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Fisica ricreativa

Introduzione

Lo scopo di questo testo è di raccogliere piccoli temi/provocazioni di fisica ispirati a fenomeni che si possono incontrare nella quotidianità e non solo. Qualunque cosa abbia un profondo contenuto scientifico e sia al contempo strana, divertente o comunque degna di interesse ha diritto di cittadinanza qui. Il lettore è invitato a interrogare quanto più liberamente possibile la natura che lo circonda; ciascuno spunto di riflessione è comunque corredato di una serie di "domande possibili" per instradare discretamente l'attività di ricerca personale.

I buoi morti dell'Orlando Furioso

Leggiamo nel canto primo del capolavoro di Ariosto:

Qual istordito e stupido aratore,
poi ch'è passato il fulmine, si leva
di là dove l'altissimo fragore
appresso ai morti buoi steso l'aveva;
che mira senza fronde e senza onore
il pin che di lontan veder soleva:
tal si levò il pagano a piè rimaso,
Angelica presente al duro caso.

Un fulmine colpisce un albero, stendendo a terra il contadino che si trova lì vicino assieme ai buoi. Ma, mentre il contadino si rialza, i buoi restano a terra morti.

Fisicamente è plausibile che quanto riferito avvenga davvero? O non si tratta piuttosto di uno dei tanti luoghi comuni della letteratura privi di un riscontro empirico?

Quale meccanismo (elettromagnetico) potrebbe causare la morte dei buoi, ma non dell'aratore? Si possono fare stime quantitative?

E' necessario che il contadino fosse sollevato da terra o comunque isolato?

La prima domanda ha senso, da un punto di vista metodologico?

1° non-risposta

1° non-risposta

Attenendosi all'elettromagnetismo che viene attualmente insegnato nelle facoltà di fisica, l'evento riportato è plausibile. Potrebbe valere la pena di cercare eventi simili documentati più recentemente (esercizio...).

L'idea dalla quale si può partire per impostare il problema è la seguente: nella nostra visione il fulmine è, sostanzialmente, un flusso di carica che si dirige dalle nuvole alla Terra (o viceversa, vedi la prima perplessità). Possiamo pensare che tale flusso attraversi non solo l'albero, ma, in seguito, anche il terreno circostante. Quindi il terreno è percorso da un flusso di cariche (cioè da una corrente) uscente dall'albero. Possiamo anche pensare che la corrente sia maggiore in prossimità dell'albero piuttosto che lontano da esso. La legge di Ohm afferma che

Perplessità

Se il fulmine fosse costituito da un flusso di cariche diretto dal basso verso l'alto (dalla Terra alle nuvole), il quadro dipinto sopra sarebbe completamente scorretto? Possiamo dire che per rispondere a questa domanda non occorre conoscere la fisica dell'atmosfera?

Arabeschi mobili nelle tende di raso

Alcune tende leggere, con la stoffa che permette di vedere in trasparenza, danno luogo a complesse trame in chiaroscuro. Fasce parallele più chiare e più scure, cerchi concentrici, il tutto che si muove quando cambiamo, anche di poco, il punto da cui le osserviamo.

Succede sempre, o solo quando le tende sono piegate su se stesse in modo che uno strato si veda in trasparenza attraverso l'altro?

Gli arabeschi mobili si possono fotografare?

Quali tende lo fanno e quali no? Le tende colorate lo fanno allo stesso modo di quelle bianche?

Il fatto che gli arabeschi non siano variamente colorati (come avviene incece per le bolle) fa pensare che si possa escludere un effetto di interferenza o diffrazione della luce. Perché? Ma allora qual è la loro origine?

Il barometro di Goethe

Si dice che Goethe, il grande letterato tedesco che passò alla storia per ben altre ragioni, abbia inventato un particolare modello di barometro, che oggi viene venduto in Italia da una nota catena di "giocattoli intelligenti" ed è un discreto oggetto d'arredamento.

Si tratta di una boccia di vetro sferica, alla base della quale si innesta un cannello ricurvo, sempre di vetro, che risale esternamente lungo la boccia e termina in una ampollina di piccole dimensioni, aperta nella parte superiore. La boccia ed il cannello vengono riempiti d'acqua, ma non completamente, in modo che la parte superiore della boccia rimanga vuota (piena cioè d'aria). Tale serbatorio d'aria che si trova nella boccia è separato dall'atmosfera esterna, ma rimane in contatto meccanico con essa tramite la colonna d'acqua che la delimita e che risale lungo il cannello.

Se la pressione atmosferica scende, cosa fa l'acqua nel cannello? Sale o scende?

Il livello dell'acqua nella boccia e quello nel cannello sono sempre uguali? Lo sono almeno appena il barometro viene riempito?

Quali forze agiscono sull'acqua?

Appoggiando le mani sulla boccia posso far salire l'acqua nel cannello quanto voglio, anche fino a farla uscire. Perché?

Posso "tarare" in qualche modo il barometro (ad esempio scegliendo quanta acqua mettere e/o riempiendolo in un giorno di pioggia piuttosto che in uno di sole, o viceversa)?

L'acqua può uscire dalla sommità del cannello in caso di brutto tempo? A cosa serve l'apollina (specie considerando che la pressione esercitata da una colonna di liquido sulla propria base dipende solo dall'altezza raggiunta)?

Guardare le macchie in controluce

Le macchie su superfici come pavimenti e tavoli possono passare inosservate se si cerca di individuarle guardando perpendicolarmente alla superficie. Hanno vita molto più difficile se si cercano guardando, come si dice, "in controluce".

E' davvero così? Come si può stabilire quantitativamente se è più facile infividuare le macchie in un modo oppure in un altro?

Il discorso vale allo stesso modo per tutti i tipi di macchia o solo per alcuni?

Si provi a spiegare il motivo di questo effetto tenendo conto che la riflettività dei materiali aumenta, in genere, per grandi angoli di incidenza della luce.

Spingere o tirare?

Trascinando un carrello molto carico su un terreno sconnesso, in particolare se ha le ruote piccole, si nota che è molto più semplice spostarlo tirandolo, piuttosto che spingendolo.

Che significa più facile? E' una questione di comodità d'uso o proprio di forza esercitata?

Si considerino le forze agenti sul carrello. Che momento meccanico hanno, rispetto ad un polo opportuno, nel caso in cui si spinge? Nel caso in cui si tira? Potrebbe essere questo a fare la differenza?

L'ombra di un uccello in volo

In una giornata di Sole ci possiamo aspettare che un uccello in volo, più o meno come qualunque altra cosa, faccia ombra.

Ma allora perché non ci capita di osservare dei repentini "flash d'ombra" quando un uccello alto in volo oscura il Sole?

C'entreranno qualcosa le dimensioni finite (non puntiformi) di quest'ultimo?

Suono, paraboloidi e brutto tempo

In un parco giochi sono installati due paraboloidi di metallo, con l'asse orizzontale. Si trovano ad un centinaio di metri di distanza e guardano l'uno verso l'altro (hanno gli assi coincidenti e i vertici puntano in versi opposti). Il gioco consiste nel parlare in un punto apposito (segnalato in modo opportuno) ad una data distanza dal vertice del paraboloide, mentre un'altra persona ascolta nel medesimo punto dell'altro paraboloide: per quanto si parli piano e i paraboloidi siano distanti si riesce a comunicare!

In quale punto conviene mettersi a parlare/ascoltare?
Considerando che il suono si propaghi in linea retta disegnarne i "raggi" e rispondere così alla domanda precedente.
Quale condizione deve valere perché abbia senso applicare la procedura precedente?
Si può concludere che i paraboloidi funzioneranno meglio per alcuni suoni piuttosto che per altri (con particolare riferimento al rapporto tra la lunghezza d'onda del suono e le dimensioni del paraboloide)? Provare a rispondere anche sperimentalmente.
E la temperatura, l'umidità dell'aria o il vento possono influire sul funzionamento dei paraboloidi?
E' possibile che la trasmissione dei suoni sia influenzata anche dalle caratteristiche del terreno (verosimilmente i paraboloidi saranno montati ad una certa altezza finita dal suolo)?
In definitiva è possibile che il brutto tempo influenzi la qualità della trasmissione dei suoni?

Chiodo e materasso

Se avete mai provato a piantare un chiodo in un pezzo di legno appoggiato su un materasso rispondete alle seguenti domande:

E' più facile o più difficile rispetto a quando il pezzo di legno è appoggiato ad una superficie rigida (ad es. il pavimento)?
Perché? (Per chi sa un po' di meccanica non dovrebbe essere difficile fare un modello quantitativo).
Cambia qualcosa al variare della massa del pezzo di legno?

Fischiare con un foglio di carta

E' possibile fischiare con un foglio di carta, soffiando forte contro il bordo tenuto teso tra le dita. Il suono prodotto può essere estremamente fastidioso.

La nota prodotta cambia a seconda della tensione che si applica al foglio? Dello spessore del foglio?
L'esperienza si riesce a ripetere con tipi di carta diversa e anche con foglio di plastica, ma apparentemente risulta difficile ottenere un suono se il foglio è troppo grosso. Qualche idea sul perché?
Talvolta il foglio si strappa perpendicolarmente al bordo a seguito del suo utilizzo "fischiatorio". Se ne può rendere conto con qualche argomento fisico?