Spostamento

Questo blog è nato come un esperimento: voleva essere uno strumento di condivisione e di divulgazione, che non ha però gratificato, o almeno non abbastanza, le sue iniziali aspirazioni. Avere un blog  è impegnativo, ma tutto sommato bello: una valvola di sfogo che aiuta a distrarsi, e ancora meglio è se il contenuto del blog riguarda ciò che si insegue, ciò che è veramente mosso dai propri interessi. La scienza è un campo esteso, sorprendente, entusiasmante, e un blog che tratta questi argomenti risulta banale se non si prefigge aspirazioni di eccellenza, eccellenza che per i mezzi a mia disposizione non posso e non voglio raggiungere. Per questo motivo non aggiorno “Lampadinaccesa” da ormai più di sei mesi, e ho capito che il mio campo divulgativo non può essere quello scientifico, ma ho trovato un campo più adatto: ho infatti da poco iniziato una collaborazione col blog “Il serpente dell’Eden“. Cos’è? Lo lascio scoprire a voi!

Soluzione de “Il rompicapo del cioccolato”

In questo periodo gira su internet un video dal titolo “Il rompicapo del cioccolato” che non è altro che un’illustrazione di un post del blog del matematico Mariano Tomatis, in cui una tavoletta di cioccolato viene rotta lungo una linea diagonale che divide la terza fila di quadratini e viene separata la prima colonna, a cui viene anche tolto il quadratino in alto. La parte inferiore della tavoletta viene lasciata ferma e integra mentre le due parti superiori vengono invertite di posto lasciando la tavoletta apparentemente intatta. Quindi in apparenza viene risolto il problema del fabbisogno energetico globale dato che viene creata materia, nella fattispecie cioccolato, e la materia come si sa è energia secondo la popolare formula E = mc2. Nel video però viene anche specificato che un trucco c’è, e pare sia basato su un principio teorico formulato nel 1500 da un architetto di nome Sebastiano Serlio.

A guardare il video sembra tutto perfetto, ma capire il trucco è più facile se si sa come quantificare quello che c’è prima e dopo il magheggio, per questo i potentissimi mezzi di Lampadinaccesa hanno partorito quest’immagine:

Immagine

Vediamo schematizzata una tavoletta “standard” da 6 x 4 = 24 quadratoni ciascuno dei quali nel disegno occupa lo spazio di 4 x 3 = 12 quadretti (non sono un’unità di misura del SI ma risultano perfette per capire il trucco), e una linea che mostra dove la tavoletta viene tagliata.Ora, togliendo il quadratino in alto a sinistra e invertendo le due parti come nel video, si può intuire che, come mostrato nella seconda figura, si perde un quadratino di altezza.

Immagine

Perché i conti tornino però è necessario che nell’invertire le due parti superiori nei passaggi precedenti vengano in qualche modo nascosti i 12 quadretti persi, pari al “quadratone” che viene tolto. Appurato quindi che un quadratino di altezza viene perso, si può disegnare un parallelogramma che ha per altezza appunto un quadratino, e per base la diagonale della linea usata per spezzare la tavoletta. Ogni quadretto della terza fila quindi perde un parallelogramma la cui area è doppia rispetto a quella del triangolo disegnato in rosso nella figura sotto, quindi tre quadretti.

Immagine

 Dato che ci sono 4 “quadratoni” per fila, l’area totale persa nell’invertire i pezzi è proprio di 12 quadretti, o di un quadratone. Detto in altra maniera la tavoletta che nel video sembra identica a quella di partenza ha in verità una terza fila un po’ più piccola, in particolare di un quarto più bassa, come illustrato sotto.

Immagine 

Ci si rende conto che almeno in questo caso la magia nient’altro è che matematica, o alternativamente che la matematica è magia.

Contrassegnato da tag , , , ,

I RAEE

Forse non tutti sanno cosa siano i RAEE anche se con tutta probabilità tutti ne abbiamo più di uno in casa. Con il termine RAEE si indicano i Rifiuti di Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche, quindi chiunque tenga in un cassetto un vecchio cellulare che non usa e di cui non si è ancora sbarazzato, di fatto possiede un RAEE.

Immagine

Ogni dispositivo elettronico contiene al suo interno oro, argento, rame, platino, palladio, rodio e soprattutto qualcuna delle cosiddette terre rare, una classe di elementi molto particolari che, come si evince dal loro nome, sono molto rari. Per dare qualche numero, si pensi che in media un computer contiene un grammo di argento, 500 di rame, 65 di cobalto nelle batterie, 220 milligrammi d’oro, e 80 milligrammi di palladio. La possibilità di recupero di questi elementi, insieme ai già citati metalli preziosi, rende il riciclo di queste apparecchiature molto vantaggioso da un punto di vista economico oltre che ambientale. Se dispersi nell’ambiente provocherebbero danni incalcolabili, mentre il recupero renderebbe le nostre tasche molto più piene salvaguardando l’ecosistema. Bisogna sapere che il 97,3% dell’esportazione delle terre rare avviene ad opera della Cina con due fondamentali conseguenze: primo che il prezzo di queste materie prime lo scelgono i cinesi e secondo che se dovessero decidere di “chiudere i rubinetti” riporterebbero il resto del mondo al medioevo, cosa che tra l’altro hanno programmato di fare: vogliono infatti abbassare la percentuale di esportazione da 97 a 60, con conseguente aumento dei prezzi dei prodotti di elettronica.

Immagine

Una ben avviata attività di recupero inizia da una raccolta efficiente: riportare l’oggetto dismesso al rivenditore presso cui lo si è comprato è un buon punto di partenza, anche perché secondo la legge europea del 2012 sui RAEE, colui che vi vende un’apparecchiatura elettrica o elettronica é costretto a riprenderselo quando è giunto a fine vita.

Una volta recuperato, il problema principale diventa il come si separano tutte quelle poche tracce di terre rare dal resto del prodotto. Il processo come si può intuire è molto delicato anche perché oltre agli elementi più “innocui” come il i metalli preziosi, nei RAEE sono contenuti anche metalli dannosi per l’ambiente e la salute, come Piombo, Cadmio, Cromo esavalente e Cobalto.

Ci sono essenzialmente tre strade percorribili: quella pirometallurgica, quella biometallurgica e quella idrometallurgica. La prima è la più energivora ed è in generale poco conveniente per via dei costi economici e delle emissioni ambientali, la seconda è la più curiosa e sotto un certo punto di vista la più sorprendente, infatti sfrutta dei batteri che catturano elementi particolari: ad esempio un’alga è in grado di catturare per noi il Lantanio scambiandolo per Calcio, ma i tempi caratteristici di questo secondo tipo di processo sono lunghi, e quindi dal punto di vista industriale poco sfruttabili, anche perché bisogna aspettare la morte del batterio e recuperare dai suoi resti il metallo di interesse.

La via idrometallurgica ad oggi sembra la più percorribile in quanto veloce e meno impattante poiché prevede l’estrazione dei metalli tramite opportuni solventi e poi una separazione per via elettrolitica, processo ad oggi ben conosciuto. Anche in Italia abbiamo qualche esempio di aziende che con il riciclo di RAEE hanno fatto fortuna anche in tempi di crisi.

Immagine

Il problema principale però rimane la raccolta e la separazione che oggi avviene in maniera grossolana, l’attuale resa dei processi di recupero è intorno al 30% (con un valore di 3,5 milioni di euro se parliamo di computer), se ci fosse una raccolta più efficiente si potrebbe raggiungere addirittura il 100% di materiale recuperato(il valore sale a 11,5 milioni)  L’importanza del riciclo è ancora più evidente se pensiamo che secondo alcune stime dell’ONU il consumo mondiale di questi metalli aumenterà di circa nove volte. Inoltre la crescente domanda di prodotti elettronici non può essere soddisfatta interamente dallo sfruttamento dei giacimenti minerari per la produzione di materie prime, senza contare il risparmio energetico connesso al riciclo.

Contrassegnato da tag , , , , , , , , , , , ,

Michael Faraday

In questo articolo si parla della vita di uno degli scienziati che più hanno contribuito allo sviluppo industriale e tecnologico della nostra civiltà, e al cui enorme potenziale economico delle sue scoperte si contrappone una personalità di assoluta umiltà; il personaggio in questione è, come avrete capito dal titolo, Michael Faraday.

Nacque nel 1791 in Inghilterra in un paesino vicino Londra in piena rivoluzione industriale: erano appena state inventate macchine a vapore che riuscivano a fare molti lavori in modo più veloce ed efficiente degli uomini, quindi fabbri, tessitori e molti altri operai caddero in miseria, e anche il padre di Michael aveva parecchie difficoltà nel trovare un’occupazione. La famiglia Faraday però riusciva ad essere allegra lo stesso, in quanto molto religiosa: appartenevano alla setta dei sandemanisti, una “sottocategoria” dei metodisti, e la condizione di povertà era vista come via privilegiata per il paradiso.

Tuttavia non avendo i mezzi economici per fornire ai figli una buona istruzione, la famiglia Faraday non può che mandarli in scuole pubbliche situate nei quartieri poveri in cui abitavano e il tempo che non passano a scuola o lo passano a bighellonare in giro con altri bambini nelle loro stesse condizioni oppure lo passano a pregare. La setta sandemanista è molto attaccata alla preghiera e alle funzioni: saltare una messa domenicale è motivo di scomunica e Michael andrà a messa ogni domenica pomeriggio della sua vita eccetto una, quando fu invitato a cena dalla regina Vittoria, e i preti non presero troppo bene l’assenza neanche in quel caso.

Arriva l’età dei 13 anni e Michael viene mandato dal padre a fare il fattorino in una bottega in cui si rilegavano libri; nella vita di Faraday questo è un passo molto importante perché diventerà apprendista rilegatore e a causa della rivoluzione industriale l’attenzione verso il sapere scientifico subisce una netta impennata e la divulgazione avviene soprattutto tramite i libri, quindi Faraday può informarsi su tutte le più nuove scoperte scientifiche senza spendere soldi. Ovviamente dovette imparare a leggere in maniera decorosa dato che la sua istruzione non era stata per niente efficace; inoltre il ruolo della religione fu importante, sulla bibbia c’è un versetto in cui si stimola a conoscere il creato:

“Lettera ai Romani 1,20: dalla creazione in poi le sue (di Dio) perfezioni invisibili possono essere contemplate con l’intelletto nelle opere da lui compiute come la sua eterna potenza e divinità.”

Nel periodo in cui Faraday lavorava alla libreria uno dei personaggi più di spicco sulla scena della filosofia naturale era Humphrey Davy, un chimico inglese, brillante membro della Royal Society che teneva delle conferenze divulgative delle quali si parlava molto e in toni entusiastici, ma che ovviamente Faraday con il suo modesto stipendio non poteva assolutamente aspirare a vedere, e per questo motivo frequentava dei circoli operai a tema scientifico nei quali prendeva un sacco di appunti su tutto quello che sentiva, li riordinava, provava gli esperimenti in un piccolo laboratorio che si era costruito in casa (ovviamente con attrezzature molto rudimentali), ma di accedere alle conferenze di Davy non c’era proprio speranza, anche a causa della puzza sotto il naso dell’alta società inglese: Faraday era solo un proletario, per giunta da poco rimasto senza padre.

Un giorno in bottega un distinto cliente nota questo suo quaderno degli appunti, si mostra interessato, Faraday titubante glielo presta per qualche giorno, e quando il quaderno ritorna in suo possesso contiene i biglietti per vedere le ultime 4 conferenze di Davy: Faraday è al settimo cielo.

Davy era noto per aver isolato sodio, potassio, bario, bromo, calcio e magnesio, e anche se Francia e Inghilterra erano in guerra, i meriti di questo formidabile chimico furono riconosciuti anche da Napoleone.

Nella prima delle conferenze a cui andò, Faraday prese 96 pagine di appunti. E alla fine del ciclo di conferenze a cui aveva assistito aveva raccolto così tanto materiale da poter farne un libro e inviarlo a Davy stesso per poter entrare nelle sue grazie, riuscendoci, e dopo qualche vicessitudine Michael diventò addirittura l’assistente di laborario di Sir Humphrey Davy.

Ora, il mestiere consisteva nel pulire provette e pavimenti però potrete immaginare la felicità di chi ha aspirato per tutta la vita ad essere parte della filosofia naturale e il cui sogno si realizza. Date le abilità scientifiche, dopo poco tempo Faraday viene promosso: può disporre del laboratorio in cui aveva lavorato e condurre esperimenti in maniera autonoma (piccola curiosità il suo primo esperimento e il primo articolo pubblicato avranno come oggetto un minerale di calce raccolto in toscana).

Immagine 

Faraday insomma diventa un vero scienziato, e comincia ad interessarsi all’ elettricità, tema molto in voga all’epoca e già studiato da gente importante: Volta, Ampère e davvero molti molti altri, e si comincia a capire che l’elettricità e il magnetismo hanno parecchio in comune, e LA domanda che ci si poneva all’epoca era: sono la stessa cosa? Faraday lavorerà a questo quesito a lungo, addirittura non va in viaggio di nozze per trovare una risposta, e fu l’unica persona ad notare che una corrente elettrica è capace di orientare un ago magnetico facendolo ruotare sempre nello stesso senso. Faraday ipotizzerà che una corrente elettrica può generare un mulinello magnetico e confermerà questa teoria con un esperimento, che avrà per oggetto il primo motore elettrico mai costruito. La sua fama salirà presto alle stelle, e cosa tragicomica, Davy diventerà gelosissimo, agendo contro di lui, diffamandolo, prendendosi il merito di alcune sue scoperte, e quando nel 1825 ci furono le votazioni per eleggere Faraday come nuovo presidente della Royal Society, Davy fu l’unico che gli votò contro. Da persona molto umile qual’era Faraday rifiuterà l’incarico, continuando a condurre esperimenti dedicandosi al questo: se è vero che un campo elettrico ne crea uno magnetico, è vero anche il contrario? La risposta è sì, e lo verificherà nel 1831 con un esperimento che di solito si studia a scuola e non vogliamo spiegare qui per non entrare troppo nel merito, sta di fatto che Faraday scopre che “ogni volta che “una forza aumenta o diminuisce produce elettricità, quanto più è veloce il suo aumento o diminuzione, tanto maggiore è l’elettricità prodotta.

Questo enunciato fu poi tradotto in termini matematici da Maxwell, ed è uno dei tasselli fondamentali dell’elettromagnetismo.

Grazie alle intuizioni di Faraday fu possibile comunicare tramite telegrafo, vennero costruite le dinamo che molti di noi conoscono solo per le biciclette ma che riescono ad imbrigliare l’energia dei fiumi del vento del vapore e molto altro.

Faraday fu ricoperto di onori e riconoscenze che dato il suo carattere molto umile accettò per educazione e non per auto compiacimento. Rifiutò il titolo di cavaliere e rifiutò persino di essere sepolto nella abbazia di Westminster, accanto a gente del suo calibro, come Newton.

Immagine

L’inghilterra di oggi lo ricorda raffigurandolo nella banconota da 20 sterline, e con una statua a Londra in Savoy Place. Nel mondo scientifico il suo contributo viene riconosciuto con la costante di Faraday F, pari alla carica di una mole di elettroni.

Immagine

Contrassegnato da tag , , ,

L’ onda di melassa

Gli oggetti che possediamo non sono eterni, e anche i più strani si possono rompere: la frattura è un evento catastrofico dal punto di vista meccanico, e spesso (purtroppo) anche dal punto di vista umano. L’incidente di cui si parla in questo articolo però è qualcosa di bizzarro, sicuramente curioso. L’ambito è quello degli acciai: il cedimento più famoso è probabilmente quello del Titanic, nave costruita coi migliori materiali dell’epoca che però non ha resistito a un urto con un iceberg, e per quanto la siderurgia sia avanzata da allora, la principale differenza tra i transatlantici di oggi e quelli del primo ‘900 non sono gli acciai con cui sono costruiti ma i sonar montati a bordo che consentono di individuare gli ostacoli più disparati a molta distanza e quindi aggiustare le rotte per evitarli.

Un cedimento meno famoso avvenne a Boston in una giornata del gennaio 1919 “molto” calda, che causò la rottura di schianto di una cisterna di melassa di 8700 metri cubi, che riversò il contenuto nelle strade adiacenti, provocando un’onda di quattro metri circa che si mosse a più di 50 chilometri orari. I danni provocati dalla catastrofe furono ingenti, non solo quelli materiali, come un treno fatto deragliare e diverse strutture rase al suolo, ma anche quelli umani, con 21 vittime e centinaia di feriti.

Immagine

La tragedia è ricordata con una targa, situata poco lontano dall’area in cui avvenne l’incidente ribattezzato “The Boston molassacre”, che adesso è adibita ad altro uso, ma che ancora oggi odora di melassa.

Le fratture degli acciai purtroppo portano con se un numero altissimo di eventi catastrofici, tra cui vale la pena citare il crollo del ponte di Hasselt in Belgio, uno dei primi interamente saldati, gli aerei della serie “comet” che portarono a 105 morti e altri ancora che allungherebbero fin troppo l’elenco.

Per fortuna oggi ci si affida all’esperienza di ieri, ai potentissimi software di calcolo come Abaqus e alle nuove tecnologie messe in campo dall’industria metallurgica. Un ruolo non secondario è giocato dalle normative che indicano dei confini all’interno dei quali è sicuro progettare e fare sì che i ponti saldati non cedano e le fusoliere degli aerei non si fratturino.

Contrassegnato da tag ,
SempliceMenteScienza

La Scienza spiegata... SempliceMente!!!

OggiScienza

La ricerca e i suoi protagonisti

Bizzarro Bazar

Strano, macabro, meraviglioso!