Spieghiamo il funzionamento di 3 oggetti comuni: GPS, pellicola trasparente e la schiuma nella birra

Scienza nel quotidiano: analizziamo questi 3 strumenti con cui abbiamo a che fare tutti i giorni.

 

Quante volte ci è capitato di bere una birra ed avere a che fare con la schiuma? Quanti spostamenti fatti usando Google maps? Quanti fogli di pellicola trasparente abbiamo utilizzato? Approfondiamo il funzionamento dal punto di vista fisico.

Fisica dietro il GPS

Il Gps (Global Positioning System) è il sistema di posizionamento terrestre. Il suo funzionamento dipende da 27 satelliti orbitanti. Ogni satellite si trova a circa 17.000 km dalla Terra e compie due rotazioni del pianeta al giorno. Cosa c’entra la fisica con tutto questo?

• Alla base del sistema GPS, c’è il postulato fondamentale della teoria della relatività, ovvero il fatto che la velocità della luce (e quindi la velocità di tutti i segnali radio) è costante, e indipendente dal moto della sorgente e
del ricevitore.

• La posizione di un ricevitore è determinata facendo una “triangolazione” ottenuta misurando il tempo di percorrenza del segnale emesso da alcuni satelliti in orbita terrestre

• Se fosse vera la fisica di Galileo-Newton la velocità di un segnale emesso da
un satellite in orbita dipenderebbe da direzione e velocità del satellite, rendendo impraticabile il calcolo.

Per quanto riguarda la curvatura temporale, sappiamo che un campo gravitazionale curva lo spazio-tempo. Ovvero, gli intervalli temporali e spaziali sono deformati dalla presenza di un campo. Assodato ciò, siamo al corrente che gli orologi a Terra hanno un campo gravitazionale molto più grande di quello che sentono i satelliti a circa 20000 km d’altezza(quindi il tempo scorre diversamente dove siamo noi rispetto a dove sono i satelliti). Se non considerassimo la dilatazione temporale e la curvatura dello spazio-tempo, avremo un errore di circa 2.2 km!

 

Schiuma nella birra

Secondo lo scienziato russo Andrei Varlamov,(e secondo i bevitori di birra più esperti) la schiuma è fondamentale per mantenere intatto l’aroma delle bevande. Il ruolo di contenimento della schiuma è dovuto in buona parte alla cosiddetta azione capillare. Si tratta di quel fenomeno fisico che, per esempio, tiene appesa una goccia finché non la cogliamo con un dito. Più precisamente, si tratta dell’insieme delle forze molecolari che regolano l’adesione di un liquido alle pareti di un solido.

In primis la schiuma si forma perché i produttori vi pompano anidride carbonica , chiudendo poi ermeticamente i contenitori. Quando si versa la birra nel bicchiere, la minor pressione e l’intensa turbolenza del liquido permettono all’anidride carbonica disciolta di raccogliersi in bolle. Queste salgono verso l’alto formando una schiuma corposa.
Passato un certo tempo, però, la schiuma sparisce sia perché l’anidride carbonica sfugge attraverso le pareti delle bolle sia perché la forza di gravità assottiglia le bolle e ne facilita la rottura.

Pellicola trasparente

Utilissima per sigillare recipienti, è dotata di un grande potere adesivo. Come spiegano i ricercatori dell’Enea, l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, ciò è dovuto principalmente alla polarizzazione dei dipoli elettrici all’interno dei materiali, che tendono a orientarsi in modo da rendere minimo lo stato di energia.
Nel caso della pellicola trasparente il processo di srotolamento genera attrito, che favorisce una polarizzazione elettrostatica. Questa orienta le molecole della pellicola secondo una direzione preferenziale, attirando cariche elettriche opposte sulla superficie degli oggetti cui viene accostata, come i recipienti ceramici: si crea una specie di “ponte elettromagnetico”.
La pellicola “induce” il recipiente a orientare i propri dipoli elettrici in modo da presentare sulla superficie delle cariche opposte alle sue. Sappiamo che cariche elettriche di segno opposto si attraggono e quindi la pellicola viene attratta dalla superficie del recipiente e vi aderisce.

 

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