La cinematica

La cinematica è un ramo della Fisica che descrive il movimento dei corpi indipendentemente dalle cause che lo producono.

La cinematica si serve dei concetti fondamentali di spazio e tempo per stabilire come varia la posizione di un corpo nel tempo e ricostruire quindi la sua traiettoria, cioè il percorso lungo cui si sposta dal momento in cui inizia il suo movimento fino a quando si arresta.

Per esempio nel moto di un corpo che scivola senza attrito lungo un piano inclinato, possiamo verificare che lo spazio percorso varia sempre con il quadrato del tempo trascorso dall'inizio del moto: cioè, se dopo 1 secondo il corpo si è spostato di un metro, dopo 2 secondi lo spostamento sarà di 4 metri, dopo 3 secondi di 9 metri e così via.

L'insieme di tutte le posizioni del corpo in ogni istante del suo moto lungo il piano inclinato costituisce la sua cinematica.

La superconduttività

La superconduttività è il fenomeno nel quale a temperature estremamente basse la resistività elettrica di molti materiali (fra i quali circa un quarto dei metalli e più di un migliaio fra leghe e composti) si annulla.

Però al di sopra di una temperatura caratteristica, detta temperatura critica T_c, ogni superconduttore diviene un conduttore normale, la cui resistenza cresce all'aumentare della temperatura. I superconduttori si comportano in modo diverso dai normali conduttori anI che dal punto di vista magnetico.

Se si applica un campo magnetico a un campione superconduttore (raffreddato al di sotto della temperatura critica), il flusso magnetico all'interno del materiale rimane nullo: il superconduttore è un materiale perfettamente diamagnetico, nel senso che le correnti indotte producono, una risposta capace di escludere dall'interno del campione il flusso prodotto da un campo magnetico esterno.

Questa espulsione di B (campo magnetico) da un campione superconduttore avviene anche quando, partendo da una temperatura alta alla quale il campo magnetico penetra al suo interno, lo si raffredda portandolo a una temperatura inferiore alla temperatura critica.

Il fenomeno prende il nome di effetto Meissner. Malgrado il susseguirsi di molti lavori importanti su questo fenomeno, soltanto nel 1957 fu proposta una teoria convincente della superconduttività; tale teoria è fondata sulla fisica quantistica ed è chiamata teoria BCS dai cognomi degli scienziati americani John Bardeen (1908-1991), Leon N. Cooper e John R. Schrieffer, i quali nel 1972 ricevettero il premio Nobel per i loro contributi.

La teoria BCS richiede conoscenze avanzate di meccanica quantistica e in questo post ci accontenteremo di darne soltanto alcuni cenni

L'idea fondamentale è che esiste una debole interazione tra coppie di elettroni di conduzione che, muovendosi nel cristallo con spin opposti, sono anche lontani uno dall'altro. L'interazione non è diretta, ma è mediata dagli ioni del reticolo con un meccanismo che può essere così descritto:

1. un elettrone in moto interagisce elettricamente con alcuni ioni del reticolo e trasferisce loro una certa quantità di moto;

2. per le proprietà elastiche del cristallo, questo impulso dà luogo alla propagazione di un'onda, che corrisponde a un aumento localizzato della densità di carica positiva dovuta agli ioni del cristallo;

3. un secondo elettrone, che ha spin opposto al primo e passa nella zona del reticolo così perturbata, risente di un eccesso di attrazione coulombiana e assorbe la quantità di moto che era stata ceduta al reticolo dal primo elettrone.

Quindi, con la mediazione degli ioni del reticolo, i due elettroni si scambiano quantità di moto e ciò è la più chiara manifestazione del fatto che tra di essi si esercita una forza. Un esame approfondito permette di concludere che si tratta di una debolissima forza attrattiva, i cui effetti, se la temperatura del cristallo è elevata, sono completamente cancellati dal moto di agitazione termica degli ioni e degli elettroni. Se la temperatura è però abbastanza bassa (al di sotto della temperatura critica), la forza è sufficiente per legare i due elettroni a formare quella che si chiama una coppia di Cooper.

Essendo il legame molto debole, le coppie si formano e si rompono in continuazione e fra i due elettroni di una coppia (la cui distanza spaziale è dell'ordine del micron) vi sono milioni di altri elettroni. Ciò non toglie che le coppie di Cooper vadano trattate come particelle che, avendo momento angolare nullo. dato che gli spin dei due elettroni sono opposti, si comportano come bosoni.

Seppure in modo approssimativo, abbiamo potuto descrivere la formazione di coppie di Cooper, usando il modello corpuscolare degli elettroni e degli ioni del reticolo. Per spiegare la superconduttività il modello corpuscolare non e però adeguato ed è necessario applicare la meccanica quantistica, che insegna che bosoni, occupando uno stesso stato quantico, formano un «condensato di bosoni» e, pertanto, tendono a muoversi tutti coerentemente nella stessa direzione e con la stessa velocità.

La teoria quantistica rappresenta questo comportamento con una sola funzione d'onda, che descrive il moto coerente di milioni di coppie di Cooper. Sotto l'effetto di una differenza di potenziale applicata dall'esterno al superconduttore, la funzione d'onda si «mette in moto» e, così, tutte le coppie di Cooper sono obbligate a muoversi con la medesima quantità di moto.

Per perturbare il moto della funzione d'onda sarebbe necessario cambiare di uno stesso ammontare la quantità di moto di tutte le coppie, applicando a tutte la stessa forza; ciò però non può accadere nelle interazioni casuali dei singoli elettroni cor gli ioni del reticolo. In definitiva, il condensato di coppie di Cooper continua a muoversi indefinitamente attraverso il reticolo senza incontrare resistenza e il materiale si comporta, se la temperatura è abbastanza bassa, da superconduttore.

L'esistenza di una sola funzione d'onda che descrive il comportamento collettivo di milioni di coppie di Cooper permette di spiegare (anche se in questo post non è possibile entrare nei dettagli) anche l'espulsione del campo magnetico dai materiali superconduttori, e cioè l'effetto Meissner.

Questi comportamenti collettivi sono esempi di quantizzazione macroscopica, cioè di effetti delle leggi della meccanica quantistica che si estendono dalla scala microscopica a quella degli oggetti che possiamo comunemente maneggiare.

Essi hanno grande importanza pratica, perché permettono la trasmissione di grandissime correnti e la produzione di intensissimi campi magnetici con bassi consumi di energia elettrica.

Come funziona l'orecchio

Come funziona l'orecchio? Come fa l'orecchio a farci percepire quelle infinite, straordinarie, insostituibili sensazioni sonore che ci regala ogni giorno della nostra vita? Si tratta di un sorprendente sistema, che è semplice e complesso allo stesso tempo, e che è basato sul sistema di ossa più piccolo presente nel nostro corpo (martello, incudine e staffa) e su una membrana (il timpano).

Il timpano vibra a causa del suono e trasmette la sua vibrazione ai tre ossicini citati prima. L'ultimo di questi ossicini, la staffa, è a contatto con la coclea. La coclea è una struttura a forma di chiocciola che ha il compito di trasformare le vibrazioni meccaniche indotte dalla staffa in impulsi nervosi che vengono inviati al cervello. Al cervello spetta infine il compito di elaborare questi impulsi nervosi.

E' un sistema davvero incredibile che ci fa vedere quante meraviglie sono contenute all'interno del nostro corpo.

Nel seguente breve filmato (in inglese) possiamo vedere una animazione che mostra con immagini ciò che ho descritto a parole nelle righe precedenti. E' una spiegazione molto semplificata (non adatta a chi sta cercando qualcosa di specialistico), ma permette di capire in maniera semplice e immediata come funziona l'orecchio umano. Se si desidera qualche approfondimento in più, potete vedere questi due interessanti filmati su YouTube: orecchio1 e orecchio2 a cura di Piero Angela.

Buona visione del video.

Andare a Canossa

Andare a Canossa significa chiedere umilmente perdono, sottomettersi, in particolare dopo una condotta spregiudicata.

I resti del castello di Canossa

Al castello di Canossa nel 1077 l'imperatore tedesco Enrico IV, scalzo e con l'abito dei penitenti, andò a chiedere perdono al papa Gregorio VII che l'umiliò con una attesa di ben tre giorni. Enrico IV era stato scomunicato dal papa e questo aveva indebolito moltissimo il suo potere.

Il cacao fa bene al cuore

Il cioccolato è considerato già da molto tempo una delizia e un peccato, troppo buono per resistere, ma anche troppo ricco di grassi per poterne mangiare in quantità eccessive.

Dagli Stati Uniti, un paese che ha sempre avuto grandi problemi a causa dell'alta incidenza di obesità e di malattie cardiovascolari, arriva la notizia che proprio nel cioccolato si nascondono preziose sostanze in grado di annientare ipertensione e ictus.

In realtà questi miracolosi composti chimici non si trovano nel cioccolato, che è un prodotto dolciario, ma nel cacao, cioè nel frutto dal quale il cioccolato viene ricavato. Il cacao cresce nelle piantagioni tropicali dove ha già compiuto una sorta di miracolo.

Infatti noi sappiamo che in America il 90% degli anziani soffre di ipertensione, invece i ricercatori della Harvard Medical School hanno notato che gli indiani Cuna, che vivono nelle isole San Blas, al largo della costa orientale di Panama, non si ammalano mai di ipertensione né di ictus e non sviluppano demenza senile in vecchiaia.

Sembrava che il segreto della buona salute dei Cuna risiedesse del fatto che i Cuna non usano sale. Infatti il sale di solito è uno dei maggiori responsabili dell'ipertensione. In realtà si è visto che i Cuna, al contrario, usano moltissimo sale. In seguito si è scoperto che queste persone si dissetano con una bevanda a base di cacao bevendone più di 5 bicchieri al giorno.

Pestando con l'acqua i semi di cacao i Cuna liberano un gruppo di sostanze dette flavonoidi che nel cacao sono molto abbondanti. Sono queste sostanze che proteggono il cuore e le arterie dai danni del colesterolo e ne favoriscono la dilatazione.

Il cacao è un vero e proprio anti ipertensivo naturale e adesso sta per essere sottoposto ad un test ancora più importante. Si vuole dimostrare che, non solo il cacao favorisce la dilatazione delle arterie, ma che protegge anche dalla demenza senile, che è il declino cognitivo legato all'età. E in effetti si è già riusciti a dimostrare che il cacao riesce a incrementare la circolazione arteriosa nel cervello, adesso bisogna solo capire se questo aumento porti dei benefici a livello dei processi cognitivi.

Per maggiori informazioni sul cacao e sulle sue meravigliose proprietà curative di ipertensione e ictus, vi consiglio di guardare questo servizio di SuperQuark che ha ispirato questo post.

Buona visione.

La CPU più veloce del mondo è AMD e raggiunge gli 8,429 GHz

AMD mette a segno un record straordinario. Una cpu AMD FX ha battuto il record del processore più overcloccato del mondo, raggiungendo la notevole frequenza di 8,429 GHz (il record precedente apparteneva ad un processore single-core Intel Celeron D 352). La CPU FX di AMD è un processore a 8 core che fa parte della nuova architettura Bulldozer.

Questa performance è stata ottenuta da AMD in laboratorio; il processore era immerso in elio liquido per ottenere un raffreddamento estremo. La cpu è stata overcloccata anche con un normale raffreddamento ad aria e ad acqua raggiungendo la notevole frequenza di 5 GHz.

Nel filmato possiamo vedere le immagini del record della cpu più overcloccata del mondo. Buona visione.

Come misurare il diametro del Sole

Si può misurare il diametro del Sole? La risposta è sì ed è una misura così facile che chiunque lo può fare con un apparato molto semplice da costruire in casa.

L'apparato per misurare il diametro del Sole

Nel filmato che vi presento in questo post, possiamo vedere le istruzioni passo per passo per costruire questo semplice apparato. Basta un righello (di legno o di metallo) della lunghezza di almeno un metro, del cartoncino, carta a quadretti (ma meglio procurarsi carta millimetrata, un Sole da misurare (ma quello c’è sicuramente) ;-)

La misura del diametro del Sole si basa sulle proprietà geometriche dei triangoli simili, quindi questa esperienza didattica permette anche di ripassare un po’ di geometria e, se lo fate solo per pura curiosità o conoscenza personale, per rispolverare le vecchie nozioni di geometria imparate a scuola.

Alla fine si otterrà una misura del diametro del Sole abbastanza precisa, in qualche modo soprendente, dato che la nostra stella dista da noi circa 150 milioni di chilometri.

Il video è in inglese, ma è chiarissimo anche per chi non lo conosce. In questo modo sarà possibile sapere come misurare il diametro del Sole e nello stesso tempo è possibile fare un buon ripasso di geometria sui triangoli simili; come se non bastasse si potrà apprendere qualche buona nozione di astronomia. Buona visione a tutti.

Come arredare una casa piccola

E’ possibile arredare una casa piccola senza per questo rinunciare allo spazio vitale o all’estetica? In realtà possono esistere dei modi sorprendenti per farlo. Lo spazio non è mai abbastanza, ma spesso, quando immaginiamo l’arredamento di una casa ragioniamo “a due dimensioni”, cioè ragioniamo considerando le superfici e non i volumi.

Se si cambia prospettiva si vede però che in una casa esistono tantissimi “spazi nascosti” che si possono sfruttare. L’abilità sta nel trovarli. Per fare questo ci vuole una certa creatività, infatti potremmo dire che gli spazi piccoli sono fatti per coloro che sono capaci di grandi idee.

Per capire meglio questo concetto possiamo guardare questo filmato realizzato da IKEA che ci mostra alcuni esempi per arredare una casa piccola senza rinunciare alla funzionalità e all’estetica. La funzionalità è essenziale, perché se si riempie la casa di mobili e di cianfrusaglie fino al punto di non potersi più muovere, non si è fatto un buon lavoro. Ma anche se si trovano soluzioni con mobili ammassati, nonostante lo spazio che si riesce a ricavare, non si è fatto un buon lavoro.

Nel filmato che vi presento si nota che, sfruttando lo spazio dal punto di vista verticale, si ottengono risultati sorprendenti, ma anche alcune disposizioni che implicano un vero e proprio uso del pensiero laterale sono interessanti. L’importante è non porre limiti alla propria creatività e non preoccuparsi di avere idee troppo ribelli.

Se volete proprio arredare una casa piccola, non potete non guardare questo filmato . E allora buona visione a tutti.

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Elettricità dalla frutta

E’ possibile ottenere elettricità dalla frutta? La risposta è decisamente sì. 20 anni fa l’ENEA, e quindi anche la ricerca italiana, deteneva la leadership mondiale del fotovoltaico. Come era prevedibile l’abbiamo persa, visto che la ricerca scientifica in Italia è considerata meno che immondizia, e adesso sono altri i paesi che sono grandi produttori di pannelli solari fotovoltaici, quelli che convertono la luce solare in elettricità.

Recentemente però a Lecce, il CNR, l’Università del Salento e l’Istituto Italiano di Tecnologia, stanno studiando la possibilità di realizzare pannelli solari più efficienti che usano estratti di frutta e verdura. Nonostante sembri qualcosa di bizzarro, in realtà questa tecnologia è già pronta per entrare nel grande mercato, ma ancora ha qualche difficoltà ad imporsi nel marketing tradizionale che è attualmente dominato dai pannelli solari fotovoltaici al silicio.

Queste celle solari innovative funzionano in maniera simile alla clorofilla delle piante, cioè assorbono la luce solare ma producono corrente elettrica solo se inserite in un dispositivo ottimizzato per questo scopo. La cosa è davvero interessante, perché a farle funzionare sarà una “marmellata di mirtilli” e questa marmellata sarà quindi in grado, in un futuro che si spera vicino, di far funzionare gli elettrodomestici delle nostre case.

Per produrre energia elettrica il pigmento estratto dai frutti di bosco deve essere fissato ad un sottile film bianco costituito da nanocristalli di ossido di titanio. In questo modo sta nascendo fotovoltaico di terza generazione, si tratta quindi di celle solari che fanno uso di sensibilizzatori organici, come succo di mirtillo, buccia di melanzane o arance rosse di Sicilia (!), invece del silicio policristallino e amorfo dei pannelli solari fotovoltaici attuali.

Le nuove celle solari hanno alcuni grandi vantaggi: riducono a metà i costi del fotovoltaico, sono biodegradabili, sottilissime e semitrasparenti. Sono anche in grado di integrarsi perfettamente nelle pareti verticali di un edificio, in un tessuto o nel parabrezza dell’auto. Uno dei più grandi vantaggi è, secondo me, che riescono a funzionare perfettamente con la luce diffusa, cioè non è necessario esporle alla luce diretta del Sole, in parole povere possono produrre energia elettrica anche con la luce ambientale all’interno di una stanza. Si tratta quindi di una tecnologia davvero straordinaria e si spera che possa avere il successo commerciale che merita.

Intanto, per maggiori informazioni sulle celle solari che funzionano con la frutta potete guardare questo breve servizio di TG Leonardo che vi illustra la situazione. Buona visione.

 

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11 settembre 2001, per non dimenticare

11 settembre. Oggi il web sarà pieno di post commemorativi come questo, ma io ho scritto qualcosa lo stesso perché tutti dovrebbero ricordare quel giorno funesto.

Io, ad esempio, ricordo che stavo facendo un pisolino pomeridiano e quando mi sono alzato c'era mio padre davanti alla tv. "Sembra che ci sia stato un attentato" mi disse.

Vedevo le immagini di un grattacielo con il fumo che usciva. Ci sono voluti alcuni minuti per capire che quello era tutto "vero" e che non si trattava di un "film di fantascienza".

Per capire che due aerei avevano colpito le Torri Gemelle a New York c'è voluto forse anche qualche minuto in più. I servizi televisivi erano confusi, concitati, loro stessi non sapevano bene cosa dire. Alla fine si è capito che stavamo tutti guardando gli esiti del più grande attentato terroristico che fosse mai stati concepito e messo a segno.

Oggi sono passati dieci anni da quel giorno e il "trauma" materiale e psicologico non si è ancora rimarginato. Anche chi non si trovava a due passi dalla tragedia può capire quanta sofferenza, paura, dolore, incertezza e sgomento ci fossero in quegli istanti. Il tempo forse aggiusta tutto, ma non proprio tutto, qualcosa resta sempre.

Per questo, prima di tutto, prima di qualsiasi scontata considerazione, il nostro pensiero deve essere rivolto alle vittime del disastro e ai loro parenti sopravvissuti. Nella speranza che in futuro non si sia un altro 11/9.

Come in molte tragedie umane, anche nel caso della tragedia dell'11 settembre, si sono verificati casi di "sciacallaggio mediatico". Sto parlando dei famigerati "complotti dell'11 settembre". Si tratta di una serie di "teorie alternative" che affermano che giorno 11 settembre 2001 non furono Al Qaeda e Bin Laden i mandanti dell'attentato, ma una fantomatica cospirazione che mirava a trovare un pretesto per far partire un'ampia operazione di guerra che avrebbe portato il presidente Bush e gli Stati Uniti nientemeno che alla conquista del mondo!

Ovviamente esistono molte varianti di queste teorie del complotto che non posso illustrare in questo post, ma per averne una panoramica basta collegarsi al blog undicisettembre.

La mia opinione è che queste teorie sono solo un modo per confondere le acque, per guadagnare soldi sulla sofferenza degli altri, per distrarre l'opinione pubblica e non so per quale altro motivo. Nessuno mi venga a dire che sono "scientificamente provate" perché non è vero, non c'è fondamento in queste ipotesi. Per rendersi conto di ciò, basta dare di nuovo un'occhiata al blog undicisettembre (già citato prima) per leggere di ben 110 ipotesi diverse del complotto che sono state smentite dai fatti.

Nella seguente playlist (sono sette filmati) di YouTube possiamo vedere un documentario d'indagine sulle ipotesi di complotto riguardanti gli attentati dell'11 settembre 2001. Vedrete come tutte le ipotesi di complotto, una volta confrontate con i fatti, si "sciolgono" come un ghiacciolo al sole.

Buona visione.

Come nascono le buone idee?

Esiste un modo per avere buone idee? In realtà modi ne esistono tanti ed è possibile anche capire quali sono.

Basta andare indietro nella storia delle grandi intuizioni e invenzioni dell’umanità, per capire in quali situazioni e ambienti nascono le buone idee. La prima cosa che si nota è che raramente una buona idea è merito di una sola persona.

Spesso una persona riesce a pensare solo ad una parte di un’idea, ma per sfruttarla realmente avrebbe bisogno di un’idea che è nella mente di qualcun altro. Bisogna vedere se queste due persone hanno la fortuna di incontrarsi.

A volte la situazione è ancora più complessa e il problema può essere risolto solo dalle idee che nascono da molte persone. A questo punto le probabilità che queste persone possano incontrarsi e comunicare è davvero minima.

Da questo ragionamento si arriva subito a comprendere l’importanza e l’utilità di Internet. E’ vero che Internet ci distrae da tante normali e importanti attività umane, ma d’altra parte ci permette una comunicazione e una condivisione di idee senza precedenti. Questa condivisione è anche veloce.

Per questo motivo il web è uno strumento straordinario di creatività. Coloro che sono nati prima dell’era del web, come me, ricorderanno come fosse difficile reperire informazioni su qualsiasi cosa e, ovviamente, senza informazioni diventa più difficile anche avere buone idee. In realtà Internet è diventato ormai la versione moderna dei Caffè dell'Illuminismo o dei Saloni letterari del Modernismo, che erano le antiche "officine" della creatività.

Non era solo più difficile, ma anche più dispendioso a livello di tempo. Per conoscere le previsioni del tempo bisognava aspettare il telegiornale, e comunque si sarebbero viste le previsioni solo per l’Italia, adesso basta sedersi davanti al computer e digitare “meteo” per avere subito previsioni del tempo per tutto il pianeta. Non è una differenza da poco.

Ovviamente questo è solo uno dei numerosi esempi che si possono fare (il primo che mi è venuto in mente), ma serve per farci capire che di solito ci si concentra sugli aspetti negativi di Internet dimenticando gli innumerevoli aspetti positivi e che possono ancora fare avanzare la nostra civiltà.

Come nascono le buone idee è anche un interessante saggio scritto da Steven Johnson che è stato presentato in questo video dalla grafica davvero accattivante. Qui si spiegano alcuni dei concetti accennati prima e che costituiscono il nucleo del suo saggio. Buona visione.