Curiosità nella Fisica


   1. Perché quando si usa il ventaglio si sente fresco sul viso?

   Tutti usiamo farci fresco agitando un ventaglio, o un cartone, o anche il programma di un concerto... Ma, abbiamo riflettuto sul fatto che l'aria che così muoviamo è aria tiepida, e che quindi non dovrebbe procurarci un leggero senso di freschezza, sulla pelle del viso?

   In effetti, il meccanismo del fresco sul viso, quando si muove l'aria in prossimità dello stesso, è un po' più complicato.

   Cominciamo con il dire che tutti i liquidi, a temperatura ordinaria, evaporano lentamente. Se lasciamo un bicchiere colmo d'acqua in una stanza, soprattutto d'estate, vediamo che dopo qualche ora il livello dell'acqua è sceso; segno che un po' di liquido si è trasformato in vapore acqueo, e si è disperso nell'ambiente.

   L'evaporazione, in presenza di una temperatura più alta dell'acqua, è lenta soprattutto perchè, proprio sopra la superficie del liquido, si forma un sottile strato di vapore, appena creatosi, e questo strato di vapore, quasi una leggera coperta, ostacola e ritarda il formarsi di altro vapore. Perciò, se si fa correre una corrente d'aria sulla superficie del liquido, ad esempio l'acqua, ecco che si disperde velocemente lo strato di vapore "stagnante" sulla superficie dell'acqua, e così si facilita, si incoraggia il formarsi di altro vapore.

   Bisogna anche ricordare che ogni "lavoro" ha bisogno assoluto di energia. Quindi, la spinta a far uscire rapidamente dall'acqua altro vapore, dopo che il precedente si è disperso con un'opportuna ventilazione, deve assorbire energia da qualche parte, altrimenti l'acqua liquida non si trasforma in vapore. Ebbene, questa energia l'acqua la prende sotto forma di calore, e la sottrae così all'acqua liquida sottostante. Che perciò perde una quantità minima di calore, e si raffredda.

   Sulla pelle del viso di ognuno, anche se molti non se ne accorgono, c'è, quando fa caldo, un leggero strato di sudore; emesso appunto dalla pelle per potersi raffreddare, e far stare meglio l'organismo, in presenza anche di una minima corrente d'aria. Per esempio quella, leggerissima, che si incontra camminando, e "spostando aria".

   Perché chi è sudato non deve stare in un ambiente dove vi sono correnti d'aria? Proprio perchè la corrente, specie se forte, fa evaporare più rapidamente il sudore, e raffredda l'organismo. Possibilità di raffreddori, mal di gola, eccetera.

   Tornando al leggero strato di sudore sul viso, sotto forma di minuscole e invisibili (di solito) goccioline di acqua, se uno si ventila, o si mette sotto un ventilatore, sente subito una certa frescura. Infatti viene così diradato lo strato di vapore che sovrastava la pelle sudata, e si agevola, si accelera l'evaporazione del sudore sottostante. Occorre allora energia: il sudore se la prende dal calore della pelle, e così la raffredda. Ecco che subito, quando si usa il ventaglio, si avverte un senso di freschezza, di soddisfazione. La pelle del viso sta perdendo un po' di calore, e noi ci sentiamo più a nostro agio.

   La medesima cosa avviene quando soffiamo sul cucchiaio della minestra, quando risulta troppo calda. Agevoliamo così la fuoruscita di vapore dall'acqua, e l'energia la fornisce la minestra stessa, cedendo calore per l'evaporazione. Lo stesso accade quando soffiamo sulla tazzina di caffè bollente. Non è che il nostro soffio raffredda un po' il caffè perché "meno caldo" del caffè stesso (capita anche questo, ma in misura limitata) ma così, senza rendercene conto, acceleriamo la trasformazione di una parte del contenuto della tazzina in vapore, e sottraiamo quindi calore al caffè. Se prestiamo attenzione, ad ogni soffio sentiamo una ventata di aria calda che esce dalla tazzina, e si proietta sul nostro viso: segno che una parte del calore sta abbandonando il caffè, e noi non ci scotteremo la lingua.

   Una controprova? Quando c'è caldo umido, come in certe zone tropicali, il sudore stenta a trasformasi in vapore, anche se c'è caldo: l'umidità dell'aria frena l'evaporazione, appunto perchè nell'aria c'è già una certa quantità di vapore (specchi d'acqua, foreste): "non c'è posto" per altro vapore, quello che uscirebbe dal sudore della pelle. Perciò si soffre, si sente più caldo di quanto ce ne sia effettivamente, e il sudore che rimane ancorato alla pelle del corpo, ci dà la sgradevole sensazione di sudaticcio. Proprio come se avessimo indossato un vestito di plastica, che ci soffoca, non ci fa traspirare.

   Per finire ricordo che, durante un nostro viaggio in auto al margine del Sahara, in Algeria, l'aria era così secca che il nostro sudore si trasformava subito in vapore; dandoci sì una certa sensazione di lieve benessere, ma addirittura disidratandoci. Ogni quarto d'ora sentivo il bisogno impellente di bere; aprivo il bagagliaio e attingevo, dalla piccola cassa frigorifera che ci eravamo portati dietro, un po' di acqua fresca. Ci rimettevamo in marcia, ma una ventina di minuti dopo la terribile sete ci costringeva di nuovo a fermarci e a bere.


   2. I cubetti di ghiaccio che si incollano

   A tavola ci capita talvolta di avere una scodella, un contenitore, dove son stati messi dei cubetti di ghiaccio, da poco estratti dal freezer.

   Ebbene, tutti abbiamo constatato che i cubetti, posti uno sull'altro, si saldano. In genere in un solo punto talché, prendendone uno, ecco che l'accompagnano due, tre altri cubetti.

   Perché mai il ghiaccio si "attacca" con altro ghiaccio?

   Occorre premettere che ogni liquido si trasforma direttamente e violentemente in vapore, in altre parole "bolle", a una temperatura diversa. L'acqua, è noto, bolle a 100° C.; mentre il mercurio bolle a 360° e l'alcool a 78,3°.

   Ma la temperatura di ebollizione dipende anche dalla pressione cui è sottoposto il liquido. Al livello del mare, l'acqua bolle a cento gradi. Ma se si aumenta la pressione, per esempio con la conosciutissima pentola a pressione, la temperatura di ebollizione sale, anche se di poco, e i cibi cuociono meglio e più rapidamente. Se invece si mette ai fornelli una pentola di acqua sulla cima del Monte Bianco, l'acqua entrerà in ebollizione ad una temperatura minore, circa 70°.

   Analogamente, i liquidi solidificano ad una determinata temperatura, che dipende pure dalla pressione cui sono sottoposti.

   L'acqua solidifica a 0°, com'è arcinoto, ma se si aumenta la pressione l'acqua diventa ghiaccio a -1 o a -2 gradi.

   Veniamo dunque ai cubetti di ghiaccio.

   Tutti abbiamo imparato a scuola che "il calore dilata i corpi". Ebbene, non è sempre così. Se esaminiamo una quantità di acqua alla temperatura di 1 grado, cioè poco al di sopra della temperatura di solidificazione, e la scaldiamo leggermente, portandola a 4 gradi, l'acqua, anziché dilatarsi... si contrae, cioè riduce il suo volume. E questo avviene fino alla temperatura di 4 gradi, dopodichè, continuando a scaldarla, l'acqua comincia lentamente a dilatarsi.

   Perciò, a 4°, l'acqua ha la massima densità.

   Questo particolare, importantissimo, fa sì che quando il liquido, man mano raffreddandosi, arriva a 0°, e solidifica, il volume è leggermente aumentato, e il ghiaccio occupa uno spazio un po' maggiore di quello che occupava l'acqua a cui esso deriva. Risultato: immerso nell'acqua fredda, sposta un volume di acqua di peso maggiore, quindi galleggia.

   I cubetti di ghiaccio, tornando all'argomento, vengono estratti dal freezer alla temperatura di circa -10°.

   Messi in un contenitore, assieme alle classiche mollette per poterli prendere essi, per l'ambiente più caldo, arrivano rapidamente alla temperatura di poco inferiore allo zero, diciamo -3. A questo punto, i cubetti, nella zona dove pressano sul cubetto vicino, fondono, appunto perché sottoposti alla leggera pressione del cubetto limitrofo. Pressione, ripetiamo, che non consente, alla temperatura di -3°, che l'acqua rimanga nella condizione di solido.

   Però, appena quella piccola parte di ghiaccio che si è fusa, diventando acqua liquida, si riversa nelle zone immediatamente adiacenti il punto di contatto - dove la pressione non c'è più - essendo alla temperatura di -3, ridiventa subito ghiaccio. E si lega, si salda al ghiaccio rimanente, facendo un tutt'uno.

   Questo curioso fenomeno si chiama "rigelo", e si presta ad essere verificato anche con il seguente esperimento.

   Si prende una barra di ghiaccio, e si sistema su due sostegni, ai lati del blocco. Un peso di bilancia, o un grosso e pesante sasso, viene sospeso al blocco mediante un sottile filo di ferro. Il tutto viene lasciato lì per un po'. Tornando, si osserva che il filo ha tagliato lentamente il blocco, penetrando in profondità, e questo per effetto della maggior pressione cui è sottoposta la parte di ghiaccio sotto il peso del filo - ghiaccio che momentaneamente si è fuso. Ma per il rigelo, passata la pressione del filo, il ghiaccio si è riformato al di sopra di esso, e alla fine il peso cadrà sul suolo, mentre il ghiaccio rimarrà integro.

   Se non si dispone di un blocco di ghiaccio, acquistato alla fabbrica - oggigiorno è un po' complicato - se ne puo' creare uno non tanto grande, mettendo nel freezer una bacinella di plastica, un po' svasata, ripiena di acqua.

   Occorre anche sottolineare, perchè molte persone sono convinte del contrario, che la temperatura del ghiaccio non è sempre a 0°: questo avviene solo al momento della fusione, del passaggio dal ghiaccio all'acqua liquida.

   Ma esiste ghiaccio anche alla temperatura di -50, o -15 gradi centigradi, o anche di - 160.

   Ultima cosa. Mettendo nel bicchiere con l'acqua a temperatura ambiente un cubetto di ghiaccio freddissimo (appena estratto dal freezer) lo si sente scricchiolare. Esso, in realtà, si contrae quasi istantaneamente, soprattutto nelle sue zone vicine all'acqua del bicchiere, e si spezza internamente. Se invece il cubetto è rimasto nel contenitore uno o due minuti, ha avuto il tempo di "scaldarsi" un po' e, a contatto con l'acqua, si contrae così poco che non si spacca, e non scricchiola. Provare per credere.


   3. Perché il sole si può guardare senza pericolo quand'è basso sull'orizzonte?

   Il Sole, ovviamente, emana sempre la stessa quantità di energia, e perciò di luce. Non è che la sua luce si attenui quando sta per scomparire sotto l'orizzonte. Avviene invece questo.

   Quando il Sole si trova alto nel cielo, i suoi raggi attraversano uno strato breve di atmosfera, diciamo di circa 90 km. Così essi vengono poco filtrati, e arrivano a noi potenti e infuocati. E non possiamo azzardarci a guardare il Sole impunemente.

   Nelle eclissi parziali, come quella dello scorso 3 ottobre (notevolissima in Sicilia e Sardegna), occorreva proteggere l'occhio con un vetrino scuro, tipo quelli che usano i saldatori (Athermal), oppure usare due o tre lastre radiografiche, sovrapponendo le parti scure.

   Quando il Sole scende verso l'orizzonte, i suoi raggi, man mano, attraversano uno strato molto maggiore di atmosfera, sui 500-700 km. Infatti essi scendono sulla Terra obliqui, e non perpendicolari. La presenza nell'atmosfera di pulviscolo, di vapore acqueo e altre particelle sospese, come il fumo, attenua di molto la potenza dei raggi.

   Se noi fossimo sulla superficie lunare, vedremmo che il Sole acceca anche quando sta per tramontare. Infatti sulla Luna non abbiamo atmosfera che possa filtrare, bloccare parzialmente, i raggi solari.

   Quando il disco solare è molto vicino all'orizzonte, è massima la quantità  di atmosfera terrestre attraversata dai suoi raggi, e il Sole appare come un disco arancione, o decisamente rosso: le impurità  dell'atmosfera, massime nel percorso attraversato dai raggi, estremamente obliqui - diremo quasi paralleli al suolo - trattengono alcune lunghezze d'onda della radiazione, la blu, la violetta, la verde, lasciando passare solo l'arancione e la rossa.