giovedì 4 giugno 2015

Tirare lo sciacquone in nome della fisica

Ieri, come avevo già detto su Twitter, ho visto un video (anzi un paio di video) riguardo una delle cose che più spesso mi vengono chieste in giro:


Prima di parlarvi del video ripassiamo insieme qual è la domanda e qual è la risposta che ogni volta propongo. Dunque, la domanda: "Davvero nell'emisfero meridionale l'acqua dello scarico gira in senso opposto rispetto all'emisfero settentrionale?". La mia risposta, anche prima di vedere il paio di video che vi proporrò tra poco, é sempre: "Dovrebbe, ma purtroppo non si riesce ad apprezzare questo fenomeno tirando lo sciacquone!".

Alcuni chiarimenti: perché, come dico sempre, "dovrebbe"? Perché, effettivamente, uno dovrebbe vederlo. Ma andiamo con calma e partiamo dall'inizio.


Usiamo un classico esempio: siete su un autobus che viaggia a velocità costante e tutto va bene. Ad un certo punto l'autobus frena e venite spinti in avanti: chi vi ha spinto? Nessuno, direte voi. E infatti è così. Allora perché siete andati in avanti con il vostro corpo? La risposta è: un corpo che sta bello fermo oppure che si muove con velocità costante, continua a stare fermo oppure a muoversi con velocità costante finché non interviene una forza a spingerlo/frenarlo.

Va bene, ma nel caso dell'autobus, quale forza è intervenuta? Se guardate la situazione con gli occhi di qualcuno che sta aspettando alla fermata, allora la scena sarà la seguente: voi vi state muovendo insieme all'autobus ad una certa velocità. Quando l'autobus frena, voi (che siete sopra l'autobus) continuate ad andare in avanti con la velocità che aveva l'autobus all'inizio (questo perché voi NON avete frenato). Per fortuna vi stavate tenendo ad un palo ed evitate di finire addosso l'autista.

Dal vostro punto di vista sull'autobus, invece, sembra che una forza misteriosa vi abbia spinto in avanti. Insomma, è tutta una questione di punti di vista.

Le cose possono essere ancora più complicate: il nostro sistema di riferimento (l'autobus, nell'esempio precedente) potrebbe anche ruotare. Possibile? Certo! Prendiamo il nostro pianeta, la Terra: ogni giorno ruota se stesso in circa 24 ore. In questo caso potremmo ottenere effetti più simpatici di quello della "spinta di nessuno" sull'autobus in frenata.

A noi però non sembra di stare su una trottola che gira in un giorno nello spazio. Per esempio, in questo momento che sto scrivendo questo post sono comodamente seduto ad un tavolo, senza bisogno di allacciare le cinture di sicurezza. E per fortuna, direi! Questo grazie alla gravità che ci tiene con i piedi per terra.

Ma invece prendiamo qualcosa che si muove velocemente e che si trova un po' più in alto sulle nostre teste: per esempio le masse d'aria nell'atmosfera. Innanzitutto notiamo una cosa: diversi punti sulla superficie terrestre ruotano a diverse velocità attorno all'asse di rotazione del nostro pianeta. Questo perché un oggetto (o una massa d'aria) all'equatore è più distante dall'asse terrestre rispetto ad un oggetto, per esempio, a Roma e quindi l'oggetto all'equatore deve muoversi più velocemente poiché deve ha una circonferenza più grande da percorrere nello stesso tempo in cui l'oggetto a Roma percorre la sua più piccola circonferenza. Ecco, guardate quest'immagine che renderà tutto più chiaro:



Andiamo ora avanti. Immaginate dell'aria che scende dal polo nord verso l'equatore. Senza il bisogno di scomodare formule matematiche, quello che accade è davvero semplice da capire. Infatti, mentre l'aria dal nord viaggia verso l'equatore, la Terra gira in senso antiorario e quindi rimane indietro. L'aria che sale da sud invece va più veloce (nel senso di rotazione) e quindi si trova più avanti.
Quindi, in pratica, avviene una cosa del genere:



Ebbene sì, viene a crearsi un vortice, un uragano, un ciclone: questo effetto è chiamato forza di Coriolis! 
E, cosa importante, il vortice gira in senso anti-orario. 
Quando invece l'aria viaggia dall'equatore verso i poli accade la situazione a ruoli invertiti e il vortice ruota in senso orario. Con la seguente immagine si capisce meglio tutto:



Chiaro, dunque? Si tratta di un effetto combinato dovuto alla rotazione della Terra più oggetti che si muovono sulla superficie terrestre.

Una volta assodato ciò, la domanda sorge spontanea e ci riporta all'inizio di questo post: quando tiriamo lo sciacquone del bagno, l'acqua gira in un senso piuttosto che nell'altro a seconda della località? 
La risposta è, come abbiamo già visto, "dovrebbe". Ma in realtà ciò non accade perché ci sono diversi fattori in gioco che diventano dominanti e rendono l'effetto della forza di Coriolis praticamente trascurabile. In particolare, l'acqua dello sciacquone viene buttata giù in movimento e quindi con una certa componente rotatoria che pregiudica qualunque velleità di osservare gli effetti della forza di Coriolis. 

Allora qualcuna/o tra voi potrebbe chiedersi? E se riuscissi a costruire un contenitore in cui l'acqua si trovi completamente ferma e poi la facessi uscire dal centro del contenitore (tramite un foro), sarei in grado di osservare l'effetto della forza di Coriolis? Riuscirei ad osservare l'acqua ruotare in senso anti-orario all'emisfero nord e in senso orario all'emisfero sud? 

Ebbene, la risposta è affermativa. Se non ci credete, guardate i video qui sotto (uno per l'emisfero nord e l'altro per l'emisfero sud) che ho trovato su YouTube e che sono stati pubblicati ieri dall'ottimo canale Veritasium

Avviso subito che i video sono in inglese, ma in pratica viene raccontato quello che avete letto finora e, in definitiva, le immagini non solo parlano da sole ma sono anche auto-esplicative. Come suggerito in entrambi i video, potete vederli in maniera sincronizzata in modo da godervi per bene i diversi sensi di rotazione dell'acqua nei due differenti emisferi!




Va detto, per correttezza scientifica, che i ragazzi dei video hanno ripetuto lo stesso esperimento più di una volta per essere sicuri non si trattasse soltanto di un caso. Inoltre c'è da dire che, come ha sottolineato giustamente Phil Plait nel suo blog Bad Astronomy su Slate, per soddisfare tutte ma proprio tutte le regole del modo di fare gli esperimenti scientifici, bisognerebbe anche prendere la piscina costruita all'emisfero sud e usarla per fare l'esperimento all'emisfero nord e, ovviamente, viceversa. Tuttavia, al momento ci fidiamo dell'esecuzione dell'esperimento assumendo nessuna dipendenza delle due piscine dall'emisfero di costruzione!

Quindi, ricapitolando: smettetela di tirare lo scarico del vostro water insieme al vostro lontano cugino in Australia. Ci ha già provato anche l'illustre scienziato Bart Simpson si è occupato della questione in tempi non sospetti e poi (se ricordate quel famoso episodio de I Simpson) non finì bene (ci fu uno scontro diplomatico tra USA e Australia!).

Per concludere, l'esperimento dei ragazzi del canale Veritasium è importante perché dimostra una cosa fondamentale: la Terra ruota su se stessa!
E c'era bisogno di costruire piscine in due località agli antipodi? Come ben sapete, sarebbe bastato costruire un pendolo, ma in nome della fisica si fa questo e altro, anche tirare lo sciacquone!