L'efficienza energetica dei computer raddoppia ogni 18 mesi

Secondo la legge di Koomey, l'efficienza energetica dei computer raddoppia ogni 18 mesi. Questa legge sta diventando una legge fondamentale dell'informatica, come la più antica e famosa legge di Moore che dice che è la potenza dei computer a raddoppiare ogni 18 mesi.

Questo si vede soprattutto con i notebook. Ad esempio, qui ho letto che se un MacBook Air avesse la stessa efficienza energetica di un computer del 1991, la batteria durerebbe circa 2,5 secondi: non avrebbe nemmeno il tempo di completare il boot!

Un MacBook Air

Questo ci fa capire che in 20 anni le batterie dei computer portatili (e quindi anche quelle di tutti i dispositivi mobili, come i cellulari) hanno fatto davvero passi da gigante. Non solo le batterie, ma anche l'efficienza energetica dei normali computer ha fatto passi da gigante.

E' ovvio che se la potenza raddoppia ogni 18 mesi e, nello stesso tempo raddoppia anche l'efficienza energetica, possiamo avere dei dispositivi mobili che restano carichi per lo stesso periodo di ore, ma hanno una potenza raddoppiata ogni 18 mesi.

In realtà il vero obiettivo dovrebbe essere di ottenere computer più potenti ma con efficienza sempre maggiore, tale da eclissare la legge di Moore e facendo prevalere la legge di Koomey. Bisogna produrre, ad esempio, notebook sempre più potenti, ma nello stesso tempo riuscire ad aumentare in maniera ancora più rapida la durata delle batterie.

In realtà il mercato negli ultimi mesi ci spinge proprio in questa direzione. Mi ha fatto impressione leggere su tom's Hardware che nel 1985 il fisico (premio Nobel) Richard Feynman, analizzando il fabbisogno elettrico dei computer, calcolò che si poteva migliorarne l'efficienza di un fattore pari a 100 miliardi prima di raggiungere un limite dovuto alle leggi fisiche.

Fino a questo momento si è migliorati di un fattore 40000 e questo ci fa capire che il limite è ancora molto lontano. Quindi i normali computer possono migliorare enormemente ancora per molti decenni prima di dover ricorrere a soluzioni di computazione quantistica per ottenere potenze di calcolo ancora maggiori.

E se si pensa che con l'aumentare dell'efficienza energetica dei computer, si apre anche la concreta possibilità di alimentarli con normali celle solari (come ho già mostrato in questo post dal titolo La CPU solare della Intel), capiamo subito che il futuro dell'informatica ci riserverà certamente grandi e gradite sorprese.

Come si forma la sabbia?

Come si forma la sabbia? Prima di spiegarlo diciamo che la sabbia è una roccia sedimentaria incoerente, derivata dalla frantumazione di altre rocce e minerali, composta da granuli separati, prevalentemente a base di silicio, di dimensioni variabili tra 0,5 e 0,2 millimetri.

Se i granuli sono più voluminosi di hanno le ghiaie, se sono più minuti si ha il limo, mentre le sabbie cementate e compatte sono dette arenarie.

La sabbia si forma in seguito all'erosione e alla degradazione meccanica e meteorica di altre rocce, e ai successivi processi di sedimentazione. Perciò si trova in grandi quantità nei depositi alluvionali, morenici e lungo i litorali marini.

Particolare importanza hanno le sabbie formate dal vento (di origine eolica) che, nei climi aridi e caldi, formano i deserti. Diversa origine hanno le cosiddette sabbie vulcaniche, prodotte dall'accumulo di materiale vulcanico incoerente come frammenti di lave e di lapilli.

E' possibile che la sabbia si formi anche dall'accumulo di scheletri e di gusci di organismi marini. Molti organismi infatti intrappolano il carbonato di calcio o la silice presenti in soluzione nell'acqua per sviluppare organi di sostegno e di protezione, soprattutto gli invertebrati. Alla morte di questi organismi gli scheletri si conservano e finiscono per depositarsi sulla spiaggia, formando immensi accumuli. I molluschi sono gli organismi più noti, ma molta sabbia è prodotta da alcune specie di alghe verdi e dai coralli. Nel passato hanno costituito un'importante fonte di materiale granulare anche i foraminiferi, soprattutto nell'Eocene (tra i 55 e i 33 milioni di anni fa).

La sabbia è utilizzata nella fabbricazione del vetro, in edilizia nella preparazione delle malte, in siderurgia, e come materiale abrasivo.

Una delle cose secondo me più belle che vengono realizzate con la sabbia sono le fantastiche sculture di sabbia. Ammiro incredibilmente chi riesce a realizzare questi capolavori. In questo filmato, ad esempio, possiamo vedere i campionati europei di sculture di sabbia che si sono svolti a Jesolo nel 2011. Buona visione.

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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