Bastano due equazioni per andare sulla Luna

“Andare sulla Luna sembrerà difficile ( credo ne abbia parlato qualcuno), ma in realtà tutto quel che serve sono due semplici regole. Entrambe scoperte dal famoso fisico e stronzo Isaac Newton, che compirà gli anni durante le vacanze… ad un certo punto.

Che bell’omino festivo! credit: csamuel.org

La prima regola è la maestosa a=F/m (probabilmente meglio nota come F=ma). Vuol semplicemente dire che, dividendo l’intensità di una forza (F) che spinge su un oggetto per la massa (m) dell’oggetto, si ottiene di quanto lo si accelera (a). È una formula che vale per tutto, ma in particolare ci dirà come si muove il nostro razzo, quindi è abbastanza importante per il nostro viaggio.

A proposito di razzi, questa formula sta dietro a come i razzi si muovono. La propulsione a razzo, infatti, si basa su quella strana faccenda della “reazione uguale e contraria”, che probabilmente avete sentito.

Se gonfiate un palloncino e lo lasciate andare, vola via facendo un rumore buffo perché l’aria all’interno viene spinta fuori dalla pressione. Però, se consideriamo il palloncino e l’aria assieme, non ci sono nuove forze che iniziano ad agire quando lasciamo la presa. Insomma F=0. Siccome il palloncino spinge l’aria fuori, dev’esserci una forza altrettanto intensa (uguale) che spinge dall’altra parte (contraria) che spinge dall’aria al palloncino. I razzi funzionano uguale, solo che hanno un sacco di tecnologia figa per farlo in maniera più efficiente.

CC-BY-ND mfrascella/flickr

L’altra equazione che Newton ci regala per il viaggio è quella per calcolare la forza di gravità. Che è stato un colpo di genio totale. Ed è abbastanza importante per noi, perché la gravità è il grosso della forza che ci troveremo davanti nello spazio. Quella della Terra, che ancora il razzo al suolo o lo strattona giù dal cielo, e quella della Luna che lo tira a destinazione. Conoscendo come funziona la gravità possiamo iniziare a tracciare la nostra rotta.

Facile no?

Mica tanto: gli astronauti—piloti di caccia con diplomi da ingegneri!—devono seguire corsi apposta per imparare a pilotare le navette spaziali. Prima ancora di arrivare a quello, dovremo costruire la navetta. Dovrà avere abbastanza spinta da sfuggire alla Terra, ma essere abbastanza solida da non esplodere mentre lo fa, e riportarci indietro tutti interi e non abbrustoliti.

Per questo Newton non è andato nello spazio.

Il cuore dei viaggi spaziali è comunque nelle sue equazioni. Tutta la ricerca di tutte quelle persone intelligentissime nelle agenzie spaziali: è tutta per migliorare come usiamo queste due semplici regole.

Grazie e buon compleanno, genio insopportabile!

E buon Natale a tutti!
Per saperne di più
  •  Se vi capita, guardatevi il terzo episodio di Cosmos: non avete sentito spiegare il lavoro di Newton sulla gravità se non ve l’ha raccontato Neil deGrasse Tyson.
  • Se vogliamo andare più lontano, invece, serve ben altro
  • La tecologia spaziale potrebbe non aver più bisogno di Newton tra un po’. Ma è tutto ancora molto vago, e francamente piuttosto strano.

 

Foto copertina: CC0 27707/pixabay

Terremoti in laboratorio

Non tutti i terremoti sono uguali. Nei casi più catastrofici, la roccia improvvisamente, cede alla pressione di altre e scivola rapidamente. Ma altre volte lo scivolamento può continuare lentamente per mesi, senza mai causare sismi percettibili.

“Non siamo mai stati in grado di riprodurre lo scivolamento lento in laboratorio”, dice Christopher Marone, dell’università Penn State. Soprattutto perché è difficile riprodurre in modo controllato il movimento “stick-slip”, in cui le rocce scivolano poco per volta, con brevi scatti, ma senza strappi.

Grazie ad un macchinario che imita il contatto tra rocce lungo una faglia, il team di Marone è riuscito a ricreare in laboratorio le condizioni che generano tutti i terremoti, compresi quelli lenti. E, regolando le forze tra le “rocce”, possono controllare che terremoto simulare.

“Nessuno era riuscito a produrre sistematicamente un terremoto lento, e tutto il ventaglio di possibilità tra questo e quelli rapidi”, dice Marone.

In passato, il suo gruppo aveva scoperto che i terremoti lenti possono essere un campanello d’allarme per quelli più dannosi: capire come funzionano potrà aiutarci a ridurre l’impatto di queste calamità.

 

Foto copertina: CC-BY James St. John, via Flickr. Some rights reserved.

La teoria non serve

“Bravi, ma cosa me ne faccio?” Questa domanda assedia noi teorici (e magari ve la siete fatta anche voi ogni tanto leggendo qui), ed è rispuntata con le onde gravitazionali. Ma non siamo affatto bravi a rispondere.

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L’incredibile materiale che estrae acqua dal nulla

Ricercatori di Harvard hanno sviluppato un materiale che, senza reazioni chimiche speciali, raccoglie umidità dall’aria. Usa solo geometrie prese in prestito da scarafaggi, cactus e una pianta carnivora.

Spesso i materiali innovativi si ispirano a geniali soluzioni naturali, ma di solito imitano una caratteristica sola.

Joanna Aizenberg dice che il suo team ha preso un’altra strada: “La nostra ricerca mostra un approccio complesso, che sposa più specie biologiche per trovare materiali altamente efficienti con proprietà senza precedenti”.

Gobbette come quelle sul dorso di uno scarafaggio del deserto sono perfette per formare goccioline. Posizionando le gobbette a “V”, come le spine dei cactus, si guidano le goccioline dove serve, con l’aiuto di una superficie ultra-scivolosa, come quella che alcune piante carnivore usano per intrappolare insetti.

Il materiale (sinistra) a confronto con una normale superficie liscia. Credit: Aizenberg Lab/Harvard SEAS

Il risultato è un materiale che raccoglie l’umidità con efficienza incredibile, usando solo geometrie e proprietà fisiche.

Le applicazioni potrebbero essere pazzesche. Il materiale può migliorare l’efficienza dei condensatori nelle centrali termiche, riducendo l’inquinamento; in più aiuterà a raccogliere acqua in zone desertiche. Mica male.

 

L’esperimento sulla relatività che teniamo in tasca

Con la scoperta delle onde gravitazionali si parla un sacco di relatività generale. Solitamente l’associamo a buchi neri e altre cose non proprio quotidiane. Ma scommetto che negli ultimi 10 minuti ognuno di noi ha tenuto in mano un esperimento sulla relatività.

Difatti, chiunque ha tenuto in mano uno smartphone o qualunque cosa con un chip GPS ha fatto un esperimento sulla relatività generale.

Non tutti sanno che, in realtà, ognuno dei 31 satelliti GPS passa le giornate a trasmettere che ora segna il precisissimo orologio atomico che ha a bordo.

Per arrivare a terra, il segnale impiega qualche centesimo di secondo. Confrontando precisamente l'ora sul nostro orologio con quella arrivata dal satellite, si può calcolare quanto è lontano. Mettendo assieme la distanza da abbastanza satelliti, si trova la propria posizione.

ingegnerando.it

Che c’entra la relatività? Secondo la teoria, più in alto in un campo gravitazionale (ad esempio, in orbita) il tempo scorre più rapidamente. Un minuto in orbita dura qualche frazione di secondo meno di un minuto sulla Terra. L’effetto, come al solito, è impercettibile.

Difatti i satelliti GPS vennero mandati in orbita la prima volta senza correzione relativistica ai loro orologi. Il risultato? In poco tempo la localizzazione era sballata di chilometri. Fortunatamente, gli ingegneri erano preparati e mandarono un comando ai satelliti per attivare la correzione.

Perciò, ogni volta che il navigatore dell’auto ci dice di svoltare nel posto giusto, ogni volta che Google Maps ci dice quanto distante è il bar più vicino, stiamo verificando la relatività generale.

 

Foto: CC-0 Sylwia Bartyzel, via unplash

C’è un’app per rilevare i terremoti?

Una nuova app, sviluppata all’Università della California a Berkeley trasforma lo smartphone in un un rilevatore di terremoti.

Gli smartphone decidono se ruotare il display in orizzontale o in verticale a seconda di come li stiamo tenendo. Per capirlo usano un sensore, detto accelerometro, che può anche essere usato per capire se qualcosa sta scuotendo il telefono. Può darsi che sia perché ci è caduto, o perché stiamo camminando, ma potrebbe anche darsi che c’è un terremoto.

I ricercatori californiani, in collaborazione con Deutsche Telekom, hanno sviluppato l’app MyShake, che distingue diversi tipi di scossoni. Se pensa di aver trovato un terremoto, attiva brevemente il GPS e manda coordinate ed intensità della scossa ai ricercatori, che confrontano i dati con quelli dei loro strumenti.

Gli smartphone non possono competere con la precisione degli strumenti scientifici, ma sono molti di più. Secondo Richard Allen, direttore del progetto,”MyShake può rendere l’allerta terremoto più rapida e accurata in aree dove c’è una rete ufficiale di rilevatori, e salvare vite dando l’allarme in zone dove questa rete non c’è”.

 

Foto copertina: CC0 Thom, via unsplash.

Come dare il nome un elemento

Volete dare il nome ad un elemento della tavola periodica? Facile! Seguite questa semplice guida.

Prima di tutto bisogna scoprire un elemento. La tavola periodica non ha buchi: tutti gli elementi con 118 protoni o meno sono già stati trovati. Siccome i nuclei molto popolosi non stanno assieme a lungo, non si trovano elementi così pesanti in natura: bisogna fabbricarli.

Questo potrebbe richiedere un po' di lavoro.

Semplificando molto, per creare un nuovo elemento si fondono due elementi esistenti. Per scoprire gli ultimi 4, hanno messo ioni di Calcio in un acceleratore, facendoli sbattere contro nuclei di Berkelio, sperando che si fondessero.

Tutti gli elementi dell’universo si sono formati così: o producendo energia nelle stelle o assorbendone durante l’esplosione di una stella.

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Chi ha fabbricato gli elementi. CC-BY-SA: Cmglee, via Wikipedia

Se il nucleo del vostro elemento sta assieme per almeno un centimillesimo di miliardesimo di secondo, dovete capire quanti protoni ha. Non serve sapere quanti neutroni. A nessuno interessano i neutroni.

Passo numero 2: pubblicare la vostra scoperta su una rivista e aspettate che qualcuno ripeta il vostro esperimento.

Quando il vostro atomo è stato riprodotto anche da altri, si va al passo 3: contattare l’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC). IUPAC analizzerà i risultati e annuncerà ufficialmente la scoperta, dando all’elemento un nome provvisorio.

Congratulazioni! Come scopritori potete fare il passo finale: scegliere un nome… concordato con le migliaia di persone che hanno fatto il lavoro con voi. Potete scegliere il nome che volete. Purché sia un riferimento mitologico, uno scienziato, un luogo, un minerale o una proprietà, e venga approvato da IUPAC.

Insomma è un po’ come dar il nome ad un bebè. Ma in quel caso il primo passo è meno complicato.

 

Aggiornamento del 4/12: Gli elementi sono stati ufficialmente approvati e sono entrati nella tavola periodica, che ora è così:

credit: sciencenotes.org

Per saperne di più
  • Dopo che gli elementi sono stati ufficialmente aggiunti alla tavola periodica, sono entrati anche nella “tavola periodica dei video” del canale YouTube Periodic Videos, che ne spiega le caratteristiche

 

Foto copertina: Pizza lab, CC-BY-NC-ND clement127, via Flickr. Some rights reserved.

 

 

Idee meno trasparenti

Lampadine, computer, stereo, tv, smartphone. Praticamente tutto quello che abbiamo intorno usa elettricità. Molta di questa energia, però, finisce solo per scaldare i dispositivi. Ricercatori del MIT cercano una soluzione.

Una possibile applicazione della ricerca è ridurre il consumo energetico delle vecchie lampadine ad incandescenza. Perciò si legge in giro che questa ricerca resusciterà le lampadine.

Non è proprio così. Secondo Marin Soljacic, autore dello studio, “Poter controllare le emissioni termiche è molto importante. Quello è il reale contributo di questo lavoro”.

Come spiegano in un articolo su Nature nanotechnology, i ricercatori hanno creato un materiale (un tipo di cristallo fotonico) che lascia passare solo alcune lunghezze d’onda della luce. In pratica, il materiale è trasparente per la luce visibile, mentre riflette i raggi infrarossi (ovvero il calore) come uno specchio.

Una possibile applicazione sono dispositivi termo-fotovoltaici: un materiale si scalda fino all’incandescenza, come una lampadina. La luce che emette, poi, viene convertita in elettricità da un pannello fotovoltaico.

Foto di copertina: CC0 Josh Byers, via unsplash.com

Attraverso la foresta

Secondo i ricercatori del MIT, passando un liquido per una microscopica “foresta” di nanotubi di carbonio, si possono filtrare molecole o virus altrimenti difficili da individuare.

“Pensate ad ogni nanotubo come rivestito concentricamente di diversi strati di polimeri—dice Brian Wardle, a capo del progetto—Disegnandoli in sezione, sarebbero come gli anelli di un albero”.

Questi rivestimenti aiutano a catturare alcune molecole nel fluido che viene fatto passare attraverso la foresta. Possono anche essere progettati appositamente per catturare selettivamente una particolare molecola.

I nanotubi di carbonio sono molto popolari di recente, essendo buoni conduttori, leggerissimi ed estremamente resistenti. Assomigliano un po’ ad una rete arrotolata, con un sacco di spazio vuoto. Per questo, una volta messi in piedi, sono ottimi per filtrare liquidi.

Secondo Wardle: “Così si può far passare molto fluido, scartando i milioni di particelle che non servono e acchiappando quella che ci interessa”.

Foto: CC0 Dan Sark, via unsplash.

Ultimo tango a Greifswald

Gli atomi ballano, sempre più vicini. La temperatura sale, loro si spogliano degli elettroni e si avvicinano ancora, fino a fondersi. Solo Barry White in sottofondo può rendere la fusione nucleare più sexy.

Greifswald è una piccola città all’estremo nord-est della Germania. Non ha molto di speciale, tranne il primo esemplare (partito la scorsa settimana) di un reattore a fusione che potrebbe rivoluzionare il campo.

La maggior parte dei reattori a fusione moderni si basano—chi più, chi meno—sul Tokamak sovietico. In pratica, fortissimi campi magnetici tengono comprimono l’idrogeno in un grande contenitore a forma di ciambella.

Purtroppo, la forza magnetica necessaria per raggiungere la fusione nei Tokamak è così intensa che spesso danneggia il reattore.

Anche il reattore di Greifswald (chiamato Wendelstein 7-X) è fatto a ciambella, ma la camera per la fusione ha strana forma “attorcigliata”. Con questa particolare geometria, mentre gli atomi danzano uno intorno all’altro, possono essere compressi stressando meno i materiali del reattore.All’interno della camera si sviluppano temperature così estreme (oltre 100 milioni di gradi) che gli atomi di idrogeno perdono i loro elettroni e si scontrano tra loro così forte da fondersi per formare elio.

Costruire questo reattore è molto difficile: i materiali che creano il campo magnetico devono rimanere a -270 gradi e stare a pochissima distanza dal centro incandescente. Anche la progettazione deve essere molto precisa, tanto che ha richiesto un supercomputer.

A dicembre sono partiti i test con l’elio, che si scalda ma non dà fusione. Se tutto funziona come sembra, partirà anche il caldo tango dell’idrogeno. E forse un nuovo capitolo della fusione nucleare.

Foto: Dancing, CC-BY Vladimir Pustovit, via Flickr. Some rights reserved.