Il teorema di Bernoulli spiegato con i palloncini

Come mai un aereo, che è molto più denso dell’aria, riesce a volare? La spiegazione è che c’è una legge dei fluidi, chiamata teorema (o Principio) di Bernoulli, che giustifica questo straordinario comportamento degli aerei. Un fluido, più scorre velocemente, più è bassa la sua pressione. Sulla superficie superiore delle ali di un aereo succede proprio questo: l’aria scorre più velocemente (a causa del profilo dell’ala) creando una depressione che “attira” l’aereo verso l’alto.

Questo comportamento dei fluidi lo possiamo osservare molto bene giocando con due semplici palloncini, come possiamo vedere in questo video. Saranno le divulgatrici scientifiche Vanessa Biagiotti e Daniela Romanazzo a farci scoprire come funziona il teorema di Bernoulli, alla base dei principi dell'aerodinamica. Questo è ancora un ottimo filmato del programma televisivo Geo Scienza. Secondo molti, a ragione, è uno dei migliori programmi moderni della televisione italiana.

Buona visione a tutti.

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Lotto, numeri ritardatari e probabilità di vincita. Esiste un metodo?

Uno dei desideri neanche tanto segreti degli italiani è riuscire a vincere al lotto o in qualsiasi altro gioco simile. Ovviamente il sogno consiste nel vincere una tale quantità di denaro da poter vivere nel lusso in un’isola dei caraibi senza più avere bisogno di lavorare per il resto della vita! Ho indovinato? Per questo motivo, chi crea questi giochi sa che questi nostri desideri sono talmente forti (e spesso degenerano nel patologico) da avere ormai talmente tanti giochi d’azzardo, anche su internet, che se si vogliono dilapidare un sacco di soldi non abbiamo altro che l’imbarazzo della scelta.

Una delle illusioni che ci vengono inculcate è che esista un “metodo” per vincere. E’ una delle “leggende metropolitane” più difficili da estirpare. Ma la bufala più radicata di tutte è sicuramente quella dei “numeri ritardatari”.

Per capire perché quella dei numeri ritardatari è una bufala, guardate questo filmato dove due matematici spiegano questa cosa in maniera davvero illuminante e sorprendente! Mi raccomando di ascoltare attentamente ciò che dicono e di divulgare questa spiegazione il più possibile. Non se ne può più di vedere le persone che dilapidano tutti i loro risparmi per inseguire un sogno impossibile.

Buona visione a tutti.

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Cos’è la corrente elettrica?

Tutti conosciamo la corrente elettrica, ma non tutti sanno cosa è esattamente. Questo post serve proprio per spiegare cosa è questa grandezza fisica. Detto in maniera molto semplice, la corrente elettrica non è altro che un moto ordinato di cariche elettriche. Questo moto di cariche elettriche avviene in alcuni materiali detti materiali conduttori (ad esempio i metalli).

Il conduttore più usato nei circuiti elettrici è il rame. Nel seguente filmato possiamo vedere come avviene la conduzione di corrente elettrica nei materiali come i metalli. La spiegazione è fatta in maniera semplice ed “alla portata di tutti”. Buona visione del filmato.

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Perché un numero moltiplicato per zero fa zero?

Ad alcuni potrà sembrare una domanda banale, ma non potete immaginare quante sono le persone che me lo chiedono e che prima di trovare una risposta degna di questo nome si scervellano senza successo. Evidentemente il problema non viene percepito come così banale.

In realtà il “mistero” ha una risposta semplicissima. Per capire perché un numero qualsiasi (diverso da zero) moltiplicato per zero da come risultato zero, possiamo ricorrere ad un esempio. Come prima cosa dobbiamo pensare che i numeri sono degli “insiemi” di oggetti. Ad esempio il numero 5 lo possiamo immaginare come un insieme formato da 5 caramelle, o da 5 biglie, o da 5 oggetti qualsiasi. Se dobbiamo moltiplicare il numero 5 per il numero 3, significa quindi che dobbiamo prendere 3 insiemi formati da 5 caramelle. Se contiamo tutte le caramelle che adesso abbiamo, troviamo il numero 15. Occorre notare che anche se prendiamo 5 insiemi da 3 elementi, otteniamo 15 elementi. infatti 3x5=15, ma anche 5x3=15, come ci hanno insegnato a scuola. Si tratta della proprietà commutativa della moltiplicazione.

Se abbiamo un insieme di 5 caramelle e lo prendiamo zero volte, quante caramelle abbiamo? Ovviamente abbiamo zero caramelle. Ecco, è già siamo arrivati alla risposta, in maniera semplice e senza esserci complicati la vita con complesse regole matematiche.

Spero che la mia risposta sia servita a togliere ogni dubbio a qualcuno che si è posto questo problema.

Se invece volete capire perché non si può dividere per zero, vi consiglio di leggere questo.

Se volete conoscere la storia del numero zero, leggete questo mio post.

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Cos’è il ghiaccio secco

Il ghiaccio secco indica comunemente l’anidride carbonica allo stato solido. E’ chiamato anche “neve carbonica”. Il ghiaccio secco viene usato come refrigerante, soprattutto per il trasporto di materiali deperibili (cibi congelati e surgelati). Rispetto al ghiaccio d’acqua, il ghiaccio secco fornisce una temperatura più bassa e soprattutto non si trasforma in liquido ed evapora direttamente (avviene quindi il fenomeno della sublimazione): non rischia quindi di impregnare gli involucri e deteriorare le merci. I vantaggi del ghiaccio secco sono: non tossico, inerte, non infiammabile, incolore, insapore, inodore, batteriostatico, fungicida, assenza di residui.

L’anidride carbonica passa direttamente dallo stato gassoso a quello solido alla temperatura di –79 °C. Il ghiaccio secco viene impiegato spesso anche nel mondo dello spettacolo o nelle discoteche per produrre effetti di fumo e di nebbia grazie alla sublimazione che lo trasforma rapidamente in denso vapore di colore bianco.

La storia della matematica (video)

Vi incuriosisce la storia della matematica? In questo documentario Andrew Wiles ci racconta la storia della matematica dalle origini ai nostri giorni in maniera chiara e comprensibile per tutti. Wiles è un matematico divenuto molto famoso per avere dimostrato l'ultimo Teorema di Fermat.

La matematica si studia malvolentieri sin dalla più tenera infanzia perché spesso non si riesce bene a capire quali sono le reali applicazioni e quali sono le affascinanti storie delle vite dei protagonisti che nei secoli hanno contribuito ad ampliare le conoscenze matematiche dell'umanità.

Proponendovi questo interessante filmato spero di poter, anche in maniera modesta, contribuire a rendere la matematica un po' meno noiosa e un po' più affascinante. Buona visione a tutti.

Le leggi della Fisica sono uguali in tutto l'Universo?

A scuola ci hanno sempre insegnato che le leggi della Fisica sono "Universali" e che pertanto sono le stesse in tutto l'Universo conosciuto e in tutte le epoche. A prima vista questo sembrerebbe solo un semplice postulato: nessuno è stato in tutti i luoghi dell'Universo per controllare se l'affermazione è vera e nessuno ha mai vissuto in tutte le epoche per verificare che le leggi della Fisica non siano cambiate nel tempo nel corso dell'evoluzione cosmica.

Sarebbe bello avere un'astronave per visitare luoghi sperduti dell'Universo e una macchina del tempo per vedere se le leggi della Fisica erano diverse alcuni miliardi di anni fa!

Vi farò una sorpresa, questa astronave e questa macchina del tempo l'abbiamo e ci ha già dato una risposta alla domanda.

L'astronave e, nello stesso tempo, la macchina del tempo è il telescopio, in particolar modo il telescopio spaziale Hubble. Il telescopio ci consente di osservare luoghi lontanissimi, posti a distanza di alcuni miliardi di anni luce e ci consente di avere un effetto "macchina del tempo". Ogni volta che guardiamo lontano stiamo guardando anche indietro nel tempo. Una galassia lontana un miliardo di anni luce la vediamo com'era un miliardo di anni fa.

Ma le galassie più lontane visibili con i telescopi a che distanza si trovano? Si trovano a poco più di 13 miliardi di anni luce (13,2 per la precisione) e quindi le vediamo com'erano 500 milioni di anni dopo il Big Bang (avvenuto 13,7 miliardi di anni fa).

Un esempio spettacolare che ci fa vedere cosa c'era nell'Universo 13 miliardi di anni fa è il famoso Hubble eXtreme Deep Field (XDF). Si tratta della foto di una porzione di cielo molto piccola in direzione della costellazione della Fornace. Ecco cosa si vede in questa meravigliosa inquadratura del cielo:

Si vedono galassie, galassie e ancora galassie, di tutte le forme e di tutte le dimensioni. Le più distanti si trovano a circa 13 miliardi di anni luce da noi.

Cosa significa che a 13 miliardi di anni luce (e quindi 13 miliardi di anni fa) ci sono (c'erano) galassie? Significa che c'erano stelle, ma se c'erano stelle significa che c'erano reazioni nucleari di fusione (che sono le reazioni nucleari che fanno brillare le stelle) e se c'erano reazioni nucleari significa che le leggi della Fisica erano le stesse che ci sono adesso... Perché?

Perché significa che esistevano protoni, e che i protoni dovevano avere la stessa carica elettrica positiva che hanno adesso, esistevano elettroni con carica negativa, che i protoni decadevano in neutroni perché esisteva l'interazione debole, significa anche che la fusione di due nuclei di idrogeno produceva energia e che quindi valeva anche la famosa formula di Einstein E = mc². E tante altre cose che sarebbe troppo lungo descrivere in questa sede. Se qualche costante fisica, come la massa del protone, la carica dell'elettrone, la costante di Gravitazione Universale, in quell'epoca fosse stata solo di pochissimo diversa da quella attuale, non avremmo osservato né stelle, né, ovviamente, galassie.

La cosa importante è che un'immagine del genere è davvero "potente" e non è solo una dimostrazione della qualità ottica del Telescopio Spaziale Hubble. Essa ci fa capire che già 13 miliardi di anni fa c'erano le stesse leggi fisiche che governano l'Universo attuale. Ovviamente questo non ci dice nulla riguardo alle leggi fisiche che c'erano nei primi istanti dell'Universo subito dopo il Big Bang, ma anche in quel caso, in maniera indiretta, è possibile dedurre che le leggi e le costanti della Fisica dovevano essere le stesse di ora. Solo per l'istante iniziale non si può dire nulla, ma forse non ce n'è nemmeno bisogno...

L'energia oscura esiste veramente

L'energia oscura, la misteriosa "entità" che accelera l'espansione dell'Universo, esiste davvero, come dimostrano alcuni recenti studi svolti dagli astrofisici. Dopo uno studio durato due anni, un team internazionale di studiosi ha concluso che la probabilità che l'energia oscura esista veramente è del 99,996 percento.

L'energia oscura è uno dei misteri scientifici più affascinanti della nostra epoca, forse è per questo che molti studiosi dubitino persino della sua reale esistenza. I nuovi studi però ci hanno dato un nuovo livello di confidenza e ci hanno persino fornito una probabilità che le misure siano consistenti anziché essere delle fluttuazioni statistiche.

Sfortunatamente il fatto di essere abbastanza sicuri che esista non ci aiuta molto, infatti nessuno ancora ha la minima idea di cosa sia l'energia oscura. Fu osservata la prima volta nel 1998 quando un team di ricercatori scoprì che l'espansione dell'Universo è accelerata, scoperta che è valsa il premio Nobel per la Fisica nel 2011.

L'energia oscura rappresenta il 73% dell'intera massa dell'Universo, dove il 23% è dovuta alla materia oscura (che è altrettanto misteriosa, anche se qualche ipotesi è stata formulata), e solo il 4% dell'Universo è formato dalla materia che ben conosciamo.

Le scoperte fatte nel passato sono affascinanti, ma i territori sconosciuti della conoscenza lo sono ancora di più, perché sono una sfida per il pensiero e l'ingegno umano. Speriamo di avere la fortuna di vivere abbastanza perché qualche genio (o qualche team di ricercatori) arrivi alla spiegazione dell'energia oscura (e anche della materia oscura, ovviamente).

Io sono fiducioso.

L'esperimento più bello della Fisica - Interferenza di elettroni.

L'esperimento dell'interferenza di onde è facile da realizzare in un laboratorio. Basta una vaschetta d'acqua e due punte oscillanti a contatto con la superficie del liquido. Le punte con il loro movimento provocano ciascuna una serie di onde sulla superficie dell'acqua. Dove le onde si "scontano" avviene il fenomeno dell'interferenza. Nei punti in cui si incontrano un minimo di un'onda con il massimo dell'altra le onde si annullano (interferenza distruttiva), dove si incontrano due minimi o due massimi le onde si sommano (interferenza costruttiva).

Questo non avviene sono con onde prodotte sulla superficie di un liquido, ma anche con le onde sonore e con le onde elettromagnetiche. Qualunque fenomeno ondulatorio può presentare quindi il fenomeno dell'interferenza.

La cosa più interessante è che le particelle elementari, come gli elettroni, oltre ad essere delle particelle, si comportano come delle onde. Una prova di questo strano comportamento? Semplice, basta fare un esperimento in cui dei fasci di elettroni presentano un fenomeno di interferenza.

Il primo esperimento di interferenza di elettroni è già stato eseguito diversi decenni fa ed è considerato, a ragione, l'esperimento più bello della Fisica. Ciò ha dimostrato che le particelle sono, allo stesso tempo, sia particelle che onde. A seconda dell'esperimento che si effettua si evidenzia il loro comportamento particellare o ondulatorio.

In meccanica quantistica si parla infatti di "dualismo onda-particella" ed è uno dei fenomeni più interessanti della meccanica quantistica.

Nel seguente filmato possiamo vedere come fu realizzato questo esperimento nel 1976. Ma la cosa più interessante è che fu eseguito da tre fisici italiani: Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli, Giulio Pozzi.

Credo che sia importante mostrare come una delle più importanti implicazioni della meccanica quantistica sia stata verificata sperimentalmente da italiani, anche se 36 anni fa. Questo fa capire come i ricercatori italiani siano sempre stati "in prima linea" nella ricerca scientifica internazionale e sarebbe un peccato perdere questo status. Spero che questo video didattico possa "risvegliare" le coscienze di coloro che snobbano la ricerca scientifica e che credono che sia una "spesa inutile" da tagliare.

Buona visione.

Annunciata la scoperta del bosone di Higgs

Bosone di Higgs: sembra che stavolta ci siamo. Si tratta di una scoperta straordinaria che viene inseguita da alcuni decenni e che è stata possibile grazie alla potenza del gigantesco acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra. Per i più curiosi vi rimando ad un post che avevo scritto tempo fa è che spiega in maniera semplice cosa è il bosone di Higgs e perché è importante.

Bisogna fare una doverosa precisazione: la vera scoperta è che è stato osservato un nuovo bosone che "dovrebbe" essere il bosone di Higgs. Ovviamente è molto difficile che sia qualcos'altro, ma in campo scientifico bisogna sempre essere molto precisi.

Il nuovo bosone scoperto avrebbe una massa di circa 126,5 GeV e la misura ha un livello di significatività di 5 sigma, ciò significa che la probabilità che il segnale rilevato sia una fluttuazione statistica è davvero minima.

Queste sono alcune slides della conferenza trasmessa in webcast stamane a partire dalle ore 9:00 dal CERN.

In questa immagine possiamo vedere Peter Higgs (presente nella sala conferenze), il fisico che nel 1964 teorizzò l'esistenza del bosone di Higgs (è ovvio!) che conferisce massa a tutte le particelle dell'Universo. Per lui oggi deve essere stata una soddisfazione davvero enorme! :-) Ha aspettato 48 anni per vivere questo giorno!

Ok, adesso la scoperta è stata fatta, a quanto pare. Da questo punto in poi comincia l'era delle misurazioni sul bosone di Higgs. Buon lavoro a tutti i fisici che ci suderanno sopra ;-).

Soluzione del rompicapo dell’evasione

Certi giochi ci mettono duramente alla prova: sono i “rompicapo”. Esistono dei video che spiegano le soluzioni di alcuni di questi rompicapo? Ebbene sì, esistono. In particolare posso segnalare il blog InfoTech. Quello che vi presento è il primo video sul rompicapo dell’evasione. Ne seguiranno altri, intanto potete visitare il blog InfoTech e iscrivervi perché vi saranno forniti altri video e una presentazione che spiega mossa per mossa la strategia risolutiva del rompicapo. Buona visione.

Il rompicapo dell’evasione.

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Campo elettrico e campo magnetico

Il campo elettrico e il campo magnetico hanno proprietà simili:

1) campo magnetico e campo elettrico sono campi di forza, cioè campi che descrivono gli effetti di una forza (in un caso quella magnetica, nell’altro quella elettrica);

2) entrambi sono descritti da linee di campo;

3) esistono due tipi di poli magnetici, come esistono due tipi di carica elettrica;

4) in modo analogo a quanto accade per le cariche elettriche, poli dello stesso tipo si respingono e di tipo diverso si attraggono;

5) un conduttore scarico può essere elettrizzato da un corpo carico, come una sbarretta di acciaio può essere magnetizzata da una calamita;

Però i due campi differiscono per aspetti molto importanti:

1) quando si ha l’elettrizzazione per contatto, parte della carica elettrica del primo corpo passa al secondo; nella magnetizzazione di un oggetto ferromagnetico non si ha alcun passaggio di poli magnetici;

2) mentre esistono oggetti carichi positivamente o carichi negativamente, una calamita ha sempre entrambi i poli sud e nord.

Infatti, se dividiamo una calamita in due parti, ciascuno dei frammenti ha un polo nord. Suddividendo la due calamite piccole in due parti, otteniamo quattro magneti, ciascuno con due poli.

In definitiva possiamo dire che non è possibile suddividere un magnete in modo da ottenere un polo nord isolato o un polo sud isolato. Questo implica l’inesistenza dei monopoli magnetici che ha delle implicazioni molto profonde in Fisica teorica e in cosmologia.

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La legge di Coulomb può essere divertente

La legge di Coulomb può essere spiegata in maniera divertente? Magari con qualche esperienza interessante questa importante legge della Fisica può essere spiegata a “grandi e piccini” senza annoiare senza però perdere in rigore scientifico. Il fisico Rino Milone ci mostra proprio alcuni esperimenti molto divertenti che vengono effettuati in studio e presentati in questo filmato durante il programma Geo & Geo (condotto da Marco Castellazzi).

Un buon motivo per dare un’occhiata a questo filmato non è solo il fatto che è una buona occasione per comprendere meglio alcune delle leggi fondamentali della Fisica, ma è anche un’occasione per capire come trasmettere tali conoscenze agli altri. Uno dei più grandi problemi della divulgazione scientifica è che la scienza in generale e la Matematica e la Fisica in particolare, sono percepite come “noiose” dalla maggior parte delle persone. Anche se sono le materie che “reggono” letteralmente l’edificio della scienza moderna, sono “snobbate” dalla maggior parte dei giovani. Molti addirittura si vantano di non capire nulla di Matematica o di Fisica, come se l’ignoranza rendesse snob e interessanti. Ma l’ignoranza non è mai una cosa positiva. Anche se siamo un po’ tutti ignoranti in qualcosa, l’ignoranza come scelta deliberata è, secondo me, un “delitto”.

La divulgazione scientifica quindi si deve confrontare quotidianamente con questo tipo di problemi culturali. Io credo che la televisione dovrebbe proporre sempre più programmi in cui si parla di scienza e di tecnologia e molti meno in cui si parla di esoterismo, alieni, UFO, fantasmi, complotti e altre corbellerie che poi vengono credute acriticamente da una larga fetta dei telespettatori. Una buona divulgazione scientifica è il presupposto migliore per sviluppare un corretto “senso critico” che è utile per ostacolare la disinformazione che viene proposta in svariati programmi televisivi di dubbia qualità e affidabilità e che vengono visti e assimilati soprattutto dai più giovani.

Intanto vi lascio al filmato sulla legge di Coulomb divertente. Nel seguito del video (della durata di circa 16 minuti) si parlerà anche di ottica. Ad esempio, sapete cosa significa esattamente “essere invisibili”? Per la risposta guardate il filmato. Buona visione a tutti.

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La dilatazione termica lineare dei solidi

Sperimentalmente è facile dimostrare che i solidi si dilatano all’aumentare della temperatura. Una delle esperienze che si possono realizzare che mostra in maniera netta la dilatazione termica dei solidi è quello della sfera metallica che non riesce più a passare attraverso un anello dopo che è stata riscaldata.

Si tratta dell’anello di Gravesande. La sfera metallica passa a stento attraverso l’anello quando ha la sua stessa temperatura, ma appena la sfera viene riscaldata non riesce più a passare.

Questa semplicissima esperienza ci insegna che i corpi si dilatano con la temperatura. Adesso ci interessa conoscere questa dilatazione a livello quantitativo. Il caso più semplice che possiamo trattare è quello di un oggetto solido di forma molto allungata, come un filo metallico o una sbarra. Deve essere comunque un oggetto che ha altezza e profondità trascurabili rispetto alla sua lunghezza.

Per comodità consideriamo una sbarra metallica. Dato che si estende soprattutto in lunghezza, possiamo affermare, con buona approssimazione, che anche la sua dilatazione avverrà soprattutto in lunghezza. Dato che le sue altre dimensioni sono trascurabili rispetto alla lunghezza, posso trascurare anche le dilatazioni che non avvengono in lunghezza.

Detta L_i la lunghezza iniziale della sbarra alla temperatura iniziale T_i, chiamiamo L_f la lunghezza finale che questa raggiunge alla temperatura finale T_f.

Avremo che:

L_f – L_i = ΔL che è l’allungamento della sbarra.

Sperimentalmente si può stabilire che ΔL è:

- direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale L_i;

- direttamente proporzionale alla variazione di temperatura ΔT = T_f – T_i;

- direttamente proporzionale ad un coefficiente λ (chiamato coefficiente di dilatazione lineare) che dipende dalla sostanza.

Unendo tutte queste proporzionalità in una sola espressione matematica, avremo che:

che equivale a:

Dalla prima formula possiamo ricavare il coefficiente di dilatazione lineare λ:

da questa espressione di possiamo anche ricavare le unità di misura (del S.I.) di λ:

(dove m sta per metri e °C per gradi centigradi).

Al seguente link potete trovare una esauriente tabella dei coefficienti di dilatazione di alcuni materiali di uso comune e non.

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Letto di chiodi: in realtà è abbastanza comodo…

Molti sono convinti che per coricarsi in un letto di chiodi occorre possedere delle capacità particolari, di solito associate alla meditazione o alla spiritualità. In realtà la spiegazione non è affatto così “trascendentale” e per capirlo basta avere bene in mente il concetto di pressione.

La pressione in Fisica è definita come il rapporto tra la forza che agisce perpendicolarmente su una superficie e la superficie stessa. In formula abbiamo:

dove F è la forza e S è la superficie. Questo significa che anche se la forza è poco intensa, ma la superficie è molto piccola, la pressione è molto grande. E’ il principio del chiodo che riesce a bucare una superficie anche molto dura, infatti in questo caso la forza si concentra in una superficie molto piccola, la punta, e la pressione è altissima. Ma se la forza è grande e la superficie è pure molto grande? In questo caso si capisce subito che la pressione è molto minore.

Questo fa capire che coricarsi in un letto di chiodi non è un’operazione molto difficile. La forza peso del soggetto viene infatti distribuita in molti chiodi. Se, ad esempio, ci sono 100 chiodi e la persona ha una massa di 70 Kg, significa che ci sono 0,7 Kg per ogni chiodo (70 Kg/100 chiodi). Se provate a poggiare qualcosa di 0,7 Kg su un chiodo di sicuro non si buca.

Nel video possiamo vedere il professor Joe Wolfe che ci mostra com’è facile e confortevole coricarsi su un letto di chiodi. E non solo: guardate bene cosa riesce a fare!

Buona visione a tutti.

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Il suono nel vuoto: non è possibile.

In questo video possiamo vedere un esperimento che dimostra che il suono non può propagarsi nel vuoto. Le onde sonore possono propagarsi nell’aria a causa del fatto che si trasmettono attraverso il movimento oscillante di miliardi di microscopiche molecole. Il suono per trasmettersi ha sempre bisogno di un “mezzo” di propagazione, che può essere un gas, un liquido o anche un solido. Quando il mezzo di propagazione viene a mancare, il suono sparisce. Di solito nei film di fantascienza questa nozione viene (per ragioni di spettacolarità) dimenticata, infatti le “esplosioni di astronavi” nello spazio vengono sempre associate ad un suono molto forte, invece qualsiasi impatto o esplosione di quel tipo avverrebbe nel più assoluto silenzio. Inoltre vengono rappresentate anche fiamme, ma anche questo è sbagliato: nello spazio è impossibile anche la combustione. Questa però è un’altra storia.

Torniamo al suono nel vuoto. Nell’esperimento di questo filmato possiamo vedere un campanello che è stato sistemato all’interno di un contenitore in cui viene fatto il vuoto per mezzo di una pompa. Man mano che l’aria viene estratta dal contenitore il suono del campanello diventa sempre più debole. Appena l’aria viene fatta rientrare il suono del campanello torna ad aumentare.

Il risultato di questa prova sperimentale è che il suono non riesce a propagarsi nel vuoto.

Buona visione del filmato.

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A come amore, B come leggi della Fisica…

Le leggi della Fisica in ordine alfabetico. Non sono tutte le leggi della Fisica, ovviamente, ma le ho scritte in questo modo più per giocare che per creare un elenco completo.

A come legge di Avogadro

B come legge di Boyle

C come legge di Coulomb

D come legge di Dalton

E come legge di Einstein

F come legge di Faraday

G come legge di Gauss

H come legge di Hooke

I come legge di Inerzia

L come legge di Laplace

M come legge Moseley

O come legge di Ohm

P come legge di Poseuille

Q come legge di Q… eh no! Stavolta non l’ho trovata.

R come legge di Rayleigh-Jeans

S come legge di Stevino

T come legge di Torricelli

U come legge di U… niente da fare anche stavolta.

V come legge di van der Waals

Z come legge di Z… vi sfido a trovarla!

Vi è piaciuto questo gioco? Lo confesso, mi sono ispirato alla canzoncina dei Soliti Idioti… Uno dei casi in cui la comicità può essere fonte di ispirazione per l’apprendimento della Fisica.

Riguardo alle leggi della Fisica possiamo dire che lo sforzo che l’uomo compie per comprendere il funzionamento dell’Universo è uno sforzo enorme, direi quasi eroico. Ciò dimostra che il desiderio dell’uomo di conoscere è molto forte.

Per capire meglio la difficoltà dell’uomo nel cercare di capire come funziona il mondo che ci circonda, possiamo ricorrere ad una bella ed efficace analogia che fu proposta da Albert Einstein e da Leopold Infeld. Questi due grandi scienziati nel 1938 scrissero:

“Nel nostro sforzo di comprendere la realtà siamo in un certo senso come un uomo che cerca di capire il meccanismo di un orologio chiuso. Vede il quadrante e le lancette che si muovono, sente il ticchettio, ma non riesce ad aprire la cassa. Se è ingegnoso può crearsi un’immagine di un meccanismo che potrebbe essere responsabile di tutte le cose che osserva, ma non sarebbe mai del tutto certo che la sua immagine sia l’unica possibile spiegazione delle osservazioni. Non sarà mai in grado di confrontare la sua immagine con il meccanismo reale e non può nemmeno immaginare il possibile significato di un tale confronto”.

(Albert Einstein e Leopold Infeld in una foto del 1938)

Dopo questa lettura, vi lascio alle dovute riflessioni…

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Numeri relativi

I numeri naturali e i numeri razionali assoluti non sono sufficienti per risolvere alcuni problemi pratici. Ad esempio, per indicare una temperatura non è sufficiente il suo valore numerico, ma occorre precisare se si tratta di una temperatura sotto lo zero o sopra lo zero: nel caso della data di un avvenimento del passato, non basta indicare l’anno, ma occorre specificare se è avanti Cristo o dopo Cristo; nel caso di un conto corrente bancario, non basta indicare il saldo, ma occorre specificare se è a debito o a credito.

Poiché, in ogni caso si tratta di indicare in qualche modo una di due possibilità fra loro opposte, per praticità si indica una possibilità ponendo il segno + davanti al valore numerico, l'altra possibilità ponendo il segno –.

Così ad esempio:

-15 °C indica la temperatura di 15 °C sotto lo zero

+6,7 °C indica la temperatura di 6,7 °C sopra lo zero

-500 euro indica un saldo a debito di 500 euro

+750 euro indica un saldo a credito di 750 euro

Spesso quindi si usano questi numeri particolari, i numeri con il segno, che non sono né numeri naturali, né numeri razionali assoluti, e che sono chiamati numeri relativi, usando il termine “relativi” per indicare che il loro valore dipende dal segno che li precede:

i numeri preceduti dal segno + si dicono numeri positivi

i numeri preceduti dal segno – si dicono numeri negativi

Per il numero 0 non ha senso parlare di +0 o –0 e quindi lo zero non si considera né positivo né negativo.

Un numero relativo privato del segno si dice valore assoluto o modulo del numero; il valore assoluto si indica ponendo il numero tra due sbarrette; ad esempio:

il valore assoluto di –5 è 5 e si scrive |-5| = 5

Ogni numero relativo è quindi formato da due elementi: il segno e il valore assoluto.

I numeri relativi che hanno lo stesso segno si dicono concordi; i numeri relativi che hanno segno diverso si dicono discordi. Ad esempio:

+7

+0,8

+12

sono concordi positivi

-4

-0,13

-24

sono concordi negativi

-3 e +5

+9 e -1

-0,65 e +88

sono discordi

Due numeri relativi che hanno lo stesso valore assoluto si dicono opposti o contrari; ad esempio:

+ 6 e –6 sono opposti.

I numeri relativi si possono rappresentare geometricamente con i punti di una retta orientata, allo stesso modo con cui si possono rappresentare i numeri naturali e i numeri razionali assoluti.

I numeri positivi corrispondono ai punti della semiretta positiva a destra dello 0, i numeri negativi ai punti della semiretta negativa a sinistra dello 0.

Si può osservare che:

- due numeri concordi si trovano dalla stessa parte rispetto allo 0;

- due numeri discordi si trovano da parti opposte rispetto allo 0;

- due numeri opposti si trovano da parti opposte rispetto allo 0, in posizione simmetrica.

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Forza centrifuga in una vasca d’acqua rotante

Quando un contenitore pieno d’acqua è fermo (in un sistema di riferimento inerziale) la superficie dell’acqua è piatta, quindi è orizzontale. Non appena il contenitore viene piazzato su una piattaforma rotante e ruota con una velocità angolare costante, la superficie dell’acqua assume un profilo di forma parabolica, dovuto alla forza centrifuga del sistema di riferimento rotante (non inerziale).

L’osservazione di questo effetto incoraggiò Isaac Newton a formulare le sue leggi del moto per i sistemi di riferimento inerziali. Si tratta della famosa esperienza del secchio di Newton che fece pensare al grande scienziato che esistesse uno “spazio assoluto” in cui era possibile descrivere il moto dei corpi.

Il concetto di un sistema di riferimento assoluto dominerà la Fisica fino al 1893, anno in cui Ernst Mach formulerà il suo principio di Mach che afferma che: l'inerzia di ogni sistema è il risultato dell'interazione del sistema stesso con il resto dell'universo. In altre parole, ogni particella presente nel cosmo ha influenza su ogni altra particella. Con l’avvento della Relatività ristretta (1905) e della Relatività Generale (1916) da parte di Einstein, il concetto di spazio assoluto viene completamente abbandonato.

Questo effetto, anche se non è vero che dimostra l’esistenza dello spazio assoluto, permette però di modellare la forma dei grandi specchi per telescopi professionali. Essi infatti devono avere un profilo perfettamente parabolico. Il vetro fuso viene fatto ruotare in una fornace a temperatura e velocità angolare costanti. La velocità di rotazione determina la curvatura parabolica esatta dello specchio. La temperatura viene gradualmente abbassata e lo specchio si solidificherà esattamente con la forma desiderata.

Nel seguente filmato possiamo vedere cosa provoca la forza centrifuga in una vasca d’acqua rotante. Buona visione a tutti.

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La Fisica mal conosciuta (e fraintesa)

Molte teorie della Fisica moderne richiedono una conoscenza matematica notevole. Però i divulgatori non rinunciano a semplificare la materia per renderla più “digeribile” al grande pubblico. La divulgazione, però, introduce anche alcune distorsioni. Credo sia inevitabile, ma in certi casi queste distorsioni diventano molto accentuate quando ci si mette in mezzo la “spettacolarizzazione” giornalistica. Anche nei film la Fisica viene trattata molto male e vi si vedono cose che non hanno alcun corrispettivo nella realtà.

Le teorie della Fisica più “distorte” da una cattiva divulgazione sono sicuramente tre:

1) Relatività.

2) Meccanica quantistica.

3) Teoria delle stringhe.

Nell’immaginario collettivo la Teoria della Relatività viene confusa con il “relativismo”. Spesso sento dire frasi come questa: “Einstein ha detto che tutto è relativo”. Niente di più falso, ovviamente. La Teoria della Relatività invece si basa su due postulati che non lasciano spazio al “relativismo”. Leggiamo insieme questi due postulati:

a) La velocità della luce è uguale in tutti i sistemi di riferimento.

b) Le leggi della Fisica appaiono uguali in tutti i sistemi di riferimento inerziali (cioè che si muovono tra loro con moto rettilineo uniforme).

Dov’è finito il “relativismo”? Se leggiamo bene i due postulati si potrebbe anzi concludere che Einstein volesse affermare che “tutto è assoluto”. Si potrebbe ribattezzare con il nome di Teoria dell’Assolutismo.

Per quanto riguarda la Meccanica Quantistica le cose vanno anche peggio. Il Principio di Indeterminazione è stato ridicolmente deformato diventando “tutto è incerto” o anche “tutto è indeterminato” o persino “niente è sicuro”. Anche in questo caso l’interpretazione è catastroficamente lontana dalla realtà. Il Principio di Indeterminazione afferma solo che due grandezze fisiche come posizione e impulso o energia e tempo non possono essere misurate simultaneamente con precisione infinita. Se si misura la posizione di una particella con precisione, si deve rinunciare ad altrettanta precisione nella misura dell’impulso; se si misura l’impulso con grande precisione, si deve rinunciare alla precisione nella determinazione dell’impulso.

Perché succede questo? La spiegazione di questa indeterminazione ha creato uno dei più gravi fraintendimenti di questa teoria.

Infatti si dice che l’indeterminazione quantistica è dovuta al fatto che quando si osserva un sistema fisico, nello stesso tempo si modifica in sistema stesso. Se voglio osservare la posizione di una particella, ad esempio, devo usare un almeno un fotone (o diversi fotoni) che urtano contro la particella, vengono riflessi fino a colpire il mio occhio (o un rivelatore). Il problema è che il fotone urtando la particella ne modifica necessariamente posizione e impulso. Da qui deriva l’indeterminazione. Il problema è che nell’immaginario collettivo questa indeterminazione viene estesa anche ai sistemi fisici visibili ad occhio nudo. Un oggetto visibile ad occhio nudo è formato da miliardi di miliardi di particelle e quindi i fotoni che vengono fatti urtare sulla sua superficie per poterlo vedere, non lo spostano di niente! Quando guardiamo un masso di una tonnellata la nostra “osservazione” non lo modifica per niente. Però questo non ha impedito a molti di restare legati alla convinzione che “l’osservazione modifica la realtà”, tanto da poter usare la Meccanica Quantistica come una conferma scientifica per spiegare fenomeni paranormali come la telecinesi. La cosa sembra suggerire che si possa cambiare la realtà con il pensiero! Peccato che la Meccanica Quantistica non ha nessuna correlazione con questa convinzione che così resta del tutto campata in aria, senza nessun supporto scientifico.

Il fenomeno dell’entanglement quantistico, divulgato in maniera distorta, ha fatto danni ancora maggiori. Se si creano due particelle nello stesso punto dello spazio-tempo, queste due particelle restano legate dal punto di vista delle caratteristiche fisiche anche se vengono allontanate a grande distanza. Se si modifica lo stato fisico di una particella, si modifica istantaneamente lo stato fisico dell’altra. Il fraintendimento di questo fenomeno è così radicato che ha creato la convinzione che possa fornire un supporto scientifico al fenomeno della telepatia, cioè della comunicazione a distanza con il pensiero. Peccato che l’entanglement quantistico non è in grado di trasmettere informazioni e quindi non permette di comunicare alcunché a distanza. Invece potrebbe avere applicazioni tecnologiche molto “fantascientifiche” come il teletrasporto. Alla fine, anche in questo caso, i fraintendimenti hanno generato una “leggenda metropolitana” dura a morire. Credo che per quanto riguarda i fenomeni paranormali questi fraintendimenti siano stati “voluti” allo scopo di dare una base scientifica a ipotesi che altrimenti sarebbero state completamente campate in aria.

La Teoria delle Stringhe è una teoria ancora più affascinante ed ha persino la pretesa di essere una “teoria del tutto”, cioè in grado di unificare i fenomeni della Fisica sotto un unico denominatore comune. Ma la Teoria delle Stringhe possiede una complessità matematica davvero straordinaria e più aumenta la complessità matematica e più il “grande pubblico” ci vede qualcosa di misterioso ed esoterico. In particolare uno dei principi compatibili con la Teoria delle Stringhe è il famoso Principio Olografico. Il fraintendimento di questo principio ha portato moltissimi pessimi divulgatori ad affermare che “siamo tutti degli ologrammi”! L’affermazione è stata riportata con il copia-incolla in moltissimi siti, blog, riviste, telegiornali senza minimamente controllarne la correttezza. Per anni e anni questo copia-incolla ha imperversato (e continua a farlo) fino a diventare una specie di “verità acquisita” dura a morire.

In realtà il Principio Olografico non dice affatto che siamo tutti ologrammi. E non è nemmeno un principio, ma una semplice congettura che afferma che le particelle che cadono in un buco nero possono essere descritte come se si muovessero in uno spazio bidimensionale (superficie) e non nel normale spazio-tempo a quattro dimensioni. La portata del Principio Olografico è quindi molto limitata e non si spiega come mai possa essere stato esteso a tutta la nostra esistenza fino a farlo diventare “siamo tutti ologrammi”.

Fate attenzione ai fraintendimenti scientifici .

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