Le mirabolanti avventure dell’idraulico più famoso del mondo ci entusiasmano da decenni, ma la scienza ha qualcosa da ridire
Tutti noi conosciamo Super Mario, l’idraulico dall’accento spiccatamente italiano protagonista di una serie omonima di videogiochi platform iniziata nel 1985 su NES, nonché personaggio protagonista di spin-off come Mario Kart o crossover come Super Smash Bros. Le sue azioni su schermo sanno entusiasmare il pubblico di qualsiasi età, ma vedremo che a volte potrebbero avere conseguenze che, non a caso, vi faranno esclamare: “Mamma mia!”
Attrito al contrario: la chiave dell’energia infinita
Nel 1992 Mario è già conosciuto e amato in tutto il mondo e la sua fama cresce a dismisure con l’uscita di Super Mario Kart, su SNES, primo capitolo di quella che sarebbe diventata una serie acclamata. Nel gioco, Mario e i suoi amici (o nemici) si sfidano in gare automobilistiche su go-kart e motociclette, sfrecciando su circuiti da capogiro, disposti a tutto pur di guadagnare la prima posizione. Un trucchetto che si impara presto ad usare è quello della derapata, ovvero una sgommata in curva con il proprio veicolo, alla fine della quale si riceve in bonus un boost temporaneo alla velocità. In sostanza, il pilota esegue un drifting (una curva in estremo sovrasterzo) e questo gli garantisce di accelerare in uscita dalla curva. Perché tutto ciò è un po’ strano? Perché quando si esegue una sgommata, si aumenta la forza di attrito tra le gomme e l’asfalto e questo dovrebbe rallentare di molto il veicolo, non accelerarlo! In fisica, l’attrito è classificato tra le forze non conservative, ovvero quelle forze il cui lavoro dipende dalla traiettoria seguita e non solo dai punti di inizio e fine (come ad esempio la forza di gravità). Inoltre, esso si oppone sempre al movimento di un corpo, diminuendone l’energia cinetica: da cui il fatto che sia una forza dissipativa. Ciò significa che più metri percorre il corpo soggetto ad attrito, più rallenta, fino eventualmente ad arrestarsi se non applichiamo forze che lo spingano. Nel caso del drifting, ci accorgiamo della sua presenza perché lo strato più superficiale del pneumatico rimane sull’asfalto, arrestato e raschiato proprio dalle forze d’attrito. Nel gioco, siamo certi che agisca per via delle scintille, rosse e blu, che volano dalla gomma: infatti, l’attrito ha anche come effetto evidente quello di generare calore, come sperimentiamo quando in inverno sfreghiamo i palmi delle mani per scaldarci. Nell’universo di Mario, però, l’attrito non sta frenando i kart, ma li sta addirittura accelerando, aumentandone l’energia cinetica. Se ciò accadesse nel nostro mondo, avremmo risolto qualsiasi crisi energetica. Un corpo in moto è sempre soggetto a una qualche forma di attrito e potremmo sfruttare questo fatto in macchinari che non solo godrebbero di moto perpetuo (che ricordiamo essere impossibile), ma che addirittura genererebbero energia dal nulla, garantendoci tutta l’elettricità di cui potremmo aver bisogno.
Il doppio salto e la sfida alla conservazione della quantità di moto
La sfida di Mario ai concetti basilari della fisica non finisce qui. Legata a doppio filo alla conservazione dell’energia, c’è la conservazione della quantità di moto, ovvero una proprietà di un corpo data dal prodotto tra la sua massa e la sua velocità. Anche questa, infatti, nel mondo di Mario sembra poter aumentare senza regole. Normalmente, trascurando i già citati e temuti attriti, la quantità di moto totale di un sistema si conserva. Un classico esempio vede protagonista un uomo con un pallone su una barca. La presenza della barca è solo dovuta al fatto che l’attrito tra lo scafo e l’acqua incide molto poco ed è trascurabile nel caso in questione. Se l’uomo lancia il pallone dietro di sé, la barca, che prima era ferma, avanza. Questo perché deve avere una quantità di moto tale da essere uguale in modulo, ma opposta in verso, rispetto a quella del pallone. Un altro caso tipico sono gli urti tra due corpi, classificati in genere in elastici, anelastici e completamente anelastici. In particolare, gli urti anelastici sono quelli in cui si conserva perfettamente la quantità di moto. Prendiamo ad esempio due palline (preferibilmente di massa diversa per osservare meglio cosa accade) su un tavolo da biliardo: quando cozzano insieme ripartono in direzioni e con velocità diverse dalle originali, ma sempre in maniera tale che la quantità di moto iniziale sia uguale a quella finale. Nella serie crossover di picchiaduro Super Smash Bros, iniziata su Nintendo 64 nel 1999, Mario è in grado di eseguire un secondo salto a mezz’aria. Ignoriamo il fatto che comunque non possa farlo all’infinito (solo questo fatto richiederebbe un’analisi a sé); in pratica, Mario e i suoi amici riescono ad acquistare ulteriore quantità di moto semplicemente mimando il movimento del salto. L’impulso che riceviamo in un salto è quello della forza di reazione che il suolo esercita su di noi in risposta alla forza che vi applichiamo con le gambe. A Mario, invece, pare basti solo volerlo: aumenta come vuole la propria velocità e, nuovamente, ciò implicherebbe la capacità di creare energia infinita. Qualcuno potrebbe obiettare che si dia la spinta muovendo l’aria sotto ai suoi piedi, ma paragonando la massa di Mario e la sua velocità con quelle delle molecole sottostanti diventa evidente che i suoi muscoli dovrebbero essere in grado di sprigionare un’energia incredibile.
I muscoli di Mario contro un’atmosfera troppo viscosa
Il fatto che Mario possa essere dotato di una forza fuori dal comune, però, non dovrebbe stupirci troppo. Lo vediamo infatti rompere senza sforzo blocchi compatti di mattoni ed eseguire salti che lo portano fino a cinque volte la propria altezza. Se pensiamo che il record del mondo di salto in alto maschile è di 2,45 metri (realizzato nel 1993 dal cubano Javier Sotomayor), è evidente che qualcosa non torni. La cosa più strana è che Mario è in grado di farlo in un mondo dove l’atmosfera è molto più densa della nostra. Quando Mario salta in alto, giustamente a una certa altezza si ferma e torna verso il suolo, esattamente come nel nostro mondo, giusto? No, o meglio, quasi. Nell’universo agisce la forza di gravità, ovvero una forza che agisce a distanza, tra due corpi, in proporzione alla loro massa ma sempre in maniera attrattiva. Essendo una forza di tipo centrale, in un corpo approssimativamente sferico come la Terra essa sarà sempre perpendicolare al suolo. Quando proviamo ad allontanarci, ad esempio saltando, osserviamo che la forza di gravità tra noi e il nostro pianeta (che chiamiamo di solito forza peso) è talmente grande da impedirci di perderci nello spazio. Tale forza, infatti, ci sottopone ad un’accelerazione rivolta verso il basso che nella fase di salita ci decelera e in quella di discesa ci accelera. Tuttavia, non viviamo nel vuoto, ma nell’aria: essendo un fluido, quando ci muoviamo in esso siamo soggetti a una forza di attrito viscoso. Tale forza è proporzionale (nei modelli più semplici che siamo in grado di costruire) alla velocità del solido che si muove nel fluido. Ciò significa che se un oggetto accelera costantemente (come appunto nel caso della caduta libera) a un certo punto raggiungerà una velocità massima, detta velocità limite. Per essere puntigliosi, questo accade solo dopo un tempo infinito, ma la legge è di tipo esponenziale e procede secondo una costante di tempo che ha un significato fisico notevole: è il tempo trascorso il quale la velocità del corpo è circa un terzo di quella che esso aveva in origine. In genere, si tende a considerare il moto come completamente sviluppato dopo 5 o 6 costanti di tempo (in pratica si è a oltre il 99,9% della velocità limite). Mario, però, raggiunge questa velocità limite nell’arco di una frazione di secondo, praticamente appena inizia la sua discesa accelerata verso il basso. Ciò si spiega solo se l’atmosfera in cui vive è particolarmente densa, o meglio viscosa. Il coefficiente di viscosità di un liquido, infatti, ne esprime la capacità di trasportare massa o, ugualmente, di opporvisi: un sasso che cade nell’acqua accelera per più tempo rispetto a un suo pari lasciato cascare in una vasca di miele o, peggio, di melassa. Ciò avviene proprio perché il miele è più viscoso dell’acqua e sicuramente molto più di ogni gas. Possiamo solo immaginare quale forza debba essere nascosta sotto quei baffoni per poter correre e muoversi così liberamente…
