Misurare la velocità della luce con una barretta di cioccolato!

Tutte le onde dello spettro elettromagnetico (luce visibile, raggi X, radioonde, microonde, ecc…) viaggiano alla velocità della luce (c = 299792,428 m/s nel vuoto). Per un’onda, la lunghezza d’onda moltiplicata per la frequenza ci da la velocità della luce:

Dove λ è la lunghezza d’onda e ν è la frequenza. I forni a microonde funzionano creando un’onda stazionaria al loro interno. Le diverse parti dell’onda riescono a cucinare in maniera più o meno efficiente. La distanza tra questi punti non è altro che la lunghezza d’onda delle microonde generate dal forno. Se il forno produce microonde alla frequenza di 2,45 GHz, ci possiamo aspettare una lunghezza d’onda pari a:

Nel calcolo è stata inserita la velocità della luce nel vuoto, ma quella nell’aria differisce di pochissimo. Ogni 12,2 cm all’interno del forno a microonde si dovrebbe trovare uno “spot” in cui la cottura è maggiore, se questo si può effettivamente misurare, allora abbiamo misurato la velocità della luce!

Nel seguente filmato possiamo vedere come si può effettuare, alla luce dei calcoli che sono stati appena fatti, la misura della velocità della luce usando un forno a microonde e una semplice barretta di cioccolato . Alla fine della misura, la barretta di cioccolato potrebbe sparire ad una velocità superiore a quella della luce! Fate attenzione se ci sono bambini vicino a voi (ma anche io sono ghiotto di cioccolato).

Buona visione.

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Eruzione dell'Etna del 30 luglio 2011 (video)

Dopo soli 5 giorni dall'ultima eruzione, l'Etna si ripete e stavolta "in prima serata". Il seguente filmato (scusate la qualità davvero pessima, ma l'ho girato con una fotocamera digitale) l'ho fatto verso le ore 21 del 30 luglio 2011 e mostra delle alte fontane di lava e si scorge anche una colata. Il tutto è emesso dalla bocca eruttiva ai piedi del cono del cratere di Sud Est. Il filmato che avevo ripreso il 25 luglio 2011 (di mattina) lo potete trovare qui.

UPD del 31 luglio. Ho inserito un secondo filmato un po' migliore.

Buona visione dei due filmati.

Questo è un po' migliore:

Principio di indeterminazione di Heisemberg: una semplice dimostrazione

Il principio di indeterminazione di Heisemberg è un principio fondamentale della meccanica quantistica. La formulazione più famosa di questo principio si può riassumere nella seguente formula:

Dove Δx è l’incertezza nella posizione e Δp è l’incertezza dell’impulso, “h tagliato” è la costante di Planck divisa per 2π . In pratica significa che il prodotto delle incertezze di posizione e impulso di una particella è maggiore o uguale della costante di Planck. Questo significa che ogni volta che diminuisce l’incertezza della posizione deve aumentare l’incertezza dell’impulso e viceversa.

Nell’esperimento che possiamo vedere nel seguente filmato possiamo assistere ad una bellissima dimostrazione sperimentale del principio di indeterminazione di Heisemberg che fa uso dei fotoni, le particelle che compongono la luce. In questo caso possiamo vedere come tanto più una fenditura da cui passa un raggio laser diventa stretta, tanto più indeterminata risulta la direzione di uscita di questo stesso raggio laser da quella fenditura. Un esperimento davvero semplice ma che ci permette di vedere un principio davvero fondamentale della fisica! Buona visione.

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La scienza spesso è magia: le onde del pendolo (video)

Quindici pendoli con fili di lunghezze diverse, posti l’uno accanto all’altro con lunghezze crescenti che formano giochi visivi dinamici davvero suggestivi e, in qualche modo, realmente spettacolari. Spesso la Fisica non è solo scienza ma è anche un po’ magia… Poiché il periodo di oscillazione di un pendolo dipende dalla lunghezza del filo (oltre che dall’accelerazione di gravità), pendoli di lunghezze diverse avranno periodi di oscillazione diversi. Se tutti i pendoli vengono fatti partire nello stesso modo, dopo un po’ le loro oscillazioni si “sfaseranno”, creando degli effetti davvero bellissimi . Per una spiegazione più esauriente di questo esperimento potete consultare questa pagina (in inglese): Pendulum Waves.

In questo video potete vedere i pendoli con i loro suggestivi effetti visivi. Buona visione.

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Energia dalle canne (video)

La comune canna domestica si chiama Arundo donax ed è molto diffusa nelle acque dolci. Fino ad oggi non è stata considerata una specie vegetale molto interessante, ma tra alcuni mesi potrebbe diventare la protagonista di una straordinaria “rivoluzione energetica”. Nel seguente filmato possiamo vedere di cosa si tratta. Gli inviati della trasmissione Superquark sono andati a “spiare” nei laboratori di una delle industrie chimiche più importanti in Italia, la Mossi & Ghisolfi. Questa industria è specializzata nella produzione di plastiche.

Ed è in questi laboratori della Mossi & Ghisolfi che è stato messo a punto un metodo per estrarre il bioetanolo dalla cellulosa dei residui agricoli come la paglia, o da piante non alimentari come la Arundo donax citata prima. Questo viene chiamato bioetanolo di seconda generazione, per distinguerlo da quello che viene ricavato da piante alimentari come la canna da zucchero o il mais. Ovviamente ottenere il bioetanolo da piante che non servono per l’alimentazione umana ha dei grandi vantaggi, come ad esempio il fatto che le piante da cui viene estratto non rischiano di avere delle impennate di prezzo, essendo legate in questo modo al mercato dei carburanti.

I dettagli di questo nuovo metodo del estrarre bioetanolo dalla canna comune li potete vedere (e sentire ) nel seguente filmato tratto dalla puntata di Superquark del 21 luglio 2011.

Buona visione.

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Bosone di Higgs: forse la scoperta è vicina!

Il bosone di Higgs è una delle particelle elementari che hanno acquisito più fama negli ultimi anni, non solo perché è una particella fondamentale per confermare uno dei meccanismi più importanti del Modello Standard (la teoria oggi più accreditata per spiegare il mondo delle particelle elementari), ma anche perché è una delle ricerche più importanti che si stanno effettuando presso il grande acceleratore LHC del CERN. Per dare una spiegazione “terra terra” possiamo pensare che il bosone di Higgs è una particella che conferisce massa alle altre particelle. Il bosone di Higgs spiegherebbe pertanto come mai le varie particelle hanno una certa massa e non un’altra.

La notizia recente è che l’effettiva osservazione del bosone di Higgs sembra avvicinarsi. Lo dimostrano alcuni risultati ottenuti presso l’acceleratore LHC e che sono riassunti nei due seguenti grafici.

 

 

I due grafici mostrano la massa ipotetica del bosone di Higgs (sull’asse orizzontale) e la frequenza di produzione e decadimento del bosone di Higgs che siamo in grado di escludere (asse verticale). In verde e in giallo sono le fasce previste della teoria del modello Standard, la linea nera continua invece è quella osservata sperimentalmente. I due grafici sono stati ottenuti con due strumenti diversi (Atlas e CMS) e mostrano qualcosa di interessante: alle basse energie (sotto 145 GeV) la curva osservata è leggermente più alta di quella prevista. Il fatto che questo sia stato osservato con due strumenti diversi indica che “qualcosa ci potrebbe essere”. Ancora niente di sicuro, ma almeno si conosce l’intervallo di energie in cui potrebbe essere più probabile trovare il tanto agognato bosone di Higgs. Restiamo in attesa di nuove misure e, forse, prepariamoci a stappare una bottiglia di spumante .

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Eruzione dell'Etna del 25 luglio 2011 (video)

Stamattina l'Etna ci ha svegliati con potenti boati. Sono riuscito a fare un breve video di questa breve eruzione e ve lo faccio vedere subito. Non è di grande qualità, ma rende l'idea del fenomeno. Tra i rumori delle automobili si sentono anche i boati. Questa eruzione dell'Etna del 25 luglio 2011 rientra tra le numerose brevi eruzioni che l'Etna ha prodotto nelle ultime settimane.

Buona visione.

Il viaggio nel tempo è impossibile

Alcuni fisici della  Hong Kong University of Science and Technology hanno messo la parola fine alla possibilità di realizzare il sogno fantascientifico del viaggio nel tempo. La possibilità di realizzare il viaggio nel tempo è legata alla possibilità di superare la velocità della luce. Einstein poneva come limite di velocità nell’universo quella della luce e questa sua affermazione, nella teoria della relatività, era elevata al rango di postulato. C’era un’evidenza sperimentale per poter azzardare questo postulato: l’esito negativo dell’esperimento di Michelson - Morley.

Il prof. Du Shengwang (foto sopra), a capo del gruppo di ricerca che ha fatto la scoperta, ha affermato di avere dimostrato che i singoli fotoni obbediscono al postulato relativistico del limite della velocità della luce. Negli ultimi anni il sogno di superare la velocità della luce era diventata una speranza per molti fisici dato che alcuni effetti quantistici suggeriscono la possibilità che questa velocità, in qualche modo, si possa superare. Secondo Du gli effetti come quello della velocità di fase delle onde elettromagnetiche, sono degli effetti ottici e in realtà il singolo fotone non è in grado di superare in alcun modo la velocità della luce.

Un duro colpo per gli amanti della fantascienza? Non credo, perché la fantascienza riesce sempre a “inventare” altri modi per giustificare i viaggi nel tempo e nello spazio. Penso che questa notizia disturberà molto di più coloro che credono nei viaggi interstellari degli alieni… . Per noi fisici o “amanti della fisica” invece è una grande scoperta che conferma la validità di una teoria importantissima come quella della relatività.

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I cinque sensi in realtà sono quindici!

A scuola si limitano a citare solo i primi cinque sensi del nostro corpo. Sin dalle scuole elementari ci insegnano che abbiamo cinque sensi: vista, udito, tatto, olfatto e gusto. In realtà i ricercatori arrivano a contare anche fino a 20 sensi! In questo post viene proposta una classificazione dei sensi meno estesa (15 sensi), ma sicuramente più corposa di quella che di solito impariamo a scuola .

Ecco gli altri 10 sensi che si possono individuare nel nostro corpo.

1) Il senso di “quando si deve andare in bagno”.

Forse non ci si pensa, ma se non ci fossero dei recettori nervosi nel retto o nella vescica che ci avvertono che dobbiamo defecare o urinare, sarebbe un piccola guaio .

 

2) Il senso della fame e della sete.

Anche in questo caso esistono dei recettori che ci avvertono della necessità di bere o di mangiare. In realtà dovrebbero essere due sensi distinti e separati, ma per alcuni animali marini non c’è distinzione tra sete e fame, dato che traggono il liquidi dal cibo.

 

3) Il senso del prurito.

Nella pelle esistono diversi tipi di recettori, quelli che ci danno il senso di prurito sono separati dagli altri. Questi sono i recettori più facili da ingannare in tutto il corpo. Scommetto che in questo momento stai cominciando a sentire prurito in tutto il corpo .

 

4) Il senso della pressione.

Riusciamo a capire quando qualcosa non ci tocca, quando ci tocca leggermente e quando ci tocca fortemente. Riusciamo a capirlo anche quando non sentiamo alcun dolore. Il senso della pressione ci permette di evitare di riempirci di lividi tutti i giorni . Il senso della pressione è molto importante per gli esseri viventi vertebrati per evitare lo schiacciamento.

 

5) Il senso della temperatura.

Anche il senso della temperatura è molto importante per non farci male seriamente. Ci impedisce di bruciarci quando cuciniamo e di congelarci se di notte stiamo a guardare le stelle. I recettori della pelle che ci fanno sentire caldo o freddo sono specializzati e funzionano indipendentemente dagli altri recettori.

 

6) Il senso della posizione del corpo rispetto a se stesso (propriocezione).

La propriocezione ci permette di trovare le chiavi in tasca o di guardare la tv mentre stiamo scrivendo qualcosa sulla tastiera del pc e anche di lavarci i denti. Ci fornisce il senso del nostro corpo in relazione a se stesso. Senza questo senso nei cinema non venderebbero più patatine e popcorn, perché nessuno sarebbe capace di portare il cibo alla bocca al buio . La propriocezione ha salvato Hollywood .

 

7) Il senso della posizione del corpo.

E’ la capacità di capire se siamo in piedi o a testa in giù e che ci permette di capire subito se stiamo cadendo. Senza questo senso sarebbe difficile scendere o salire le scale .

 

8) Il senso del movimento.

Questa è una sensazione che potrebbe essere molto legata alla vista, ma in realtà noi siamo in grado di rilevare spostamenti del nostro corpo anche ad occhi chiusi.

 

9) Il senso del trascorrere del tempo.

Dopo avere visto Il Signore degli Anelli al cinema non ci stupisce che quando usciamo dalla sala sono passate “solo” tre ore e mezza! Anche se ci siamo immedesimati completamente con il personaggio di Frodo e abbiamo partecipato con cuore e anima alle epiche battaglie contro il Signore Oscuro, non abbiamo percepito un tempo pari a giorni o mesi. Distratti dalle belle scene abbiamo mantenuto una buona percezione di quanto tempo è passato in realtà.

 

10) Il senso del dolore.

Forse è uno dei sensi più importanti che possiede il nostro corpo. Scientificamente si chiama nocicezione ed è quello che ci insegna che dobbiamo essere sempre molto prudenti nei nostri movimenti. Probabilmente in molti casi il dolore ci da veramente fastidio e ci piacerebbe non sentirlo. A volte un breve dolore ci consente di evitare danni che per curarli ci vorrebbero anni.

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Materiali a memoria di forma

I materiali a memoria di forma sono materiali molto particolari che hanno la caratteristica di essere in grado di recuperare una forma preimpostata per effetto del semplice cambiamento di temperatura o dello stato di sollecitazione applicato. Nella letteratura scientifica si parla di leghe a memoria di forma che in inglese vengono chiamate Shape Memory Alloys (SMA). Un esempio di questi materiali sono le leghe NiTi (50% Nichel - 50% Titanio).

Negli ultimi anni i materiali a memoria di forma stanno attirando un notevole interesse a causa delle numerose applicazioni tecnologiche possibili e sfruttabili in molti ambiti diversi. Le caratteristiche principali di questi materiali sono due: la superelasticità (se l’oggetto in questione viene sottoposto a grandi deformazioni fino a circa il 10% della lunghezza iniziale, entro un intervallo di temperature caratteristiche della particolare lega risulta in grado di recuperarle) e l'effetto della memoria di forma (Shape Memory Effect: SME; è definita come la capacità di ritornare spontaneamente ad una forma preimpostata).

La superelasticità li rende interessanti per: comunicazioni, sport, costruzioni antisismiche, applicazioni biomediche e odontoiatria, accessori vari, applicazioni industriali. L'effetto della memoria di forma li rende interessanti per: applicazioni biomedicali, applicazioni aerospaziali, beni culturali, oggetti di uso quotidiano, trasporti, applicazioni industriali.

Volete vedere come si comportano i materiali a memoria di forma per "toccare con mano" le loro meravigliose proprietà? Basta che prestiate attenzione per soli 11 minuti al seguente filmato tratto dalla trasmissione televisiva Geo & Geo (Rai Tre) in cui viene intervistato l'ingegnere Girolamo Costanza, ricercatore di metallurgia presso il dipartimento di ingegneria meccanica dell'Università di Roma Tor Vergata. Non sarà difficile vederlo tutto d'un fiato, perché i materiali a memoria di forma hanno un comportamento davvero straordinario. Difficilmente dimenticherete questo filmato dopo averlo visto! :-)

Buona visione.

Scoperto il quarto satellite di Plutone: Cerbero.

Attorno al pianeta nano Plutone orbita un’altra luna. La scoperta è recente e con questa siamo a quota quattro . Plutone è un pianeta nano, ma la sua bella corte di satelliti comincia a fare invidia a quelle dei pianeti giganti .

Il piccolo satellite ha un diametro compreso tra i 13 e i 34 km ed è stato scoperto grazie alle osservazioni del telescopio Spaziale Hubble della NASA. Per il momento il nuovo satellite è stato chiamato P4, ma già qualcuno propone il nome di Cerbero , uno dei mostri mitologici posti a guardia dell’Ade.

Nelle foto sotto possiamo vedere il “puntino” che mostra la posizione di P4.