Dove finisce la temperatura

Tutti sappiamo cos’è la temperatura no? Cos’è caldo e cos’è freddo, e che le cose calde hanno una temperatura più alta. A guardarci bene, però, la temperatura è un casino. Ci sono anche diversi modi perché la sua stessa definizione, per quanto sembri intuitiva, vada all’aria.

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La magnetica scienza delle elezioni

Elezioni e referendum sono roba complicata: un mucchio di persone devono decidere cosa fare, ci sono tantissimi fattori che entrano non gioco. Insomma, sembra pressoché impossibile per la fisica capirci qualcosa. Sfida accettata!

credit: wikimedia

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Certo, non è possibile capire cosa passa per la testa a ciascuno di noi. Ma se mettiamo assieme abbastanza persone, si può capire cosa succede a livello collettivo. L’idea è simile a come si estrapolano cose come la temperatura e la pressione dell’aria in una stanza, tralasciando cosa faccia ogni singola molecola.

I fisici hanno usato una quantità di modelli per sbrogliare la matassa elettorale e descrivere un sacco di cose, dall’affluenza alle urne alla performance dei candidati. Inizia tutto da come prendiamo posizione, e il modo più semplice di descriverlo sono i magneti.

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Spin su una griglia, quelli opposti ai loro vicini (collegamenti rossi) sono meno stabili e tendono a rovesciarsi per allinearsi (collegamenti verdi).

Il modello per descrivere come i magneti “scelgono” come mettere i poli è un pilastro fondamentale della cosiddetta meccanica statistica. Prendiamo un numero di spin, piccoli aghi di bussola magnetici, e diciamo che possono puntare “in su” o “in giù”—votare sì o no ad un referendum, volendo. Ognuno di loro ha un piccolo campo magnetico, e tutti si influenzano a vicenda, cercano di allinearsi ai loro vicini o di farli allineare a sé. Allo stesso modo i nostri amici, parenti e conoscenti talvolta ci convincono delle loro posizioni, oppure noi convinciamo loro.

Ovviamente, prendere decisioni è immensamente più complesso di così—e anche il magnetismo, comunque. Tuttavia possiamo usare questo modello per isolare l’effetto di diversi fattori. Prendiamo ad esempio i social media e la famigerata “bolla”.

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Credit: Gerd Altmann/pixabay

Facebook ( ma non solo) mostra a ciascuno di noi preferenzialmente cose con cui siamo d’accordo, e fa sparire il resto. Nei termini dei nostri spin, è come se si tagliassero i collegamenti con vicini che puntano dalla parte opposta. L’effetto è che si formano blocchi di spin tutti allineati, in cui nessuno sente l’altra campana. La società si spacca in due. Suona familiare?

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Collegamenti selettivi spaccano in due la società degli spin, creando blocchi isolati di individui testardamente d’accordo tra loro.

È un esempio molto semplificato (di un effetto piuttosto semplice, tra l’altro), che però mostra come i modelli possano isolare effetti diversi. Perciò possono anche dirci quali manopole possiamo girare per cambiare il clima elettorale e la discussione.

Ovviamente questo non vuol dire che abbiamo risolto il comportamento umano: è importantissimo ricordare che questi sono modelli super-semplificati, e che ci sono tantissime cose che entrano in gioco in votazioni reali. Più le scienze sociali e quelle naturali si parlano, più questi modelli e i loro risultati miglioreranno.

Nel frattempo, votate.

Per saperne di più

 

Foto copertina: CC0 Andreas Breitling, via pixabay.com

Tre curiosità estive (e mezza)

Perché non ci si abbronza dietro al vetro

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Dal sole ci arriva luce di ogni colore, anche quelli che non esistono. Prendiamo i raggi ultravioletti (o UV) che, come suggerisce sottilmente il nome, hanno una lunghezza d’onda più corta del viola. Questa luce è più viola del viola, che però è l’ultimo colore che siamo in grado di vedere: niente colori UV per noi.

I raggi UV possono danneggiare cellule, che si proteggono producendo melanina per proteggersi. Più melanina si ha, più la pelle è scura. Chi non ne produce tanta di suo può stimolarla mettendosi al sole, abbronzandosi.

Il vetro l’abbiamo inventato e perfezionato per vederci attraverso: ci interessava la luce visibile. Ma il fatto di essere trasparente cambia a seconda della lunghezza d’onda della luce. E infatti la luce UV non attraversa bene il vetro.

Meno luce UV vuol dire che la nostra pelle si preoccupa meno, e quindi non si abbronza.



Raffreddamento estremo coi laser

pixabay.com

Quando pensiamo ai laser, probabilmente pensiamo a laboratori, scintille, fumo, pistole laser, spade laser… Il freddo, insomma, non è in cima alla lista. Ma per raffreddare davvero qualcosa (e intendo vicino allo zero assoluto), il laser è uno dei modi migliori.

Se si va a vedere nel profondo della fisica, la temperatura esprime quanto veloce si stanno muovendo le cose. Ad esempio, l’aria in una stanza è fatta di tante molecole che si muovono di continuo, qualcuna più veloce, qualcuna meno. Più alta è la temperatura dell’aria, più alta è la media di queste velocità. Viceversa, meno si agitano le molecole, più bassa è la sua temperatura.

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Solitamente raffreddiamo le cose mettendole a contatto con qualcosa di più freddo, e il rallentamento delle particelle arriva (in un certo senso) di conseguenza. Ma coi laser è diverso.

Semplificando molto, ci sono tre coppie di laser che si incontrano in un punto, dove abbiamo messo gli atomi da raffreddare. Perciò, se un atomo si muove in una certa direzione, va per forza incontro ad almeno un fascio laser, che è stato preparato in modo da cedergli un pochino di energia, spingendolo indietro.

Così ogni atomo è obbligato a stare praticamente fermo, e il gruppo di atomi si raffredda.

 

Perché il ventilatore fa fresco

CC-BY-SA haru__q/flickr.com.

 

Per lo stesso motivo per cui soffiare sul brodo lo raffredda. Ma andiamo in ordine.

Quando fa caldo sudiamo.

Le molecole di acqua nel sudore si agitano—qualcuna più veloce, qualcuna meno—e si scontrano tra loro di continuo. Quanto veloci vanno, come abbiamo visto, c’entra con la loro temperatura.

Deboli forze tra una molecola e l’altra le tengono vicine, e così l’acqua resta liquida. Ogni tanto, però, una molecola molto veloce può riuscire a sfuggire a queste forze, evaporando. La velocità media delle molecole rimaste indietro si abbassa, e così anche la loro temperatura.

Le molecole evaporate, tuttavia, non vanno molto lontano, così possono essere “catturate” dal liquido, rientrando nel gruppo. La superficie di ogni microscopica gocciolina di sudore, quindi, è un continuo andirivieni.

Il ventilatore soffia via le molecole evaporate, che così non possono essere ricatturate, sbilanciando il delicato equilibrio della superficie. In questo modo, sempre più molecole lasciano definitivamente le gocce di sudore, si portano via del calore e raffreddano la nostra pelle. Che è anche il motivo per cui il brodo si raffredda soffiandoci su.

… e perché l’afa peggiora il caldo

L’idea è la stessa del ventilatore, ma al contrario.

Più l’aria è umida, più acqua contiene. Perciò è anche più probabile che molecole d’acqua vengano catturate dalle gocce di sudore. L’equilibrio della superficie si sposta nell’altra direzione, il sudore evapora lentamente e il caldo ci resta addosso più a lungo.

 

Per saperne di più
  • Un sito di fotografia spiega quello che ci perdiamo a non vedere gli UV
  • Una simulazione interattiva per capire meglio la faccenda movimento-temperatura
  • La spiegazione più precisa del raffreddamento laser sul sito dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
  • Il grande Richard Feynman spiega più in dettaglio la storia del brodo e dell’evaporazione
  • Due cose in più su Sole, abbronzatura e scottature
Amorefisico va in vacanza! Ci risentiamo il 9 settembre
Buone vacanze!

 

Foto copertina: CC0 Counselling, via pixabay.com

1+1 fa davvero 2?

Il nostro mondo quotidiano, tutto sommato, non è troppo complicato per la fisica. Dalle ipotesi (solitamente sbagliate) di Aristotele alle leggi di Galileo e Newton abbiamo un’idea abbastanza precisa di come funziona. Con uno studio pubblicato su Nature Communications, un team internazionale guidato da ricercatori italiani ha dimostrato che il mondo microscopico non è altrettanto intuitivo.

Gli scienziati hanno immerso sfere di vetro grandi qualche millesimo di millimetro in un liquido oleoso. In determinate condizioni, l’agitazione delle molecole del liquido crea una forza tra due sferette vicine, un po’ come se ci fosse una molla a collegarle. Ognuna di loro, perciò, sente la spinta della sua vicina. L’effetto è simile a quello dimostrato in questo video (dal minuto 2 circa).

Intuitivamente, aggiungendo un’altra vicina, la nostra sferetta dovrebbe sentire una forza uguale alla somma della spinta delle due vicine. Dopotutto, se sto spingendo un oggetto—tipo un’auto in panne—e chiedo ad un amico di aiutarmi, la forza totale che esercitiamo sull’auto è semplicemente la somma della mia spinta più la sua.

Ma nel mondo microscopico non è così semplice. Il professor Andrea Gambassi della SISSA di Trieste (e uno degli autori dello studio) spiega che, nei loro esperimenti “la forza complessiva che una particella ‘percepisce’ su di sé è diversa dalla somma delle interazioni con ciascuna delle altre due, se queste fossero presenti da sole”. In pratica, la forza di due sferette assieme è diversa dalla somma delle forze che le due eserciterebbero separatamente. 1+1, questa volta, non fa 2.

La forza tra le sferette in funzione della loro distanza. Le linee rappresentano la somma delle forze che le sferette eserciterebbero da sole, i pallini quella misurata. CC-BY Palatugu et al/Nature.

“Conoscere questi effetti è molto importante, sia dal punto di vista della ricerca di base, sia dal punto di vista pratico, per coloro che studiano come creare micro-macchine”, continua Gambassi. La ricerca fa sempre più progressi verso robot microscopici per eseguire operazioni mediche non invasive. “Per capire come i diversi ‘ingranaggi’ interagiscono questa conoscenza è cruciale, soprattutto in presenza di fluidi”.

 

Foto copertina: Floating Balls, CC-BY-NC sibhusky2, via Flickr. Some rights reserved.