venerdì 16 marzo 2012

Ancora crepe


Prosegue l'esplorazione delle Crepe.   Mi ricordavo un vecchio articolo che Jearl Walker scrisse nella rubrica "La scienza in casa" della rivista Le Scienze. Stefano ha l'intera raccolta della rivista e me lo ha ritrovato (bravissimo!): "Le crepe che si formano su una superficie sembrano casuali, ma in realtà seguono delle regole", Le Scienze, gennaio 1987, n.221. 
Identifica due tipi principali di reti di incrinature: una è quella che si forma sulla superficie del fango che secca, delle vernici, della maizena, dell'asfalto, l'altra è quella che si è formata in antiche colate laviche, per esempio la Giant's Causeway in Irlanda.  
Il primo tipo può essere ulteriormente suddiviso in sottoclassi, ma senza entrare troppo in dettaglio si vede che spesso le incrinature si incontrano fra loro con angoli ben definiti e ricorrenti:  generalmente 90° o 120°, se non ci sono un bordo o qualche altra discontinuità troppo vicini (vedi anche Playground Patterns of Cracks, una proposta di esplorazione delle crepe dei marciapiedi). 
Riguardo a quel che accade quando il fango o la miscela di acqua e maizena seccano, la crepa si forma in conseguenza di tensioni della superficie, iniziando da un cedimento in un punto e sviluppandosi in lunghezza.


le forze di tensione si concentrano nel vertice della crepa, diventando molto più intense che nelle altre zone e provocando la rottura del materiale al vertice e l'allungamento della crepa stessa (questi e i prossimi schemi sono tratti dall'articolo di Walker).

Walker scrive: "Una fonte di queste forze è la tensione superficiale dell'acqua tra i granuli. A mano a mano che questa evapora, la superficie del liquido che rimane assume forma concava ed esercita una forza di attrazione sui granuli". A complicare le cose, in alcuni casi ci sono anche forze elettrostatiche che si generano fra le superfici dei granuli e le molecole dell'acqua che si trova fra di esse.  

Il reticolo si genera o perchè si forma una nuova crepa lungo una vecchia 

o perchè una, allungandosi e propagandosi nel materiale, ne interseca una già formata 


Se lo vediamo in altre situazioni, il reticolo di incrinature può dare un senso di antico, e per questo viene usato per "invecchiare" un mobile o un dipinto nella tecnica detta craquelè. La mia consorte mi ha detto che avevamo scelto quel tipo di piastrelle anche perchè dopo un po' avrebbero avuto un aspetto più vissuto, "anticato": io non me lo ricordavo per niente (può essere un indizio sullo stato della mia memoria o sul mio grado di coinvolgimento nella scelta delle piastrelle). Quindi mi immagino che lo strato superiore sia ricoperto da una vernice che formi il reticolo di incrinature. Guardando più da vicino le piastrelle ho visto che in effetti alcune hanno sviluppato una leggera rete di incrinature, però molto meno evidente di quelle sotto lo scolapiatti. Là sotto rimane  spesso un velo di acqua, e potrei immaginare che si sia formata la leggera rete che vedo in altre piastrelle e che le singole crepe siano state allargate dall'acqua. Ma non mi immagino attraverso quale meccanismo. L'acqua allarga le crepe nell'asfalto durante l'inverno quando gela e, in genere, quando scorre erode e sottrae materiale. Nel caso del fango, l'acqua che evapora crea tensioni che generano le rotture. Ma nel mio caso è come se l'acqua avesse generato una pressione sulle due facce di ogni crepa. Come? Mah! Non credo che la pressione idrostatica entri in gioco, parliamo di spessori minuscoli. Qualcosa sulla capillarità? 

Finisco, per il momento, sconfinando in un altro campo. L'artista Alberto Burri ha realizzato opere chiamate cretti

 Alberto Burri
Cretto G 3, 1975

usando questa forma naturale anche in strutture ben più grandi di un quadro: il grande cretto di Gibellina

sabato 10 marzo 2012

Crepe

Dopo aver lavato i piatti ho pulito il ripiano e ho notato le crepe delle piastrelle. 





In effetti le avevo già viste, ma non notate davvero. Lo strano è che ci sono solo sotto il vassoio scolapiatti, dove è spesso umido; le altre piastrelle non hanno screpolature. 
E a questo punto ho cominciato a notare crepe ovunque.

asfalto della strada 

vernice sulla fiancata di un vagone del mio treno 

cemento sulla banchina della stazione ferroviaria (porta Garibaldi, Milano; già, sono un pendolare, e stazioni e treni sono quel che sono ...)


miscela di acqua e maizena asciugata dopo essere stata abbandonata in laboratorio alla fine delle divertenti attività sui liquidi non-newtoniani

come si formano? a cosa sono dovute le tensioni che le provocano? si assomigliano tutte? è possibile capire quali si formano prima e quali dopo? 

sabato 3 marzo 2012

Volley, velocità e urti

Continua la preparazione di "scienza e sport": questa settimana abbiamo dato un'occhiata ravvicinata alla pallavolo. 


Dopo aver scoperto che il colpo a braccia tese del ricevitore si chiama bagher, abbiamo visto che il colpo del pallone in arrivo (in genere una legnata devastante, almeno per me) va assorbito mantenendo le braccia il più possibile solidali con il corpo e flettendo leggermente le gambe, cioè l'urto avviene sulle braccia ma in realtà viene assorbito dalle gambe. Ho anche scoperto colleghi che praticano il volley e che mi hanno dato una mano a capire meglio quel che avviene. 

L'altra questione che salta all'occhio è la velocità di certi colpi, a partire dalla battuta per arrivare alle schiacciate. Mi piacerebbe misurare la velocità in modo molto diretto, usando un dispositivo simile a quello usato dalla polizia per misurare la velocità delle macchine. Cose simili si chiamano speed (o radar) gun e quella che più frequentemente compare nei video di YouTube è della Bushnell, ma non è l'unica casa produttrice a farne (vedi http://www.opticsplanet.net/radar-guns.html). Vengono usate anche per misurare la velocità di palle di baseball e ho visto che se ne trovano a un centinaio di euro, che non è una cifra inavvicinabile. E' possibile misurare la velocità in modo indiretto riprendendo con una telecamera l'oggetto in movimento davanti a una specie di grosso righello e vedendo fotogramma per fotogramma quale è stato lo spostamento, calcolando la velocità - oppure si usa un software di tracking, per esempio Tracker, video analysis and modeling tool, bello e free. Ma sono sistemi indiretti, che richiedono un paio di passaggi e non è comodo usarli su un campo da gioco con attivi ragazzini intorno.  

La velocità è una quantità immediatamente comprensibile, ma come rendere comprensibile le quantità in gioco in un urto? Nelle serie statunitensi tipo Mythbusters usano l'accelerazione, data in unità di g, l'accelerazione di gravità. Immaginando che il battitore imprima alla palla una velocità di 50 km/h (meno della metà di quella data da un giocatore professionista) in 1/10 secondo (un valore forse troppo grande) l'accelerazione è circa 14 g: piuttosto impressionante! ma forse non fa troppa impressione a un ragazzo di 13 anni ...

In altri casi si fornisce fornisce l'altezza dalla quale dovrebbe cadere l'oggetto per sbattere contro il suolo con la stessa energia (cinetica). Nel nostro caso la palla dovrebbe cadere da circa 9,8 m. Rende l'idea (sempre che ci si immagini quanto siano 9,8 m di altezza), ma non considera la rapidità dell'urto. E rende difficile far confronti con urti diversi, p.es. quello fra la racchetta e la pallina da ping pong. L'indagine continua ...