A VOLTE I SANTI AIUTANO ANCHE A SALIRE

1200_kapiFoto_kleinA scendere tutti i santi aiutano! Certo, a scendere si fa meno fatica che a salire. A parte dopo una certa età che fanno male le ginocchia.

E’ ovvio che sia così. Nessuno si chiede perché sussista questa differenza. Eppure.

Chiediamo al fisico. “Beh, è chiaro: salendo acquisisci energia potenziale, mentre scendendo la perdi. L’energia si conserva, quindi per acquisirne devi darne, mentre perderla non è un problema.”

La prima parte della risposta del fisico mi soddisfa, ma la seconda suscita ulteriori interrogativi. Dal principio di conservazione dell’energia discende che faccio fatica a salire, ma non si spiega perché non faccio fatica a scendere. Un conto è il principio secondo cui l’energia si conserva, un conto è quello in accordo con il quale, se non ci sono ostacoli, l’energia si minimizza. E’ di quest’ultimo che ho bisogno.

Dunque l’energia tende a minimizzarsi. Ma allora, non è sparita la teleologia dalla natura, come spesso si sostiene. Esiste infatti una variabile, cioè l’energia, che tende a minimizzarsi, cioè ha lo scopo di andare verso il minimo. Certo non si può dire che abbia l’intenzione di minimizzarsi, ma la fisica aristotelica non è poi così lontana.

Perciò a scendere non aiutano i santi, ma il principio di minimizzazione dell’energia. Anche noi, come lo stagirita, abbiamo i moti naturali e quelli violenti: naturale è perdere energia, violento è acquisirla.

Strano a dirsi a volte, però, i santi aiutano anche a salire. Sembra che il primo ad accorgersene sia stato Leonardo da Vinci, o comunque il primo a riportarlo. Così dice wikipedia. Se prendiamo un tubicino di vetro stretto stretto, cioè di diametro di un decimo di millimetro e lo immergiamo perpendicolarmente in una bacinella d’acqua, il liquido risale il capillare per ben 14 cm sul livello dell’acqua. Quindi l’acqua può risalire sui muri, contro ogni aspettativa! Un giovane di 21 anni nel 1900 sottopose alle Annalen der Physik il suo primo articolo scientifico discutendo il fenomeno della capillarità. Si chiamava Albert Einstein.

La spiegazione quantitativa di questo fenomeno arrivò solo nell’Ottocento per merito di Laplace, Young e Gauss. La base è la cosiddetta tensione superficiale.

Facciamo un passo indietro. Se immergiamo un corpo in un liquido esso riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del liquido spostato. Lo sapeva già Archimede. Per questa ragione, noi che abbiamo un peso specifico leggermente minore di quello dell’acqua, riusciamo a stare a galla, se non ci agitiamo troppo. Ma perché succede questo? Beh semplice il liquido spostato è dovuto salire leggermente, aumentando il livello contro la forza di gravità, quindi esso “vorrebbe” tornare in basso e vi spinge verso l’alto.

Appoggiamo un foglietto di carta sulla superficie dell’acqua e poi collochiamo sopra di esso un ago. Dopo di che con uno stuzzicadenti un po’ alla volta delicatamente mandiamo a fondo la carta. L’ago resta a galla! Ma come, l’acciaio non ha il peso specifico molto maggiore di quello dell’acqua? L’ago dovrebbe affondare. Invece, se non lo scuotiamo troppo, resta a galla, a causa della tensione superficiale.

Allora, proviamo a cercare una spiegazione della tensione superficiale. Le molecole d’acqua sono più “felici”, cioè si trovano a livello energetico minore, quando sono collegate ad altre molecole d’acqua in tutte le direzioni. Quindi le molecole alla superficie tendono a disporsi in modo un po’ curvo per minimizzare l’area scoperta. Su questa fragile curvatura abbiamo “appoggiato” l’ago.

Questa curvatura, però, viene contrastata dal fatto che le molecole d’acqua si attaccano ancor più volentieri al vetro e quindi per minimizzare la loro energia lo risalgono leggermente. Se il tubo è largo, allora l’effetto è minimo, ma se si tratta di un capillare il fenomeno diventa evidente e macroscopico.

Quindi, in conclusione, l’acqua risale il capillare contro la forza di gravità sempre perché “vuole” minimizzare l’energia. Perciò a volte i santi aiutano anche a salire!

VF

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