Un caffè col fisico

Coffee Break “Chez Jasmine”: Camminiamo sull’acqua?

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Ben ritrovati alla nostra pausa caffè da Jasmine, che oggi ci offre in accompagnamento alla bevanda rigenerante (rigorosamente calda perché a Ginevra fa un freddo cane) un ottimo tortino di mandorle, quello che ci vuole!

Nei quindici minuti di pausa che ci concediamo, oggi si parla di fluidi non-Newtoniani.

Che roba è?

Con un video dimostrativo, cerco di stimolare il vostro interesse:

Ovviamente, non stavo cercando di stimolare il vostro interesse sulla banca Malese che ha sponsorizzato questo video (non credo vi sia di grande utilità), ma sulla possibilità di camminare su quello che sembra, almeno a prima vista, un liquido!

In questo senso vi ho un po’ fregati sul titolo, perché ovviamente non è solo acqua quella che vedete nel video, ma una parte acqua, due parti amido di mais (e un po’ di colorante nel caso dei malesi).

Eh sì, niente altro, potete farlo anche a casa vostra!

E’ un esempio di fluido non-Newtoniano, un fluido che si comporta come un liquido o come un solido, a seconda dello “stress”, cioé lo “sforzo di taglio”, che gli viene applicato.

Ok, questa era la definizione, adesso vi spiego tutto con calma.

Tutti abbiamo esperienza di cosa sia un fluido, l’abbiamo imparato alle scuole elementari: una sostanza fluida è una sostanza che si deforma, o scorre, quando le viene applicata una forza di taglio.

Esempio banale: se provate ad accarezzare l’acqua, quella si sposta sotto la vostra mano e forma delle onde. Lo stesso lo fa l’aria, anche se non lo vedete. Quindi un fluido può essere sia in uno stato liquido che in uno stato gassoso.

E lo stato solido? Anche, forse. Il punto è che ci possono essere dei solidi che hanno comportamenti fluidi. Comunque, atteniamoci alla definizione sopra di fluido e andiamo avanti.

Ogni fluido ovviamente può reagire a vari livelli agli sforzi di taglio di cui sopra: l’acqua e maggior parte dei gas per esempio oppongono poca resistenza, il miele invece è molto più “colloso” ci verrebbe da dire, ma il termine giusto è “viscoso”.

Fresh-Honey-Ointment

Esatto, l’opporre resistenza da parte di un fluido a uno sforzo di taglio, come può essere la mano di prima o anche semplicemente soffiare lungo la superficie di una bacinella piena di un fluido, è definita viscosità.

Avete mai provato, quando siete in doccia, a mettervi un po’ di shampoo sulla mano e soffiarci dentro? Si comporta in maniera stranissima, non si formano tante onde come farebbe l’acqua, ma si alzano delle pareti, vi sembrerà di essere Mosè!

Questo perché lo shampoo ha una viscosità genericamente molto alta.

Da cosa dipende la viscosità di una sostanza? Dalla sua composizione chimico-fisica, praticamente da come “scorrono” le molecole della sostanza tra di loro.

Arriviamo dunque alla definizione di “fluido Newtoniano”, dalla quale capiamo la definizione di un fluido che non lo è.

Un fluido Newtoniano è un fluido la cui viscosità non dipenda dalla forza di taglio ad esso applicata. Molto banalmente dunque la viscosità di un fluido non-Newtoniano invece può cambiare a seconda della forza di taglio che applichiamo.

In generale, il concetto di fluido Newtoniano è un concetto limite, vale a dire che tutti i fluidi sono un po’ non-Newtoniani, ma molti, tra cui l’acqua, l’aria, l’olio da motore, etc., hanno una viscosità pressochè costante, dunque possono essere trattati come fluidi Newtoniani.

Il fluido che interessa a noi invece, quello su cui i tizi malesi camminano, è altamente non-Newtoniano.

Infatti, se si applica una forza sufficientemente intensa e istantanea, come per esempio correre o pestare con forza sulla superficie di tale fluido, allora la viscosità è elevatissima ed esso si comporta quasi come un solido: le molecole non scorrono praticamente più tra loro, impedendovi di affondare.

Se invece ci si ferma sopra, in piedi, la forza effettiva è semplicemente pari al peso, applicato in maniera costante. In questo caso, la viscosità del fluido cala paurosamente, come anche noi che affondiamo malamente!

Un altro esempio con cui vedere chiaramente gli effetti di questo fluido non-Newtoniano fatto in casa è di porlo su una membrana sottile, posizionata al di sopra di una cassa acustica, tipo quelle dello stereo, e mandare a palla una canzone da discoteca, quelle con un sacco di bassi.

L’effetto è divertente, e qui mi sento obbligato a citare la fortunata serie TV “The Big Bang Theory”

che vi consiglio di seguire per divertirvi un po’ alle spalle di noi poveri scienziati.

Beh, direi che per oggi può bastare, vi lascio con un ultimo video molto ben fatto di spiegazione/applicazione del fenomeno

Intanto io mi finisco il caffè, che fortunatamente non si comporta in modo non-Newtoniano, se no potrebbe essere complicato mescolare per far sciogliere lo zucchero!

Alla prossima!

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