Wirgilio

Qualche settimana fa circolava per il web un simpaticissimo video di un’illusione ottica, la cascata di Escher, realizzata in legno e perfettamente funzionante.
Ecco il video:

Come si può vedere, sembra proprio che il mulino giri in moto perpetuo! In realtà il trucco c’è, e lo si può notare dallo strano movimento che assume l’acqua quando circola per le curve del percorso (consiglio la visione in HD del filmato).
Una soluzione viene spiegata in questa immagine, che ci permette di capire come la struttura sia frutto di un semplice effetto della prospettiva:

Finalmente però, un utente del sito Instructables ha pubblicato un’intera guida su come ricostruire tutta la struttura della cascata, con tanto di pompa per azionare il mulino.
Eccone il video (segue il link della guida):

La guida: http://www.instructables.com/id/Perpetual-Motion-Machine-The-real-life-version-of/

Le zanzare tigre hanno infestato ogni luogo. Ci impediscono di dormire la notte, ci impediscono di stare in giardino o in terrazza di giorno; si avvicinano con quell’insopportabile ronzio, ci deprivano di qualche microlitro del nostro liquido organico rosso e fuggono, ritornando poi per il pasto successivo.

Fin’ora mi sono sempre limitato a farle fuori con la mia fedele racchetta elettrica, ma ora ho deciso di provare a sterminarle alla radice: girando per il web ho infatto trovato una trappola, l’ovitrappola, che dovrebbe aiutarmi nel mio intento.
L’ovitrappola non è altro che un contenitore nero contenente dell’acqua. Posto nel terreno è considerato dalle zanzare un ottimo luogo per depositare le loro uova, una trappola che ci permette di distruggere le nuove generazioni dell’insetto.
Collocando un’ovitrappola nel terreno, in un vaso o in giardino, si dovrebbe riuscire a catturare un bel po’ di larve di zanzara, e tenendo conto che l’area di azione di una zanzara tigre è inferiore ai 200 m, magari si potrebbe passare il resto dell’esate in pace.

E allora così ho fatto: ho preso un barattolo di vetro trasparente, l’ho riempito per metà d’acqua e l’ho sotterrato in un vaso. Tra qualche giorno sapremo se questo rimedio alle zanzare funziona.

Se in questi giorni vi è capitato di vedere una partita dei mondiali di calcio in Sudafrica, avrete senz’altro fatto caso all’insopportabile rumore delle vuvuzela.

In questo articolo voglio mostrare come sia possibile eliminare un rumore sfruttando le caratteristiche fisiche del suono stesso. Il suono è una “vibrazione prodotta da un corpo in rapida e regolare oscillazione, che si propaga nell’aria o in altri mezzi elastici producendo una sensazione uditiva”, questa vibrazione si propaga sottoforma di disturbi di pressione consecutivi che assumono le caratteristiche di onde longitudinali.

Asse delle ascisse: tempo; asse delle ordinate: ampiezza dell'onda

Nell’immagine è rappresentato l’andamento della variazione pressione dovuta all’onda, prodotta da un suono a frequenza costante.

L’eliminazione del rumore si basa sul principio di sovrapposizione delle onde, secondo il quale due onde che si incontrano danno vita a un’onda la cui ampiezza è la somma delle due. Il concetto è chiaramente rappresentato nella seguente animazione:

In base a questo principio, se le due onde sono perfettamente identiche ma hanno ampiezza opposta, queste si annullano. Perciò, per eliminare un rumore, è sufficiente generare un «antirumore» che si annichilisca con il fastidioso suono. I due suoni, rumore e antirumore, devono provenire dalla stessa sorgente, in modo che tutti i disturbi di pressione possano essere eliminati.

Vediamo un semplicissimo esempio di eliminazione di un rumore utilizzando il software opensource Audacity, disponibile sia per sistemi Windows che GNU/Linux.
Apriamo Audacity e creiamo un nuovo suono da Generate -> Tone, impostiamo una frequenza di 1000 Hz per poterlo udire e lasciamo inalterati gli altri parametri. Creiamo una nuova traccia audio tramite Project -> New Audio Track e generiamo un altro suono utilizzando gli stessi parametri del primo. A questo punto, tramite lo strumento Zoom, andiamo a ingrandire le due tracce audio sino a poterne distinguere la forma dell’onda. Selezioniamo interamente una delle due tracce con Edit -> Select -> Cursor to End e clicchiamo sull’icona del Time Shift Tool. Tramite questo strumento è possibile spostare la traccia audio, quindi spostiamo la traccia selezionata fino a far coincidere esattamente la cresta di un’onda con la gola dell’altra, come nell’immagine:

Infine, spostate il bilanciamento di una traccia tutto a sinistra (L) e quello dell’altra tutto a destra (R).

A questo punto, collegate due casse uguali al vostro computer e disponetele una accanto all’altra. Riproducete il suono appena creato e posizionatevi davanti alle due casse: finché vi trovate in questa posizione il suono sarà praticamente impercettibile, se vi spostate più a destra o più a sinistra riuscirete invece a sentirlo.
L’effetto è mostrato anche in questo video girato da me:

Nel video purtroppo non sono riuscito a trovare il punto preciso in cui i due suoni che arrivano al microfono si annullano, perché l’ho girato con il cellulare e non avevo la possibilità di ascoltare il suono registrato durante la ripresa. È comunque possibile notare come varia l’intensità del suono semplicemente cambiando la posizione delle casse.

Il file audio utilizzato è scaricabile tramite il seguente link:
– Rumore.wav –

In questo esempio il rumore eliminato è un semplice suono a frequenza costante, ma ci consente di capire il principio su cui si basano sistemi molto più complessi di eliminazione del rumore, che invece di basarsi su suoni preregistrati analizzano il rumore identificandolo in base a determinati parametri e generano un suono uguale dall’ampiezza opposta, che annulla il rumore.

Molte delle persone che conosco a cui non piacciono le materie scientifiche, reputano queste noiose.
Il motivo credo sia principalmente quello di non avere la possibilità di osservare nella realtà ciò che si studia sui libri; infatti è difficilissimo immaginare fenomeni fisici, anche abbastanza semplici, se non li si osserva nella realtà. Il progresso scientifico è infatti nato dall’osservazione del fenomeno e cercare di comprendere dei concetti limitandosi alla sola lettura dei testi può risultare, appunto, noioso.

In genere le scuole sono dotate di laboratori di fisica, chimica e biologia, ma il più delle volte vengono utilizzati appena un paio di volte l’anno, che non è affatto sufficiente. Un sito che voglio segnalare, davvero molto interessante, è una valida alternativa alle lacune della scuola in questo ambito: Science Toys.
Traduco letteralmente la descrizione dal sito: “Come creare giocattoli in casa, spesso in pochi minuti, con comunissimi materiali domestici, che dimostrano affascinanti principi scientifici.”. In pratica, ciò che non si ha il tempo di fare a scuola.

Non lasciatevi ingannare dal termine «giocattoli», perché anche se il sito è fatto con l’intenzione di insegnare alcuni principi fisici ai bambini, ci si diverte a qualsiasi età, garantito. 😉

Il sito è suddiviso in dieci categorie: magnetismo, elettromagnetismo, elettrochimica, radio, termodinamica, aerodinamica, ottica, biologia, matematica, computer ed elettronica. In ognuna di queste ci sono una serie di esperimenti che è possibile fare tranquillamente in casa.

Alcuni esperimenti che mi hanno particolarmente affascinato, e che voglio segnalare, sono:

• Un motore elettrico in dieci minuti:
  
• Una bomba a idrogeno:
  
• Una barca a vapore:
  
• Un pannello solare:
  

…e tanto altro ancora!

Tutti gli esperimenti sono puramente qualitativi e al termine di ognuno di essi vi è la spiegazione dei principi fisici grazie ai quali sono possibili: “How does it do that?”

Per alcuni esperimenti, come ad esempio quelli di elettronica, sono richiesti componenti che magari non è facile trovare in ogni casa. Fortunatamente, il sito ha a disposizione un catalogo nel quale sono presenti tutti i kit per gli esperimenti effettuati, e spediscono in tutto il mondo.
Io non ho mai usufruito di questo servizio, ma a qualcuno potrebbe essere utile.

In definitiva, se come me siete degli amanti degli esperimenti e del DIY, questo è un sito che certamente non potete non conoscere!

http://scitoys.com/

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Durante gli studi di ingegneria aerospaziale, ho incontrato questo simpatico strumento che è il tubo di Pitot.
La sua funzione, che è ampiamente descritta su Wikipedia, è quella di misurare la velocità di un fluido.

Il tubo di Pitot è costituito da un tubo, di una generica lunghezza, disposto parallelamente alla direzione del fluido (in particolare, al vettore velocità). Un’estremità del tubo è aperta, per permettere l’ingresso del fluido, mentre l’altra estremità è collegata ad un manometro. I manometri che si possono utilizzare sono i più disparati, quello che ho utilizzato io sfrutta la Legge di Stevino.

Com’è possibile vedere nell’immagine qui sopra, il manometro e il tubo di Pitot non sono altro che un semplice tubo pieno d’acqua, collegati ad una scala millimetrata che permette di misurare il dislivello della colonna d’acqua. In condizioni iniziali, il livello dell’acqua segnato è 13.8 mm.
(Attenzione: la scala millimetrata posta accanto al manometro serve per misurare le variazioni di quota dell’acqua, non l’altezza assoluta. È questo infatti il dato necessario per calcolare la pressione.)

Ho colorato l’acqua con dell’inchiostro nero, in modo da poter visualizzarne meglio il dislivello all’interno nel tubo. L’inchiostro non ha la stessa densità dell’acqua, ma data la natura qualitativa di questo esperimento, la variazione di densità dovuta alla sua presenza è del tutto trascurabile.

Il tubo di Pitot si trova in genere sugli aerei e misura la velocità dell’aereo rispetto all’aria. Data la difficoltà nel testare il tubo di Pitot in condizioni di moto rispetto al fluido, il modo più semplice per verificarne il funzionamento è quello di mettere in moto l’aria rispetto allo strumento, tenendo quindi fermo il tubo. Ciò che conta è infatti il moto relativo tra il fluido e il corpo.

L’oggetto che ho utilizzato per mettere in moto l’aria è un semplice phon.
Indirizzando infatti il getto del phon parallelamente al tubo, è possibile misurare la velocità dell’aria che esce da questo.

Come è possibile vedere dalle immagini, la colonna d’acqua nel tubo subisce una variazione di quota di circa 1.9 cm.
Per la Legge di Stevino, la pressione legata a questa variazione di quota è:

L’aria che entra all’interno del tubo, alla velocità incognita V, genera una pressione dinamica che è:

Questa pressione va a bilanciare la pressione statica che abbiamo trovato con la Legge di Stevino, quindi:

Dall’espressione della pressione dinamica, ormai nota, è possibile ricavare la velocità del fluido:

La velocità dell’aria che esce dal mio phon è di circa 17.4 m/s (o anche 62.6 km/h). Come valore della densità dell’aria ho utilizzato quello della tabella disponbile su Wikipedia, alla gelida temperatura del mio garage di 15°C.

È importante notare che la densità utilizzata nella Legge di Stevino è la densità dell’acqua, mentre la densità utilizzata nell’espressione della pressione dinamica è la densità dell’aria.

Volendo approfondire un po’ l’argomento, bisogna tenere presente il fatto che il tubo di Pitot non misura soltanto la pressione dinamica, ma misura la pressione totale, che per il Teorema di Bernoulli è:

Per conoscere quindi la pressione dinamica, occorrerebbe conoscere anche la pressione statica attorno al tubo, che viene misurata utilizzando una seconda presa d’aria sul collo del tubo e va sottratta alla pressione totale. Però, nelle condizioni in cui ho effettuato l’esperimento, il manometro utilizzato è soggetto alla stessa pressione statica a cui è soggetto il tubo di Pitot, che è la pressione atmosferica. Quindi il valore misurato tramite il dislivello della colonna d’acqua è già la pressione dinamica.

Com’è infatti possibile vedere da questa immagine, la pressione totale misurata tramite la presa d’aria b, viene confrontata con la pressione statica misurata dalle due prese d’aria a. Il dislivello h misurerà precisamente la pressione dinamica.

Girando per la rete ho trovato una guida che spiega come invertire il senso di rotazione delle lancette di un orologio.

http://backwardstime-moddy.blogspot.com/

È in inglese, ma è davvero molto facile da seguire.

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Mentre studiavo fisica dal mio libro del liceo, mi è capitato di sfogliare una pagina nel capitolo

dell’elettromagnetismo che descriveva il funzionamento della chitarra elettrica.

Colto dalla lettura, mi sono reso conto della semplicità del suo funzionamento e ho deciso di realizzarne una versione con materiali trovati in casa.

Dopo diversi tentativi sono riuscito a creare un trasduttore in grado di trasformare la vibrazione di una corda metallica in segnale elettrico, che amplificato da uno stereo ricorda proprio il suono della chitarra elettrica.

La realizzazione è davvero molto semplice e richiede pochi minuti; ho deciso di descriverne i passaggi corredati da foto in questo articolo.

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Vorrei riproporre questo esperimento che ho fatto l’anno scorso: un razzo alimentato a idrogeno.

Il principio di funzionamento alla base è l’elettrolisi che scinde l’acqua in idrogeno e ossigeno; questi due gas, miscelati tra loro costituiscono una miscela altamente esplosiva che, se innescata, esplode facendo volare il razzo posto sopra la camera di combustione.

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