Perché l'acqua è bagnata?

La fisica dei fluidi inonda le nostre vite

Possiamo spiegare perché l’acqua è bagnata? È tempo di essere fantasiosi per visitare questo e molti altri fenomeni quotidiani usando la fisica dei fluidi.

La fisica dei fluidi emerse come disciplina formale nel XVI secolo per contraddire alcuni degli approcci di Aristotele. Secondo il filosofo, la natura non approvava l’esistenza del vuoto. Ma Pascal e altri hanno affrontato la questione dalla prospettiva opposta. Per esaminare l’assenza di materia, si doveva studiare la materia stessa.

L’incarico di Pascal a suo cognato di salire sulla cima di un vulcano spento con un paio di barometri a mercurio corroborò gli esperimenti sul peso dell’atmosfera e sull’esistenza del vuoto effettuati dal suo predecessore Torricelli. E questo ha aperto un’enorme diga di conoscenza.

I fluidi sono gas e liquidi, sia il fumo di un camino che l’acqua. Sono tutte sostanze con forze così deboli tra le loro particelle che non possono riacquistare la loro forma se la perdono.

Dal dentifricio alla Formula 1

Ma dove troviamo la fisica dei fluidi nella routine quotidiana? Ad esempio, nel modo in cui le variazioni di pressione vengono trasmesse tra due punti in un fluido. Con questo riusciamo a far uscire il dentifricio dal tubetto utilizzando lo stesso principio che fa funzionare la siringa e i freni idraulici.

Se osiamo generalizzare per fluidi in movimento, troviamo, lungo il percorso di Bernoulli, la spiegazione dell’effetto suolo delle auto da corsa di Formula 1 – che fa aderire il veicolo all’asfalto per migliorarne l’aerodinamica – o di come le marmotte raffreddano le loro tane. In effetti, tali leggi si applicano a qualsiasi processo di suzione, come l’allattamento.

Un altro ambiente laico legato ai fluidi è la medicina. Qualsiasi anestesista deve avere una solida conoscenza della fisica dei liquidi e dei gas per azionare cateteri o sistemi di ventilazione. Medici erano anche i fratelli Weber, esperti nella circolazione del sangue, la cui magica viscosità lo fa scorrere più lentamente vicino alle pareti dei vasi, come dimostrò anche Pouiseille.

È la stessa cosa che succede quando spostiamo un biscotto sulla superficie di una crema pasticcera in una ciotola. Meno liquido c’è nel contenitore, più facile sarà spostarlo. Questo è anche il modo in cui si comportano le placche tettoniche quando si spostano sul mantello terrestre, una delle tante applicazioni della fisica dei fluidi alla geologia. È interessante notare che entrambe le scienze vanno di pari passo con la vita quotidiana attraverso la fisica dei fluidi. Un altro collegamento è la legge di Darcy per il passaggio di un liquido attraverso un mezzo poroso, che può essere un terreno sabbioso ma anche la grana macinata di una caffettiera italiana.

Senza uscire dalla cucina, ma tornando alla viscosità, abbiamo ancora esempi interessanti da citare. Quando il ketchup racchiuso nella bottiglia riceve un colpo preciso, scorre più facilmente. La pasta, insieme allo yogurt, alla maionese e ad altri cibi viscosi, ricade nei cibi non newtoniani, così chiamati perché fisicamente più complessi di quelli con cui il grande genio è entrato in questa sottodisciplina fisica quando ha deciso di iniziarla con la sua saggezza.

É facile per noi sperimentare l’effetto delle condizioni fisiche sui fluidi in generale. È molto chiaro quando osserviamo che il miele scorre più facilmente quando riscaldato.

Perché i fluidi si comportano come fluidi?

Tuttavia, gli esempi forniti non sono scuse per evitare l’argomento iniziale. Perché l’acqua bagna? È dovuto alle forze di adesione. Cioè, l’affinità tra sostanze liquide e solide.

Questo si traduce nel fatto che, mettendo un tessuto a contatto con questi liquidi, si arrampicano sfidando la gravità (fenomeno della capillarità). Ma i liquidi sono narcisisti. Sentono un tremendo attaccamento a se stessi: le forze di coesione. Questo genera la cosiddetta tensione superficiale, responsabile della formazione di gocce d’acqua e di altri liquidi e del mantenimento della loro forma sferica. Le formiche operaie lo usano per trasportare l’acqua nella loro colonia.

Brinderesti con me per celebrare così tanta scienza? Bene, allora vi invito ad osservare le lacrime di vino, altra conseguenza della tensione superficiale.

Sfortunatamente posso coprire l’ampiezza della fisica dei fluidi solo in pochi tratti. Dicendolo, ricordo che il fatto che la vernice sia un fluido non newtoniano ha permesso di inventare il gotelé. Ma non vale la pena impigliarsi nella nostalgia e mettere da parte questioni di assoluta urgenza e attualità.

La fisica dei fluidi è essenziale per spiegare un’ampia gamma di fenomeni atmosferici e oceanografici. E permette di negare che lo scioglimento del Polo Nord innalzi il livello del mare. L’argomento utilizza il principio di Archimede, lo stesso principio che tiene a galla le navi da esplorazione di questo campo scientifico. In questo contesto, vorrei sottolineare che il cambiamento climatico rende i voli più suscettibili al fenomeno della turbolenza.

Ma poi sarei molto tentato di renderlo visivo rivolgendomi a Humphrey Bogart. Prenderebbe così la sua immagine fumando un sigaro e rilasciando una colonna di fumo che diventa un festival di colpi di scena.

Per raggiungere questo obiettivo, la fisica dei fluidi continuerà ad assistere brillantemente altre discipline e ci parlerà delle goccioline e dei loro viaggi.