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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Chi ha scoperto l’America?

Che l’America sia stata scoperta dagli europei è ormai un dato acquisito, anche se molti dicono che i Vichinghi vi sbarcarono secoli prima di Cristoforo Colombo. Ora però si è aggiunta un’altra ipotesi: in un libro intitolato Across Atlantic Ice due archeologi affermano che i primi a colonizzare il nuovo continente furono effettivamente degli europei, ma di ben 20000 anni fa! Arrivavano dalla Spagna e dalla Francia viaggiando lungo un ponte di ghiaccio.

Quindi non da est, ma da ovest, non dall’Asia, ma dall’Europa, non dalla Siberia, ma dall’Iberia. Secondo Dennis J. Stanford e Bruce A. Bradley, a mettere per primi i piedi in America non furono gli asiatici dallo Stretto di Bering, ma degli europei che attraversarono l’Atlantico tra 22000 e 17000 anni fa, molto prima dell’arrivo in Alaska dei futuri pellerossa e indios. L’ultima glaciazione, il Würmiano, era al culmine e d’inverno l’oceano congelava fino alla Spagna del sud. Non è così strano, concludono i due archeologi dello Smithsonian Institute e dell’Università di Exeter, che popolazioni abituate al freddo estremo abbiano potuto costeggiarlo a piedi o in barca per 4000 chilometri dall’Europa all’America, trascinati anche dalla Corrente del Golfo.

(La massima estensione dei ghiacci durante l’ultima glaciazione. Esisteva un ponte di ghiaccio tra l’Europa e l’America che avrebbe permesso ad antiche popolazioni lo spostamento tra i due continenti)

Alle perplessità che hanno accolto il libro i due autori rispondono di essersi limitati a comporre in un quadro unitario scoperte che avevano già scosso la teoria della colonizzazione dall’Asia e citano, ad esempio, il ritrovamento di scheletri alti e dal cranio allungato, diversi dal tipo fisico amerindio e spesso più antichi di quello. Una distanza confermata da recenti analisi sul DNA che avrebbero rilevato marcatori genetici compatibili con l’origine europea dei resti. A sostegno della loro tesi, Stanford e Bradley giocano anche una carta “archeotecnologica”. I proto americani avrebbero ottenuto i loro strumenti, oggi ritrovati anche sott’acqua, là dove in era glaciale le terre erano emerse, con una tecnica di scheggiatura a pressione caratteristica del solutreano, una cultura diffusa in Francia e in Spagna nel Paleolitico Superiore. Arnesi identici, in altre parole, da una parte e dall’altra dell’oceano, alcuni addirittura realizzati in Europa e portati in America, come sostengono i due studiosi dopo avere esaminato il tipo di pietra.

Sarebbero stati dei solutreani, dunque, probabili cacciatori di foche a spingersi lungo il pack fino a scoprire il nuovo mondo. Se le cose andarono davvero così, rimasero soli per 6000 anni, poi dovettero incrociare i loro passi con i nuovi ospiti venuti dall’Asia, probabilmente più numerosi, organizzati, pur conservando nel loro genoma le tracce di un antico rimescolamento con i solutreani, questi ultimi prevalsero e rimasero gli unici americani fino a quando Colombo non pose le basi per un ritorno in forze degli europei.

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La vita su Marte: ecco le nuove scoperte

Sono passati 51 anni dal primo volo nello spazio di Jury Gagarin (nel 1961) e sono passati anche 31 anni dal primo volo dello Shuttle Columbia (12 aprile 1981). Anche il progetto Shuttle sembra qualcosa di "antico" nell'era dei computer. Molti di noi ricordano i suoi primi lanci quando eravamo ancora bambini. Sembra strano che l'esplorazione spaziale, da sempre sinonimo di "futuro", stia diventando sempre più "passato". Tra un decennio solo quelli vicini alla pensione (vicini si fa per dire...) ricorderanno il volo di Gagarin!

Ma, a questo punto, qual è il vero futuro dell'esplorazione spaziale?

Tracce di ghiaccio d'acqua all'interno di un cratere di Marte

Il professor Roberto Orosei dell'Inaf  di Roma ha parlato recentemente delle ultime scoperte che riguardano il pianeta Marte. Orosei ritiene che la scoperta più importante sia quella del metano nell'atmosfera marziana. Questo perché il metano non può sopravvivere a lungo in quel tipo di ambiente perché viene distrutto dalla radiazione ultravioletta proveniente da Sole. Questo significa che se c'è metano nell'atmosfera di Marte è perché questo viene prodotto da "qualcosa" in maniera continua. Di solito il metano viene prodotto da sistemi biologici. In fatto che su Marte siano state trovate tracce di ghiaccio d'acqua e, contemporaneamente, di metano può avere un significato molto importante.

Anche se il ghiaccio non è un buon segno per la presenza della vita, gli scienziati non si sono ancora arresi e credono di poter trovare acqua liquida in strati di terreno profondi alcuni metri sotto la superficie di Marte. Ed è proprio uno strumento italiano, un radar, che sta cercando tracce di acqua nel sottosuolo marziano.

Ma come si fa a sapere che il metano può essere prodotto da sistemi biologici? Il metano viene prodotto da due processi fondamentali: l'attività vulcanica e l'attività dei batteri. La prima ipotesi può essere facilmente scartata: l'attività vulcanica su Marte è già terminata alcuni miliardi di anni fa. Resta da sondare la seconda ipotesi.

Dall'analisi della struttura geologica della superficie di Marte si è ormai potuto appurare che sul pianeta in un'epoca molto lontana c'era acqua liquida. Probabilmente si era diffusa la vita. Se si riuscisse a dimostrare questa tesi, e cioè che la vita si sviluppò su Marte indipendentemente dalla vita sulla Terra, dovremmo ammettere che la vita sia un processo biologico molto comune che "deve" svilupparsi quando ci sono le condizioni ambientali adatte. Quindi è possibile che l'Universo brulichi di vita.

Per capire in maniera definitiva se c'è (o c'era) vita su Marte sarebbe necessaria una missione spaziale su Marte che possa mettere la parola fine a questo enigma. Ecco quale sarebbe il vero futuro dell'esplorazione spaziale, e potrebbe portare una rivoluzione scientifica davvero imponente.

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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Scienza e fede

Siamo nel Terzo Millennio e gli uomini vivono tra scienza e tecnologie pervasive e non solo resta spazio per Dio, ma Dio è ovunque. Così esordisce un numero speciale del NewScientist, una delle più importanti riviste scientifiche del mondo. Si tratta di un numero speciale intitolato The God Issue (la questione Dio). La rivista indaga su dove e da quanto tempo risieda nel cervello umano l’idea o il bisogno di religiosità. Un pensiero, una sensibilità costante, probabilmente insopprimibile, occupa i pensieri dei filosofi, ma anche di tutte le persone che si dicono laiche o che professano l’ateismo.

(La copertina del numero speciale del 17 marzo 2012 della rivista NewScientist, dedicato alla questione Dio).

L’indagine del NewScientist non potrebbe non procedere in modo scientifico. Lo psicologo e antropologo sostiene che la mente nasce con uno spazio interno dedicato a Dio o all’idea o al bisogno di Dio o di divinità o di religione che dir si voglia. Da un punto di vista più antropologico un’altra parte del saggio disamina l’idea di Dio insieme alla nascita dell’uomo dagli albori e qui afferma che l’idea di Dio è stata decisiva per generare la civilizzazione. E’ così insita nella mente e nella psicologia l’idea di Dio che in suo nome sono state però alzate bandiere di guerra e organizzate invasioni ed eccidi contro gli altri, spesso colpevoli solo di essere fedeli ad un altro Dio.

NewScientist fa parlare poi Alain de Botton, divulgatore e filosofo svizzero il quale in libro recente, Religion for Atheists (titolo italiano: Del buon uso della religione. Una guida per i non credenti), dice in sostanza che non è tema posto in genere dagli uomini in termini razionali e che dunque non gli interessa. Egli aderisce piuttosto al pensiero di Richard Dawkins, etologo e biologo dell’evoluzione, secondo cui il senso di Dio è una manifestazione di limitatezza di vedute.

Non potevano non chiedersi quelli di NewScientist se l’ipotesi di Dio sia verificabile e allora vi si dice che la maggior parte dei membri dell’Accademia delle Scienze USA non crede a una divinità. Comunque è importante citare che l’Accademia ha affermato ufficialmente che la scienza non dice nulla sul soprannaturale e quindi si dichiara neutrale sull’argomento.

C’è da dire però che, involontariamente, la scienza nella storia ha spesso ricondotto alcuni fatti ritenuti soprannaturali a fatti perfettamente spiegabili scientificamente. E’ una neutralità non del tutto neutrale…

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Le bibite gassate fanno male al cuore

Le bevande gassate sono nemiche del cuore. Lo afferma il “solito” studio americano finito sulle pagine di una prestigiosa rivista scientifica, Circulation, della associazione dei cardiologi americani (American Hearth Association). Addirittura, chi beve le più popolari bevande gassate, rischia di aumentare le probabilità di un attacco di cuore. Se guardiamo bene questo studio, vediamo che il nemico non è il gas, l’anidride carbonica, che produce le bollicine, bensì il solito zucchero.

Lo studio che ha coinvolto quasi 43000 uomini americani, seguendone gli stili di dieta, mostra come il tipico bicchiere di bevanda gassata da 12 once (un terzo di litro), contenga 10 cucchiaini di zucchero. Se poi pensiamo che mediamente si consumano, per un pasto da fastfood con hamburger e patatine, 20 once di bevanda (quindi mezzo litro), ecco che lo zucchero sale fino a 15-18 cucchiaini. Se a questo poi si aggiungono l’abitudine al fumo, sedentarietà e sovrappeso, la probabilità di rovinarsi la salute in poco tempo diventa davvero molto alta. Infatti il rischio di infarto aumenta del 20%.

Questo ci fa capire che in fondo le bevande gassate non sono l’unica causa di infarto! Lo studio alla fine indica solo che non è bene ingurgitare da 15 a 18 cucchiaini di zucchero in un solo pasto. Se ci mettessero davanti una tale quantità di zucchero, nessuno lo mangerebbe senza pensare che è una quantità spaventosa! Il problema che tale quantità di zucchero disciolta nella bevanda non ci fa rendere conto di cosa stiamo facendo realmente.

Pensiamoci ogni volta che beviamo una bibita gassata…

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