Post by VladimiroCiao a tutti. Propongo un quesito che per me ha anche valenze pratiche.
Conoscete il detto "si somigliano come gocce d'acqua"?
Ma le gocce d'acqua sono davvero tutte uguali? Intendo dire: hanno sempre
lo stesso volume a prescindere dal foro di uscita? Cosa c'è in soluzione
nell'acqua ha qualche rilevanza?
Caro Vladimiro,
La tua domanda è molto interessante ma estremamente complessa.
Farò uno sforzo di modellizazione cercando di giungere ad una risposta
seppur
parziale ai tuoi quesiti.
Innanzitutto cos'è una goccia d'acqua?
Suppongo sia un insieme di particelle di acqua tenute insieme da delle forze
intermolecolari di natura elettrostatica. Le stesse responsabili della
cosiddetta "tensione superficiale" del liquido e della cosiddetta viscosità.
Nel caso dell'acqua la presenza di queste forze è dovuta alla polarità della
molecola di acqua stessa, ciò è a sua volta dovuto ad una differenza di
elettronegatività dei diversi atomi che compongono la molecola (idrogeno e
ossigeno).
Pensiamo ora ad una goccia d'acqua in assenza totale di gravità, e
trascuriamo l'auogravitazione del sistema stesso (ovvero consideriamo le
forze elettrostatiche dominanti).
Ad intuito ti dico che la forma della goccia, per via del fatto che tali
forze elettrostatiche sono di tipo newtoniano, dovrebbe essere in assenza di
altre perturbazioni, di forma perfettamente sferica.
Cosa succede però se riscaldiamo la goccia?
La velocità media delle particelle aumenta, e la goccia tende ad espandersi.
Ma se la sua dimensione aumenta, e il numero di particelle si preserva,
allora la densità diminuisce.
Ecco che abbiamo già trovato una relazione tra le dimensioni della goccia,
la temperatura e la densità del fluido.
Quindi, si può già giungere alla conclusione che la forma delle gocce
d'acqua in queste condizioni ideali, dipende dalla temperatura del fluido e
dalla sua densità.
Da queste (temperatura e densità) e dalla natura intrinseca delle particelle
che compongono il liquido, dipende la viscosità del liquido stesso. In
fisica, la "viscosità" esprime l'attrito tra diversi strati di fluido che
"scorrono" uno sopra l'altro. Ma da cosa può dipendere questo attrito se non
dalle forze elettrostatiche tra molecole del fluido, dalla velocità alla
quale questi due strati scorrono uno sull'altro, e dalla densità del fluido
stesso?
Dunque in generale, si può dire che la forma delle gocce di un determinato
liquido cambia con il variare della sua viscosità.
Se ci si riferisce alla forma delle gocce di uno stesso liquido, allora
essa cambia a seconda della sua temperatura(e delle dimensioni del foro).
Sono inoltre sicuro che le sostanze disciolte nell'acqua hanno un ruolo
fondamentale, nel determinare le dimensioni della goccia stessa, perchè
fanno variare le forze elettrostatiche all'interno del liquido.
Se ad esempio metti due tappi di sughero in un bicchiere d'acqua,
perfettamente in quiete, essi galleggiano vagando in quà e in là, urtandosi,
separandosi.
Se però all'acqua aggiungi un po di sapone, magari un detergente con dei
tensioattivi, vedi che i tappi di sughero si attraggono, e in seguito ad un
urto non si separano più. Questo perchè il detergente ha diminuito la
viscosità del liquido, e con questa la sua tensione superficiale. Cosicchè
la piccola forza generata tra i due tappi di sughero, dovuta a differenza di
pressione tra l'esterno e la "superficie" (scusate ma qui non trovo altre
parole) congiungente i due tappi diventa importante. Mi sembra curioso
notare un analogia con la teoria della gravità di Le Sage. Infatti possiamo
considerare il liquido il cui i tappi sono immersi, come un flusso di
particelle senza una direzione privilegiata.
Per farti visualizzare meglio questo meccanismo delle differenze di
pressione puoi andare al sito
http://www.autodynamicsuk.org/Pico-GravitonBeginner.htm
E vedere l'animazione a centro pagina.
Concludendo:
La forma delle gocce d'acqua dipende in assenza di fenomeni casuali
perturbativi da:
1) La natura delle molecole che compongono il liquido
2) Dalla densità del liquido stesso
3) Dalla temperatura del liquido
4) Le caratteristiche del foro o della superficie da cui percola.
Quindi mi dispiace dirtelo: "Due gocce d'acqua non sono mai uguali"
Anzi considerando il principio di indeterminazione di Heisenberg si può dire
che
"nessuna misura può dirci se un sistema fisico è perfettamente uguale ad un
altro"
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Pasquale Galianni
-Studente di Fisica, Università di Lecce