Il gelato di Mpemba

fisica, scienze

L’effetto Mpemba è un effetto riscoperto casualmente nel 1969 dallo studente tanzaniano Erasto Mpemba, ma in realtà già descritto nel IV secolo a.C. da Aristotele (Μετεωρολογικά, I, 12).
Ponendo in freezer due bicchieri d’acqua, identici tra loro tranne che per la temperatura iniziale del liquido, il bicchiere contenente acqua calda congela prima di quello contenente acqua a temperatura ambiente.
Un revisore del Physics World ha recentemente scritto, “Sebbene l’effetto Mpemba sia reale, non è chiaro se la spiegazione sia banale o illuminante.”
Sono state proposte molte teorie per giustificare questo comportamento anti intuitivo. Fattori certamente significativi sono:
1) se si pone in freezer un liquido molto caldo, la massa di liquido nel bicchiere diminuisce per evaporazione;
2) il bicchiere caldo scioglie il leggero strato di ghiaccio che di norma ricopre i ripiani di un congelatore, e pone a contatto diretto il bicchiere col metallo freddo. Il bicchiere con l’acqua a temperatura ambiente, invece, resta poggiato su uno straterello di brina che conduce il calore peggio del metallo, ed è, sia pure in minima misura, isolato dal ripiano del congelatore. Quindi si ha una minore dispersione di calore per conduzione;
3) nel liquido più caldo si produce un moto di convezione che migliora lo scambio di calore con l’esterno;
4) il riscaldamento riduce la presenza di gas disciolti all’interno del liquido con la conseguenza che la convezione avviene a maggiore velocità;
5) l’effetto della convezione diminuisce il surraffreddamento (la fase del congelamento nel quale la temperatura del liquido scende al di sotto della temperatura di solidificazione, prima che gli atomi comincino ad allinearsi per formare la fase solida cristallina).
Bisogna tenere in conto che il congelamento è un fenomeno complesso che non si riduce alla mera cessione di calore da parte del liquido, ma necessita del passaggio degli atomi e/o molecole del liquido alla forma cristallina. Alcuni liquidi (come ad esempio il vetro) non riescono a cristallizzare a causa del notevole aumento della viscosità che ne intrappola le molecole impedendo a queste di assumere il corretto allineamento.
Vi sono altri effetti secondari (come il precipitare di soluti) che contribuiscono all’effetto quando non si utilizzi semplice acqua ma soluzioni. Tuttavia l’effetto, riscontrato da Mpemba nel congelamento di un preparato per il gelato, è stato studiato soprattutto con semplice acqua.

L’effetto, indubbiamente non intuitivo, dimostra la necessità di considerare tutti i parametri di possibile rilevanza e l’uso dei migliori strumenti teorici nello studio di un problema fisico. Una descrizione dettagliata dell’effetto e delle diverse teorie per darne spiegazione si può trovare in un lavoro di N. Bregovic, vincitore della “Mpemba.

 Fonte: Wikipedia

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Pulsar

fisica

Quando una stella di grande massa, esaurito il suo carburante nucleare, finisce la sua vita, si ha una esplosione di supernova e viene lasciato un residuo compatto. Questo oggetto, chiamato Stella di Neutroni, ha un raggio di circa 10 chilometri e una massa approssimativamente una volta e mezza quella del sole (il cui raggio e’ di circa 700.000 chilometri). Una Stella di Neutroni dunque e’ la cenere che rimane quando una stella gigante brucia e collassa su se stessa. La forza di gravità prevale sulla forza elettronica che tiene separati gli atomi gli uni dagli altri e li comprime in una massa dieci trilioni di volte più densa di un blocco di piombo. Un singolo cucchiaino di materiale di una stella di neutroni può pesare quanto un’intera montagna. A causa della conservazione del momento angolare (L=I \cdot \omega ), la stella collassata, avendo drasticamente diminuito il suo raggio, nasce con un periodo rotazionale estremamente elevato. velocità angolare: ( \omega= \dfrac{\Delta \Theta} {\Delta t}) modello pulsar Le Pulsar (acronimo per pulsating radio surces) sono stelle di neutroni rapidamente rotanti con un campo magnetico molto elevato che emettono un fascio collimato di onde radio. http://youtu.be/mkfEjSgfGJ0 La prima radio pulsar fu scoperta nel 1967 da Jocelyn Bell, studentessa presso l’Università’ di Cambridge, e il suo supervisore di tesi Anthony Hewish (vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1974) nel corso di un esperimento sulla scintillazione prodotta dal mezzo interplanetario su radiosorgenti extragalattiche. La scoperta delle pulsar ha confermato l’esistenza di stati della materia prima solo ipotizzati, appunto la stella di neutroni, e impossibili da riprodurre in laboratorio a causa delle alte energie necessarie, gravitazionali e non. Questo tipo di oggetto è l’unico in cui è possibile osservare il comportamento della materia a densità nucleari, anche se solo indirettamente. Inoltre, le pulsar millisecondo hanno consentito un nuovo test della relatività generale in condizioni di forti campi gravitazionali. Grazie alle pulsar, è stata possibile la scoperta del primo pianeta extrasolare, e successivamente di altri 10. A volte le stelle di neutroni sperimentano un glitch: un improvviso aumento della loro velocità di rotazione (comunque molto piccolo, comparabile con il rallentamento visto in precedenza). Si pensa che i glitch si originino da riorganizzazioni interne della materia che le compongono, in modo simile ai terremoti terrestri. Le stelle di neutroni hanno un campo magnetico molto intenso, circa 100 miliardi di volte più intenso di quello terrestre. La materia in arrivo viene letteralmente incanalata lungo le linee di campo magnetico. Gli elettroni viaggiano allontanandosi dalla stella, ruotando attorno ad essa in modo sincrono, finché non raggiungono il punto in cui sarebbero costretti a superare la velocità della luce per continuare a co-ruotare con essa. A questa distanza l’elettrone si deve fermare, e rilascia parte della sua energia cinetica come raggi X e raggi gamma. Noi possiamo osservare le pulsar notando questo fenomeno degli impulsi periodici, perciò ci sembra che la pulsar lampeggi. Esempi di pulsar: • Pulsar del granchio: (visisbile, appartenente alla nebulosa del granchio)

Chandra-crab • Pulsar delle vele:

(visibile, appartenente alla nebulosa delle vele) vela_big Vela_Pulsar_jet fonti: wikipedia e altri siti vari