acqueo presente in atmosfera Se la temperatura aumenta aumenta anche la quantit di vapore in atmosfera e di conseguenza aumenta il numero di nubi capaci anch esse come 1 ghiacci di riflettere la radiazione solare a questo punto che si osserva la retroazione negativa che riporta il sistema alla stabilit la minore quantit di radiazione solare in ingresso porta alla riduzione della temperatura e infine a una minore presenza di vapore acqueo in atmosfera Cos in assenza di fattori esterni la quantit di vapore acqueo in atmosfera non supera n pu scendere mai sotto un certo valore ma si limita a oscillare fra questi due estremi Parlando di scienza del caos e di sistemi complessi siamo arrivati lontano addirittura a parlare del riscaldamento globale del nostro pianeta Ma per finire questa sezione vogliamo tornare per un attimo al nostro rubinetto che perde Un sistema all apparenza semplicissimo dove in gioco entrano fattori ben noti come la forza di gravit che fa cadere la goccia la tensione superficiale dell acqua che fa s che la goccia si formi la pressione dell acqu
299. ssere 1 tendaggi meglio se estesi lungo tutta la parete e i tappeti da distendere proprio davanti ai diffusori principali che sono da raccomandare proprio per la loro grande capacit di assorbire 1 suoni e di evitare riflessioni spurie da parte del pavimento Ma come disporre le casse Andiamo ora alla disposizione vera e propria dei diffusori acustici Innanzi tutto occorre che 1 due diffusori principali che possono essere anche gli unici dell impianto compongano un triangolo equilatero con la nostra testa di ascoltatori Inoltre opportuno che questi siano collocati all altezza delle nostre orecchie Quindi pu essere utile acquistare insieme all impianto anche un paio di supporti ad altezza regolabile o eventualmente due staffe da agganciare alle pareti in modo che 1 diffusori si trovino all altezza giusta dal suolo Questo permette anche di isolare 1 diffusori dal suolo evitando cos che il pavimento produca risonanze indesiderate Per questo stesso motivo bene disporre i diffusori a una certa distanza dalle pareti di almeno mezzo metro e in particolare dal muro retrostante I diffusori acustici il cui scopo finale quello di riconvertire in analogico il suono letto dai supporti digitali come il CD o il DVD e decodificato dall impianto non sono in grado di riprodurre qualunque frequenza sonora A seconda delle caratteristiche costruttive infatti possibile trovare diffusori per alte frequenze detti tweet
300. ssipazione dell energia l energia totale del sistema si conserva ovvero come dicono 1 fisici una costante del moto In altre parole se il sistema isolato ovvero non ha nessuno scambio energetico con l ambiente esterno in qualunque istante si vada a misurare questa energia troveremo sempre lo stesso valore che definito all istante iniziale del moto dalla quota a cui portiamo la massa del pendolo Questa massa infatti per il solo fatto di essere a una certa altezza dal suolo ha un energia potenziale gravitazionale ovvero un energia dipendente esclusivamente dalla posizione acquistata a spese del campo gravitazionale siamo stati infatti noi con la nostra forza a compiere lavoro contro il campo gravitazionale stesso per sollevare la massa dalla quota minima fino a una certa altezza Via via che la massa scende di quota in virt dell oscillazione del pendolo perde una parte della propria energia potenziale che si trasforma in energia cinetica la sua velocit aumenta partendo da velocit nulla essa dipende dalla velocit a cui si muove la massa stessa ed sempre data dalla met del prodotto della massa del corpo per il quadrato della sua velocit AI passaggio dal punto di equilibrio tutta l energia potenziale iniziale completamente trasformata in energia cinetica la velocit lineare della massa appesa al pendolo massima mentre la quota la minima raggiungibile Passato il punto di mini
301. ste semplici azioni vogliamo puntare la nostra attenzione per capire la fisica che vi si nasconde In questo libro quindi non parleremo della cosiddetta big science di fisica estrema di acceleratori di particelle o di sonde interplanetarie ma della scienza di tutti 1 giorni di quella che possiamo definire come fisica del quotidiano Nel nostro cammino capiter certamente di accennare alla fisica dell infinitamente grande o a quella dell infinitamente piccolo ma gran parte del nostro percorso si svilupper realmente nell ambito delle mura domestiche negli ambienti a noi familiari come la cucina il bagno o la camera da letto attingendo esempi dall esperienza quotidiana Come fatto questo libro Per questo motivo il testo suddiviso in cinque capitoli ognuno dedicato a una stanza della nostra casa In questo percorso i protagonisti saranno 1 lettori chiamati come veri ricercatori ad analizzare nelle loro case le esperienze che di volta in volta descriveremo per scoprire o riscoprire leggi e fenomeni della fisica Ma a differenza del ricercatore che opera in laboratorio con attrezzature specifiche e in condizioni controllate il lettore avr a che fare con le attrezzature domestiche Si tratter di utensili stoviglie apparecchiature meccaniche elettriche ed elettroniche che popolano le nostre case e che vengono usate per lo scopo per le quali sono state progettate il coltello per tagliare il termosifone per
302. t debolissima E inizialmente lo hanno fatto cercando di replicare le caratteristiche strutturali dell occhio Microscopi e telescopi i primi costruiti per ingrandire oggetti piccolissimi e renderli visibili all occhio i secondi realizzati per osservare corpi lontanissimi da noi possono essere considerati come estensioni dell occhio che ne aumentano le possibilit oltre i limiti imposti dalle potenzialit fisiche e fisiologiche I microscopi ottici continuano a essere prodotti combinando lenti di vario tipo i telescopi sono costruiti con lenti ma anche con specchi Il meccanismo di fondo tuttavia non cambia lo scopo quello di raccogliere la luce focalizzarla in un punto e infine ingrandire l immagine che si forma Sono esattamente gli stessi principi su cui si basa la costruzione delle lenti per un paio di occhiali La disciplina che studia i fenomeni luminosi e gli strumenti relativi una branca della fisica chiamata ottica Storicamente divisa in ottica geometrica e ottica fisica entrambe studiano 1 fenomeni ottici ma se la prima lo fa sulla base di un modello astratto in grado di spiegare i fenomeni pi semplici come la riflessione e la rifrazione le cui leggi illustrano il comportamento di un raggio luminoso che colpisce la superficie di separazione tra 2 mezzi contigui la seconda si basa sulla teoria ondulatoria della luce e sulla teoria delle onde elettromagnetiche spiegando fenomeni pi complessi come la
303. ta esattamente come una trottola Il suo asse di rotazione solo apparentemente orientato in maniera fissa nello spazio ma anch esso soggetto a un moto di precessione causato dall azione gravitazionale congiunta di Sole Luna e pianeti vari Per il nostro pianeta un intero ciclo di precessione dura circa 26 000 anni Un moto molto lento e quasi impercettibile dunque ma che gli astronomi possono misurare Esso infatti fa s che la Stella Polare che per noi adesso indica quasi esattamente il Nord 2000 anni fa non si trovasse nemmeno vicina alla direzione dell asse di rotazione terrestre Proprio come non lo sar pi fra 2000 anni Dunque un corpo in rapida rotazione intorno a un proprio asse di simmetria 0 asse giroscopico come appunto la trottola sta in piedi e piuttosto che cadere cambia la direzione del proprio asse Solo gli attriti del mondo reale condannano la trottola alla caduta la loro presenza a causare la lenta ma inesorabile diminuzione di velocit angolare Ora maggiore la velocit di rotazione della trottola pi difficile deviare il suo asse la precessione diventa davvero evidente solo quando la trottola inizia a rallentare Questo fatto viene chiamato tenacia dell asse giroscopico ed sfruttato con profitto in tante applicazioni e strumenti quotidiani quali per esempio la bicicletta Vi siete mai chiesti perch quando andiamo in bicicletta difficilissimo stare in equilibrio
304. teau Poliuretano Portanza Portata Potenza elettrica Precessione Pressione Princ pi della termodinamica Principio Principio d inerzia Principio di complementariet Principio di conservazione dell energia Principio di corrispondenza Principio di indeterminazione Probabilit Densit di probabilit Problema di Plateau Progressive scan Propagazione di onde sonore Punto Punto fisso campione Punto triplo dell acqua Quanti di luce Quantit di moto Quantizzazione Quarzo Quiete atomica Radiazione Radiazione infrarossa raggi 1 Radiazione ultravioletta Radiazione visibile Rapporto di trasformazione Reazione vincolare Re Giorgio II d Inghilterra Resilienza Resistenza Resistivit Rete di un letto Reti neurali Retina Retroazione Riflessione Riforma gregoriana Rifrazione Riporto automatico Riscaldamento Riscaldamento dielettrico Riscaldamento globale Riverbero Rivoluzione d ottobre RNARNB Robot Rotazione Rotore Rototraslazione Sala acustica Sampler Sant Agostino Scala Celsius o centigrada Scala Internazionale Scala Scala Kelvin Scala termodinamica assoluta delle temperature Scaldino Schiaccianoci Schiuma Schreyer Helmut Schreyer Schr dinger Erwin Schr dinger Shannon Claud Elwood Shannon Shaw Robert Stetson Shaw Sciacquone Scienza Scienza del caos Scienza dei materiali Scuola di Copenaghen Secon
305. termodinamica dell acustica dell ottica dell elettromagnetismo e della fisica moderna e volendo anche dell astrofisica e della cosmologia ce ne sono gi molti in commercio e perci volevamo nel nostro piccolo portare una leggera ventata di originalit La differenza sostanziale tra questi testi e il nostro il ruolo del lettore da quello di studioso passivo di una disciplina gi strutturata e classificata a quello di un vero e proprio ricercatore armato di curiosit intelligenza capacit di ragionamento e volont di comprendere il mondo che lo circonda Partendo dall osservazione di un fenomeno il lettore guidato a comprenderne le leggi che lo regolano e quindi a classificarlo Il lettore scoprir cos che ogni stanza della casa un laboratorio completo di fisica In ogni ambiente infatti si mettono quotidianamente alla prova leggi della meccanica e dell elettromagnetismo dell acustica e dell ottica della termodinamica e della meccanica quantistica Per questo motivo nelle pagine di questo libro troverete anche qualche ripetizione vi permetter di collegare fenomeni o strumenti apparentemente distanti fra loro come possono essere per esempio un forno a microonde e un telefono cellulare Da queste considerazioni si comprende anche che la nostra scelta di fenomeni da descrivere a seconda dell ambiente domestico in cui ci troviamo in qualche modo arbitraria oltre che naturalmente non esaustiva
306. ti oppure aperta come la parabola percorsa da una palla e cos via Un sistema di riferimento in quiete o in moto rettilineo uniforme ovvero che si muova a velocit costante lungo una linea retta viene detto inerziale perch in esso vale il cosiddetto principio d inerzia secondo cui un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme se non intervengono forze esterne a modificarne la condizione Per tutti gli osservatori posti in sistemi di riferimento inerziali detti quindi osservatori inerziali le leggi fisiche sono invarianti mantengono cio inalterata la loro forma Un osservatore non inerziale invece descrive in generale un fenomeno in maniera diversa non solo da tutti gli osservatori inerziali ma anche da un qualunque altro osservatore non inerziale che non sia solidale con lui ovvero che non si muova esattamente alla stessa maniera Infatti per rendere conto del moto osservato un osservatore non inerziale deve sempre invocare la presenza di forze che invece non sono necessarie all osservatore inerziale per la sua descrizione Per questo motivo proprio perch non sono reali ma dipendono soltanto dalla scelta del sistema di riferimento queste forze sono dette fittizie o apparenti Un esempio di forza apparente lo sperimentiamo quotidianamente quando andiamo in auto ogni volta che sterziamo sentiamo infatti una forza che ci spinge verso l esterno della curva la forza centrifuga l e
307. ti 1 circuiti elettrici in cui passa corrente e sebbene rappresenti una perdita netta di energia elettrica e da esso derivi una riduzione del rendimento delle macchine elettriche viene sfruttato proficuamente in molti dispositivi elettrici domestici quali la lampada a incandescenza l asciugacapelli il forno e lo scaldabagno elettrici e altri ancora Tutti questi macchinari sfruttano l aumento di temperatura del conduttore percorso da corrente per produrre a loro volta variazioni termiche Anche il fusibile sfrutta l effetto Joule per proteggere gli altri elementi del circuito quando la corrente che lo attraversa supera un certa soglia prefissata il filo fonde da cui il nome di fusibile aprendo immediatamente il circuito e interrompendo cos il passaggio di corrente In questo modo impedisce che un eccessivo passaggio di corrente possa danneggiare il circuito stesso La potenza trasmessa lungo una linea elettrica proporzionale al prodotto fra la tensione e l intensit di corrente mentre le perdite per effetto Joule aumentano all aumentare della corrente stessa A parit di potenza trasmessa quindi possibile diminuire le perdite diminuendo drasticamente l intensit di corrente aumentando nel contempo la tensione di alimentazione del circuito Questo esattamente quanto viene fatto nelle centrali elettriche dove prima che l energia venga trasferita agli elettrodotti perch la convoglino verso le utenze fina
308. ti che hanno adottato come protocollo di comunicazione quello originario di Arpanet il TCP IP Transmission Control Protocol Internet Protocol e che possono essere viste perci come sportelli simili di uno stesso ente sebbene siano gestite da enti diversi In pratica espresso in termini semplici un protocollo di comunicazione un programma che permette a 2 computer connessi in rete di vedersi e di comunicare in termini reciprocamente comprensibili come dire farli parlare lo stesso linguaggio Internet perci un coacervo di servizi e di enti disseminati sul nostro pianeta da qui il nome che una semplice contrazione dell espressione International Network Chi si connette a Internet vi trover universit istituti di ricerca amministrazioni pubbliche aziende commerciali Istituzioni private organizzazioni di vario genere con ciascuna delle quali poter scambiare informazioni Posta elettronica conferenze e dialoghi telematici chat chiacchiera multiutente e ancora forum telematici banche dati di ogni genere e via dicendo si passa da dati scientifici a commenti sugli ultimi film usciti da discussioni musicali a conferenze sull AIDS o la fame nel mondo Il carnet di offerte impressionante e per poter viaggiare liberamente nel cosiddetto ciberspazio cio lo spazio virtuale delle reti telematiche occorre essere dei provetti cibernauti navigatori di uno spazio etereo astratto e invisibile ma non per quest
309. tiamo a Clausius e soprattutto a Kelvin che ebbe l illuminazione e il ripensamento sulla conservazione del calore dopo aver incontrato il suo compatriota James Prescott Joule 1818 1889 e aver conosciuto i risultati degli esperimenti che aveva fatto sul calore sul lavoro meccanico e sulle loro reciproche trasformazioni Il secondo principio afferma che certe trasformazioni avvengono di preferenza in un verso piuttosto che nell altro come per esempio il fatto che se due corpi uno caldo e uno freddo vengono posti a contatto quello caldo si raffredda e quello freddo si riscalda fino a raggiungere una temperatura intermedia ma non avviene mai che il corpo caldo si riscaldi ulteriormente a spese di quello freddo In altre parole in natura esiste un evidente asimmetria a cui noi quotidianamente assistiamo un vaso che cade facilmente si frammenter in una miriade di cocci i quali con estrema improbabilit si riuniranno spontaneamente per restituire al vaso la forma originaria percorrendo a ritroso la trasformazione Questa asimmetria per noi cos evidente fu possibile formalizzarla solo nella seconda met del XIX secolo quando appunto fu chiaro il concetto di energia Essa infatti riguarda in ultima analisi i processi di trasformazione dell energia Bench la sua quantit totale si conservi come sancisce il primo principio e sotto certe ipotesi che non staremo qui ad approfondire ci che invece si modifica irrever
310. ticolare maggiore la capacit termica di un materiale maggiore l energia termica che in grado di accumulare La seconda invece la propriet specifica di un materiale di trasmettere calore In particolare una misura della quantit di calore che fluisce in un determinato intervallo di tempo attraverso un certo spessore del materiale quando ai due lati del materiale si hanno temperature diverse ovvero si in presenza di un gradiente di temperatura Naturalmente quanto pi bassa la conducibilit termica di un materiale tanto migliori sono le sue propriet isolanti La capacit termica di un corpo ovvero la quantit di calore che esso in grado di accumulare dipende naturalmente da quanto grande la sua massa In pratica la capacit termica una grandezza estensiva Per caratterizzare 1 materiali per 1 fisici hanno bisogno di propriet intensive indipendenti dalla quantit di materiale presa in considerazione Ecco perch definiscono il calore specifico come la capacit termica per unit di massa In altre parole la capacit termica di un materiale data proprio dal prodotto della sua massa per il calore specifico caratteristico di quel materiale La grande capacit termica degli oceani cos Importante per il bilancio termico del nostro pianeta quindi dovuta sia al fatto che l acqua ha un calore specifico alto sia alla loro enorme quantit di acqua Ora la lana proprio un
311. to punto abbiamo analizzato tutti 1 componenti del gabinetto Pu quindi essere utile per concludere questo capitolo riassumere brevemente per punti l intero meccanismo di funzionamento di questo sanitario fondamentale Premendo il pulsante apriamo la valvola di scarico Una decina di litri d acqua si versa nella tazza in pochi secondi Subito dopo la valvola di scarico si richiude Si attiva il sifone il quale risucchia tutto il contenuto della tazza nella conduttura di scarico e da l verso l impianto fognario Nella tazza arriva solo un po di nuova acqua che va nuovamente a svolgere la funzione di chiusura idraulica delle tubature Nel frattempo seguendo l abbassamento dell acqua nel serbatoio si abbassa anche il galleggiante causando l apertura della valvola di riempimento Via via che aumenta il livello dell acqua risale anche il galleggiante che finalmente arriva a chiudere la valvola di riempimento Il processo a questo punto concluso ma se qualcosa dovesse andare storto il troppopieno previene un eventuale allagamento Veramente ingegnoso non vi pare III La fisica in camera da letto Di materassi a molle orologi calendari e borse dell acqua calda Il tempo ci che accade quando non accade nient altro RICHARD FEYNMAN Dopo cucina e bagno la camera da letto sicuramente uno degli ambienti essenziali di ogni casa Che si viva in una villa di cento stanze o in un monolocale di pochi me
312. to questo avvenuto in pochissimi decenni I personal computer presenti nelle nostre case erano impensabili alla fine della seconda guerra mondiale L integrazione a grande e grandissima scala ha fatto s che un microprocessore Intel Core 2 Duo di ultima generazione contenga in meno di 150 mm2 quasi 300 milioni di transistor 1 000 volte di pi dell ormai preistorico 386 E anche il numero di operazioni al secondo compiuto da un elaboratore aumentato vertiginosamente il primo supercomputer Cray 1 realizzato nel 1976 anno in cui tra l altro venne commercializzato il mitico Apple II il primo personal computer di grande successo era in grado di compiere 180 milioni di operazioni al secondo una velocit di calcolo di oltre 5 milioni di volte inferiore ai pi veloci supercomputer attuali capaci di 1 milione di miliardi di operazioni al secondo Che differenza rispetto al Mark 1 capace di sommare 2 numeri di 23 cifre in 6 secondi e accadeva meno di settant anni fa L INTELLIGENZA DEI COMPUTER Lo sviluppo dei computer non si limit ad aumentarne le capacit di calcolo e di elaborazione o a diminuirne le dimensioni ma dette impulso anche ad altre discipline Fra tutte la cibernetica le cui applicazioni nel mondo contemporaneo sono diffusissime e ormai irrinunciabili Padre riconosciuto della cibernetica fu Norbert Wiener 1894 1964 che nel 1946 coni questo termine per indicare una nuova scienza Essa dov
313. tomo di ossigeno e ciascun atomo di idrogeno tendono a trascorrere pi tempo attorno all atomo di ossigeno che attorno a quelli di idrogeno facendo s che la molecola che nel complesso elettricamente neutra abbia il vertice in cui si trova l atomo di ossigeno con una frazione di carica negativa e i due vertici con l atomo di idrogeno con una frazione di carica positiva Si dice che la molecola d acqua dipolare cio a due poli o che un dipolo elettrico naturale Cos le molecole al passaggio del campo elettromagnetico portato dalle microonde tendono ad allinearsi al campo elettrico il quale per oscilla ciclicamente a 2 45 GHz costringendo le molecole d acqua a tentare di cambiare orientamento con la stessa frequenza In questo continuo ruotare su loro stesse per seguire l oscillazione delle microonde le molecole d acqua urtano fra loro e con le altre molecole di cui composto l alimento cedendo a queste ultime parte della loro energia cinetica cio di movimento acquisita a spese del campo elettromagnetico Ma proprio l aumento di energia cinetica degli atomi e delle molecole che vibrano e ruotano a maggiore velocit e frequenza rispetto a prima a rappresentare quell aumento di temperatura che porta dunque alla cottura dell alimento all interno del forno A livello microscopico infatti un corpo tanto pi caldo tanto pi alta l energia degli atomi e delle molecole che lo compongono
314. tri quadrati difficilmente si pu fare a meno di un letto e degli accessori che generalmente lo corredano cuscini lenzuola coperte Ma la comodit del letto non sufficiente a farci dormire bene anche importante non avere freddo ecco perch nel corso dei secoli l umanit si sbizzarrita nell inventare scaldini termocoperte e borse dell acqua calda E su ogni comodino che si rispetti oltre agli occhiali al libro che stiamo leggendo alla fotografia dei nostri cari non manca la sveglia il fatidico strumento di tortura a cui ogni mattina deleghiamo l ingrato compito di riportarci volenti o nolenti dal mondo dei sogni al mondo reale Di che cosa parleremo quindi muovendoci in camera da letto Di elasticit di trasporto del calore e soprattutto del tempo Non di quello meteorologico per ma di quello che scorre inesorabile alla velocit di un secondo al secondo accompagnando con la sua presenza talvolta eterea spesso incombente ogni istante della nostra vita BIDIBODIB BIDIBODIY OVVERO PROVE TECNICHE DI ELASTICIT Molti lettori ricorderanno lo spot pubblicitario andato in onda la prima volta oltre quarant anni fa il cui motivo musicale d il titolo a questa sezione Marito e moglie vanno a cena fuori lasciando 1 bambini a casa con la speranza di trovarli addormentati al loro rientro Rincasando il silenzio che regna in casa fa immaginare alla coppia che i loro figli siano a letto ma
315. tte il segnale in modalit digitale da cui il termine digital a partire dal lato utente della linea telefonica subscriber line L espressione linea asimmetrica si riferisce al fatto che la velocit di ricezione dei dati in genere molto pi alta di quella di invio In altre parole nelle linee ADSL esiste un asimmetria fra la velocit dei dati in ingresso e quella dei dati in uscita Questo fatto per motivi di ottimizzazione d uso della linea in quanto ci si aspetta che le utenze domestiche chiedano pi informazioni ovvero pi dati di quante ne forniscano Altre modalit di trasmissione con tecnologia DSL sono gi operative simmetriche ad altissima velocit ecc e altre sono ancora allo studio ma ormai la strada delle connessioni domestiche ad alta velocit e a costi sempre pi bassi tracciata ed impossibile tornare indietro Le reti di computer offrono davvero grandissime possibilit di impiego e di applicazione aprendo nuovi scenari tecnologici e contribuendo in maniera radicale alla strutturazione di un nuovo modello di societ basata appunto sullo scambio di informazioni a distanza Nuove figure professionali nuove competenze notevoli capacit di apprendimento e di aggiornamento grande sviluppo della creativit questo le reti offrono e contemporaneamente richiedono Fra le applicazioni pi evidenti della telematica ci sono quelle che consentono un accesso a risorse di calcolo e a stru
316. tti quanti di fare a meno di frigoriferi congelatori climatizzatori e condizionatori d aria II La fisica in bagno Di rubinetti che perdono di miscelatori che non funzionano e di bolle di sapone Ogni moto d acqua fa flusso e riflusso in ogni parte dessa dove la velocit del corso suo si ritarda LEONARDO DA VINCI Lavandini docce vasche da bagno idromassaggi bidet water rubinetti miscelatori tubazioni e condotti la stanza da bagno sembra proprio il laboratorio perfetto per studiare la dinamica dei fluidi e in particolare l idrodinamica ovvero quel particolare settore della fisica che studia il moto dei liquidi E quale liquido si presta meglio dell acqua per le nostre sperimentazioni domestiche Non sporca ed facile da smaltire o asciugare ma anche se siete presi dall entusiasmo del ricercatore fate sempre attenzione a non allagare la vostra casa GOCCIA A GOCCIA notte fonda ci giriamo e rigiriamo nel letto cercando una posizione comoda che ci aluti a riprendere sonno Siamo stanchissimi eppure non riusciamo a dormire C qualcosa che ci infastidisce ma non riusciamo a focalizzare che cosa sia Ci alziamo per bere un bicchiere d acqua e d improvviso capiamo il ticchettio del rubinetto del bagno che perde che disturba il nostro sonno in maniera insopportabile Eppure al tic tac della vecchia sveglia che teniamo in camera o della pendola appesa in corridoio ci siamo abituati perch allora
317. uido le forze intermolecolari fra la parete verticale del contenitore solido e la pellicola elastica del liquido sono tali da permettere al liquido di alzare il proprio livello per un certo tratto In particolare in un tubicino di vetro di sezione capillare capillare significa sottile come un capello tubi capillari tipici hanno sezioni di pochi decimi di millimetro l acqua sale fino a una certa altezza in misura inversamente proporzionale al diametro del tubicino e la superficie libera del liquido ha una forma concava molto marcata in cui il livello del liquido a contatto con le pareti a una quota superiore rispetto a quello che s1 trova al centro del tubicino Il fenomeno della capillarit per esempio responsabile della risalita dell acqua dalle radici alle foglie lungo i tronchi di piante e alberi ma anche tornando a questioni domestiche dell assorbimento dell acqua da parte degli asciugamani e della carta assorbente o dell ammorbidirsi di un biscotto inzuppato nel caffelatte Carta assorbente e biscotto infatti sono solidi porosi all interno dei quali si trova una fitta rete di tubi capillari Sempre per capillarit il sangue pompato dal cuore riesce a diffondersi in tutto il corpo richiamato proprio dai vasi capillari ovvero da quella fitta e intricata rete di vasi sanguigni sottilissimi che permeano ogni organo e tessuto del nostro corpo Anche la scrittura con la penna stilografica si avvale delle propriet
318. ulla superficie terrestre tenendo conto della quota occorrono due coordinate la latitudine ovvero la nostra posizione a nord o a sud rispetto all equatore e la longitudine ovvero la nostra posizione a est o a ovest rispetto al meridiano di riferimento quello di Greenwich of course Ma se la determinazione della latitudine di un luogo molto semplice sufficiente misurare l altezza di una stella o del Sole al momento della culminazione per poterla calcolare non altrettanto facile conoscere la longitudine perch essa implica che si conoscano esattamente due orari quello del meridiano di riferimento e quello del meridiano locale cio del meridiano del luogo in cui ci troviamo infatti grazie alla differenza fra questi due valori che si determina la longitudine di un luogo Naturalmente un bravo marinaio era sempre in grado di conoscere l ora locale aiutato dal Sole o dalle stelle ma per conoscere lora del meridiano di riferimento in mancanza di strumenti per comunicare a distanza occorreva portarsi dietro un orologio che battesse il tempo di Greenwich senza commettere errori Il rischio era quello di perdersi in mare o di andare a sbattere contro gli scogli in caso di nebbia in realt 1l problema delle longitudini pu essere risolto anche con altri metodi astronomici ma l uso dell orologio di gran lunga il metodo pi semplice Harrison dedic gran parte della sua vita a costruire orolog
319. un interruttore che collegato al sistema di controllo della temperatura interrompe il passaggio di corrente attraverso 1l resistore E la temperatura resta costante Naturalmente se la temperatura per qualche motivo torna ad abbassarsi troppo la lamina bimetallica perde la sua curvatura e torna diritta chiudendo di nuovo il circuito elettrico la corrente torna a scorrere fino a quando la temperatura non rientra nell intervallo di valori prestabilito In realt sono tantissime le propriet dei materiali che dipendono dalla temperatura possibile quindi ideare termostati basati su altre caratteristiche piuttosto che sulla dilatazione termica Attualmente i termostati usati nelle apparecchiature elettroniche sono appunto quelli elettronici basati sulla dipendenza dalla temperatura della conducibilit elettrica dei metalli molto pi precisi di quelli meccanici a lamina bimetallica Dispositivi di questo tipo trovano largo impiego in tutti 1 settori in cui importante controllare la temperatura di un sistema o di un ambiente dai computer ai condizionatori dai forni agli scaldabagno ai frigoriferi ai congelatori Chiss quanti termostati avete in casa senza saperlo Il trasporto del calore Termocoperte scaldini elettrici e borse dell acqua calda trasferiscono calore alle coperte e alle lenzuola del letto perch sono a contatto con esse Fin qui abbiamo quindi parlato di trasferimenti di calore da un corpo pi caldo a un
320. una relazione di proporzionalit inversa fra l area della sezione e la velocit del fluido che la attraversa Se l area della sezione si dimezza la velocit del fluido raddoppia viceversa il raddoppio dell area della sezione della conduttura implica la riduzione della velocit del fluido di un fattore 2 La costanza della portata detta anche equazione di continuit importante sottolineare che in tutti i ragionamenti e gli esempi fatti fin qui abbiamo ipotizzato che il fluido in esame sia incomprimibile ovvero che non sia possibile diminuirne il volume applicandovi una pressione In prima approssimazione questa ipotesi buona per quanto riguarda 1 liquidi come l acqua ma cessa di essere valida quando si trattano gli aeriformi gas e vapori In pratica in virt della legge di conservazione della massa la portata entrante in una tubazione deve essere uguale a quella uscente ragione per cui in caso di restringimenti o allargamenti della tubazione stessa deve cambiare la velocit del fluido al suo interno aumentando o diminuendo di conseguenza Le perdite di fluidi dalle condutture vengono proprio scoperte andando a misurare la portata in punti diversi della tubazione Se fra due misure spazialmente contigue si osserva una variazione di portata significa che nel tratto di tubazione compreso fra le due sezioni di misurazione si verifica una perdita di fluido Bisogna quindi correre ai ripari sia che si tratti di acqua
321. una sua mistificazione La tecnologia e la scienza permeano ormai ogni aspetto della nostra vita Il pubblico vuole sapere imparare conoscere Vuole fare scelte consapevoli Vuole partecipare attivamente alle decisioni politiche su temi che toccano la salute l ambiente l energia Ecco perch negli ultimi decenni purtroppo non di pari passo con il progresso scientifico e tecnologico il ruolo della divulgazione scientifica che un importante se non il principale strumento di marketing della scienza diventato sempre pi rilevante Alcuni scienziati hanno iniziato a divulgare le loro conoscenze alcuni giornalisti e scrittori hanno acquisito competenze scientifiche per poi raccontarle infine sono state inaugurate anche in Italia scuole di formazione post laurea specifiche Il cammino della divulgazione scientifica ancora lungo certo ma la strada intrapresa sembra finalmente quella giusta E in tale contesto in continua evoluzione si inserisce questo libro di divulgazione scientifica che un po particolare Innanzi tutto perch un esperimento sul linguaggio affrontato proprio con lo spirito sopra citato della traduzione Un tentativo saranno poi i lettori a giudicare se riuscito o meno di rendere il pi possibile chiari e semplici alcuni concetti scientifici di base e in particolare di fisica In secondo luogo perch in esso ben lungi dall essere impostato come un trattato scientifico la
322. uolo hg ovvero in formula Uo mg ho A questo punto quindi possibile scrivere Ma poich T uguale a 0 sarebbe diverso da 0 se facessimo iniziare l oscillazione con una velocit iniziale diversa da zero ma il ragionamento non cambierebbe avremo U T U come avevamo anticipato all inizio del nostro ragionamento Una descrizione del tutto analoga pu essere fatta anche per gli altri esempi di oscillatore armonico a molla citati in precedenza Nel caso della molla orizzontale per esempio si pu sempre assegnare alla massa agganciata alla molla un energia potenziale elastica definita in questo caso dall entit dell allungamento o della compressione a cui sottoposta la molla rispetto alla posizione di equilibrio Anche in questo caso quindi l energia potenziale dipende solo dalla posizione della massa rispetto a una determinata posizione che per comodit pu essere quella iniziale ma che pu essere scelta a piacere L energia potenziale elastica di una molla data dalla met del prodotto della sua costante elastica per il quadrato dello spostamento della molla rispetto alla posizione di equilibrio La molla accumula questa energia potenziale in virt dello stiramento o dell accorciamento dei legami atomici e molecolari per restituirla periodicamente durante il moto sotto forma di energia cinetica I campi di forze come quella elastica o quella gravitazionale per 1 quali possibile definir
323. uono prodotto e in seconda battuta dall inviluppo della forma dell onda sonora cio da come l onda sonora si sviluppa nel tempo attacco regime stazionario decadimento Per capire meglio questi concetti vediamo come effettivamente lavorano gli strumenti musicali La disciplina che studia la scienza degli strumenti musicali si chiama organologia Il termine deriva dal greco organon che significa genericamente strumento anche musicale Gli organologi classificano gli strumenti in base alla tecnica e al mezzo materiale con cui viene prodotto il suono Per esempio la chitarra uno strumento a corda pizzicata la corda di metallo di nylon o di altro materiale il mezzo materiale con cui attraverso la tecnica del pizzicato si produce il suono La classe degli strumenti a corda molto ricca e variegata perch diverse sono anche le tecniche impiegate per suonare questi strumenti una corda oltre che pizzicata come nella chitarra nell arpa e nel clavicembalo pu essere sfrofinata con un archetto come negli strumenti della famiglia del violino viola violoncello e contrabbasso o infine battuta come accade nel pianoforte dove un martelletto azionato dalla pressione sul tasto va a battere su una o pi corde associate che iniziano a vibrare In generale pi una corda spessa e pesante pi basso il suono prodotto Viceversa una corda leggera e sottile produce un suono pi acuto In una chitarra la prim
324. ura per esistono anche materiali che si comportano da isolanti non lasciandosi assolutamente attraversare da alcuna corrente elettrica Questi a differenza dei conduttori hanno valori di resistivit molto alti I metalli come l argento il rame e l oro hanno per esempio resistivit molto basse e assai simili fra loro miliardi di miliardi di volte minori di quella del vetro il quale a sua volta ha una resistivit da decine a migliaia di volte inferiore a quella di certe materie plastiche come 1l polietilene il materiale usato per imbottigliare acque minerali e bibite o il teflon usato come antiaderente in pentole e padelle Gli elevati valori di resistivit dei materiali isolanti sono ancora una volta dovuti al comportamento degli elettroni pi esterni degli atomi che compongono il materiale comportamento che tuttavia profondamente diverso da quello osservato nei conduttori Negli isolanti infatti gli elettroni esterni non sono liberi di muoversi attraverso il reticolo cristallino ma sono strettamente vincolati nei legami molecolari che collegano ciascun atomo a quelli contigui Cos limitati nel movimento questi elettroni detti di valenza che partecipano ai legami chimici fra atomi e molecole non sono in grado di condurre elettricit e impediscono il passaggio di corrente attraverso il materiale Ma esistono anche materiali con caratteristiche a met strada fra 1 conduttori e gli isolanti sono i cosiddetti se
325. ustici esistenti Oggi per i campionatori integrano funzioni di sintetizzatori come filtri e inviluppi e 1 sintetizzatori usano forme d onda campionate quindi questa differenza netta non c pi In linea di principio comunque il sintetizzatore produce un suono in maniera artificiale con tecniche di vario genere mentre il campionatore registra 1 suoni li digitalizza e permette di risuonarli accordati sulla tastiera Ma la differenza diventata pi concettuale che tecnica I sintetizzatori analogici non esistono praticamente pi se non nel mercato dell usato e quelli digitali campionatori si sono per lo pi evoluti in software per computer Alcune simulazioni si avvicinano molto all originale ma anche l orecchio dell ascoltatore si evoluto di conseguenza riuscendo cos a percepire le diverse sfumature La differenza sostanziale tra strumento reale e sintetizzatore l espressione cio quell insieme di dinamica interpretazione tempo e fraseggio tipica degli strumenti acustici impossibile da riprodurre con le sue infinite sfumature per mezzo di un software e una tastiera Anche per questo il suono di un violino Stradivari rester sempre unico e inimitabile DALL ANALOGICO AL DIGITALE Un onda sonora varia nel tempo con continuit propagandosi senza alcun salto apparente Questo un fatto che si osserva in qualunque grandezza fisica macroscopica dalle variazioni di pressione dell aria al pas
326. uter o telefono cellulare abbiano provocato danni alle nostre esistenze Al contrario pensiamo che tutti questi manufatti e le tecnologie impiegate per realizzarli abbiano offerto e stiano offrendo all umanit grandi opportunit di crescita e di sviluppo Il problema se esiste non sta in loro ma nell uso pi o meno accorto e consapevole che noi decidiamo di farne Perch questo libro organizzato in questa strana maniera A questo punto qualcuno potrebbe anche chiedersi perch questo libro ha una struttura cos poco ortodossa La risposta al tempo stesso semplice e complessa In primo luogo possiamo dire che il libro fatto cos perch cos ci piaceva farlo mossi dalla segreta speranza di avvicinare ad alcuni concetti basilari della fisica anche chi non se ne mai interessato Ci sembra infatti che un luogo familiare come la casa e tutto ci che avviene all interno delle sue stanze possano essere un buon punto di partenza per far conoscere ai lettori curiosi quali arcane leggi regolino lo sgocciolamento di un rubinetto che perde o anche scoprire perch ogni volta che apriamo una finestra c la porta della stanza che sbatte e che questi principi sono gli stessi che fanno s che gli aerei volino In secondo luogo possiamo dire che a muoverci stata anche e soprattutto la considerazione che di libri divulgativi con la classica struttura da trattato di fisica divisa nei consueti capitoli della meccanica della
327. vasca o del lavandino la forma del foro di scarico la presenza nell acqua di eventuali moti ondosi o vorticosi precedenti o causati dall azione di stappatura eventuali correnti d aria sul pelo dell acqua ma anche le vibrazioni indotte nell edificio dal passaggio di un mezzo pesante Questo significa che non possibile evidenziare l effetto Coriolis in casa difficile ma potete comunque tentare Prendete una vasca a fondo piatto meglio di forma circolare con foro di scarico piccolo e liscio meglio se accessibile dall esterno come le vaschette usate per i bagnetti dei bambini e riempitela d acqua A questo punto dovreste mettere la vasca a riposo nella stanza della casa pi lontana da possibili correnti d aria o vibrazioni e attendere che l acqua sia completamente ferma questo pu richiedere anche alcuni giorni Ora stappando la vasca molto lentamente e con estrema cura cio facendo attenzione a non indurre moti vorticosi dovreste riuscire a vedere veramente all opera la forza di Coriolis che ricordiamo vi far scoprire in maniera indiretta il fatto che noi viviamo su un sistema di riferimento in rotazione e quindi non inerziale In pratica avrete evidenziato la rotazione della Terra un esperimento quindi che ha lo stesso valore del famoso pendolo di Foucault concepito proprio per dimostrare la rotazione della Terra attraverso l osservazione dell effetto Coriolis Il primo pendolo d
328. vono gli americani il significato comunque non cambia Grazie a queste particolari tecniche di riproduzione del suono possiamo trovarci almeno dal punto di vista acustico al centro della scena di azione che stiamo guardando sul nostro grande televisore a schermo piatto rendendo l esperienza molto pi realistica e coinvolgente di quanto potessimo immaginare Ecco dunque di che cosa parleremo in questo capitolo dedicato alla fisica del soggiorno di acustica e fisica degli strumenti musicali ma anche di alcuni dispositivi elettronici che ormai da tempo hanno larghissima diffusione anche nelle nostre case come gli impianti home theatre grazie ai quali possiamo ascoltare musica o vedere film con una qualit di riproduzione impensabile fino a pochi decenni fa Dietro questi dispositivi tuttavia si nasconde una grande rivoluzione quella informatica che ha portato i computer e l elettronica a pervadere completamente ogni attivit umana da quella produttiva a quella ludica Un occasione quindi per raccontare in breve i fondamenti dell elettronica e dell informatica e 1 principi di base dei computer che ritroveremo anche nel prossimo capitolo parlando di reti di computer e telematica MUSICA MAESTRO Chiunque abbia assistito almeno una volta a un concerto di musica classica avr udito partire pochi istanti prima dell inizio il suono di un violino seguito a ruota da tutti gli altri intonati sulla stessa nota i
329. za dal quale si trova appunto la linea del cambiamento di data ovvero il meridiano opposto Cos quando a Londra l Osservatorio di Greenwich si trova alla periferia della capitale britannica il Big Ben batter 1 12 rintocchi del mezzogiorno del 31 dicembre da noi saranno le ore 13 dello stesso giorno ma per tutti i luoghi immediatamente a ovest della linea del cambiamento di data sar da pochissimo passata la mezzanotte del 1 gennaio mentre per quelli immediatamente a est sar da poco scoccata la mezzanotte del 31 dicembre Questo significa che il primo nato dell anno arriva quando da noi ancora primo pomeriggio del 31 Adesso possiamo finalmente rispondere alle domande che ci siamo posti poco fa Tenendo conto delle deviazioni convenzionali imposte alla linea sopra citata per motivi di ordine pratico il primo territorio a beneficiare dell arrivo dell anno nuovo a meno di spostamenti di confini o di fusi l arcipelago polinesiano delle isole Tonga sperduto nell immensit dell oceano Pacifico Meno di 100 000 abitanti distribuiti su 750 km2 costituiti da quasi 200 isole e isolette di origine vulcanica governati da una monarchia costituzionale ereditaria Se decidete di andarle a visitare ricordatevi di prendere l aereo per Nuku alofa la capitale Almanacchi almanacchi nuovi lunari nuovi Bisognano Signore almanacchi cos che comincia lo splendido Dialogo di un venditore di alma

La fisica in casa. Viaggio, stanza per sta

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