sabato 29 ottobre 2016

Perché bisogna stare lontani dagli alberi durante un temporale?

Una cosa che sanno tutti, ma proprio tutti, è che durante un temporale bisogna assolutamente evitare di mettersi sotto un albero. Giusto, tutto esatto: ma sapete perché?

Ecco, qua a questo punto solitamente si sente di tutto come risposta. Provate anche voi a fare un mini-sondaggio, magari a casa, prima di leggere in questo post il motivo per cui gli alberi non sono un'opzione felice in caso di maltempo.
Fatto? Bene, allora ora proverò a rispondere dandovi la motivazione giusta.

Tutto parte dal concetto di conduttore. No, non Paolo Bonolis o Pippo Baudo, sto parlando di conduttore elettrico. Per capire bene la faccenda dobbiamo capire come sono fatti gli atomi. Un atomo è una particella che ha un nucleo formato da cariche positive (protoni) e neutre (neutroni) e un certo numero di cariche negative (elettroni) che ronzano attorno al nucleo in una maniera che dipende dall'energia che hanno gli elettroni stessi. Ora, può darsi che in un materiale, cioè in un pezzo di materia fatto da moltissimi atomi tutti uguali, gli elettroni siano non solo liberi di ronzare intorno al nucleo del proprio atomo, ma siano anche liberi di ronzare in tutto il pezzo di materia.
I materiali in cui gli elettroni godono di tutta questa libertà si chiamano conduttori (e invece quelli che non hanno questa caratteristica si chiamano isolanti).



Ma non solo: un'altra proprietà dei conduttori è che le cariche si dispongono sempre in maniera tale da essere tutte più lontano possibile tra loro. Questa cosa non deve soprendere: se abbiamo una vagonata di elettroni, tutte cariche negative, ecco che essi cercano di stare il più possibile lontano gli uni dagli altri a causa della repulsione elettrica.
E inoltre, questa disposizione degli elettroni è anche tale che il potenziale elettrico sulla superficie di un conduttore sia lo stesso su tutti i punti della superficie. Anche questa non è una sorpresa: se vi fosse una differenza di potenziale, allora le cariche inizierebbero a muoversi proprio a causa di tale differenza di potenziale (che poi sarebbe ciò che accade in un circuito elettrico dove c'è un generatore, tipo una pila).

Detto questo, passiamo all'ultima cosa: come è fatto il campo elettrico di un conduttore? Dipende da come è fatto un conduttore. Infatti, il campo elettrico di un conduttore è direttamente proporzionale alla densità di carica del conduttore stesso. La densità di carica non è altro che la quantità di carica per unità di superficie. Per esempio, se abbiamo 100 elettroni e 10 metri quadri di superficie, allora la densità di carica sarà 10 elettroni per metro quadro e così via. Da qui si può capire che, a parità di carica, è la grandezza della superficie che gioca un ruolo determinante.

Per esempio immaginiamo di avere due conduttori a forma di sfera, in particolare una sfera piccola e una grande. Poi mettiamo a contatto le due sfere: quello che accade è che la carica si distribuisce in modo da avere lo stesso potenziale elettrico sulle due sfere. E la densità di carica come sarà su ciascuna sfera? Per capirlo, dobbiamo capire come è fatto il potenziale.

Sulla superficie di un conduttore sferico, il potenziale è proporzionale sia alla densità di carica che al raggio della sfera. Quindi, se di sfere ne abbiamo due, e il potenziale è lo stesso per entrambe, allora la densità di carica deve essere maggiore sulla sfera con raggio minore. Questo è tutto il succo.
Ciò ci porta automaticamente alla conclusione che sulla sfera più piccola, visto che la densità di carica è maggiore e per quanto tempo finora, il campo elettrico sarà più intenso.

Certo, gli alberi non sono sferici. Però il discorso fatto finora si può applicare proprio in prossimità delle punte, dove si può ragionare in termini di raggio di curvatura. Praticamente si tratta dello stesso discorso di quando approssimiamo lo studio di una strada in curva come se fosse un pezzo di circonferenza.

Perciò, durante un temporale, la scarica di cariche elettriche di un fulmine, partendo dalle nuvole, andrà a beccare proprio quelle regioni sulla Terra su cui il campo elettrico è più intenso. Le quali, per quello che abbiamo appena detto, sono proprio causate dagli oggetti con raggio di curvatura piccolo (o se volete, con curvatura maggiore), ovvero oggetti a punta.
E infatti, guardate un po', questa storia si chiama proprio effetto punta.
(Se volete sapere come funziona un fulmine, niente paura, ho già raccontato tutto su Quantizzando qualche tempo fa).


Insomma, se vi trovate nel bel mezzo di un temporale, è inutile e anche pericoloso cercare riparo sotto un albero. Molto meglio restare in auto, come insegna il buon Faraday.

E poi non dite che la fisica non serve a niente, eh.