I Simpson e la fisica dello sciacquone

21 Marzo 2018

Come i nostri fedeli lettori avranno già intuito, noi di Sinapsi amiamo i Simpson. Non è difficile capirne il motivo. Oltre ad evidenziare in modo dissacrante e irriverente le contraddizioni della nostra società, le avventure della giallognola famiglia di Springfield sono zeppe di riferimenti scientifici. Ne abbiamo già parlato già in un altro articolo. Purtroppo, ogni tanto anche loro prendono una cantonata. Non c’è troppo da biasimarli, dato che riguarda una leggenda metropolitana molto diffusa.

Il fattaccio avviene nell’episodio 6×27 (Bart contro l’Australia). Bart e Lisa litigano riguardo al senso di rotazione dell’acqua nel WC: Lisa dice che dipende dall’emisfero in cui ci si trova, a causa della rotazione terrestre, ma Bart non ne è convinto. Decide di telefonare dagli Stati Uniti in Australia per conoscere la verità una volta per tutte, causando così un incidente diplomatico tra i due paesi. Tutta la famiglia dovrà quindi andare in Australia per risolvere la situazione.

Ebbene, la premessa su cui si basa questo esilarante episodio è sbagliata: l’acqua nel WC o nel lavandino non ruota diversamente a seconda dell’emisfero in cui ci si trova. Il povero Bart aveva dunque ragione a dubitare di sua sorella, anche se il suo scetticismo non era supportato da argomentazioni scientifiche, ma solo dalla rivalità con la “secchiona” Lisa. Questa credenza è utilizzata anche in altri contesti: in un film, il protagonista – rapito e imprigionato – capisce in quale emisfero si trova guardando il verso di rotazione dell’acqua nel WC. Qualcuno è riuscito anche a guadagnare soldi da questa “bufala”: alcuni tizi hanno utilizzato tre lavandini, posti a poca distanza uno dall’altro – uno nell’emisfero Nord, uno sull’Equatore, uno nell’emisfero Sud – per mostrare agli spettatori paganti la differente rotazione dell’acqua. Tutta questione di tecnica naturalmente, la rotazione terrestre non c’entra nulla.

La protagonista dell’intera storia è la forza di Coriolis, cui è soggetto ogni corpo che si muove sulla Terra. E’ una forza apparente che devia i corpi in movimento verso destra se si trovano nell’Emisfero Nord e verso sinistra nell’Emisfero Sud, a causa della rotazione terrestre. Ma se ogni cosa in moto sul nostro pianeta ne è soggetta, come mai non influenza l’acqua nel nostro lavandino?

Tutto riguarda il tempo. Nello specifico, il tempo che il getto d’acqua impiega a raggiungere lo scarico. In sostanza, l’acqua nel lavandino non riesce nemmeno a “rendersi conto” che si trova su un sistema rotante, perché esce dal rubinetto e raggiunge lo scarico in un tempo troppo breve. A questa scala, la forza di Coriolis non è abbastanza grande da influenzarne il moto, rispetto ad altri fattori. Infatti, quello che determina il modo in cui l’acqua si muove è essenzialmente la forma del lavandino e la direzione del getto d’acqua; tutte cose legate al sistema in sé, non alla sua posizione geografica.

Molto diverso è il caso di flussi lunghi decine o centinaia di chilometri, come quelli che avvengono in atmosfera e in mare. Per esempio, tutti conoscono la caratteristica forma circolare degli uragani. Alla base della loro struttura c’è proprio la forza di Coriolis, che devia il moto dell’aria man mano che questa si avvicina al centro del sistema, fino a farlo diventare una gigantesca giostra. Nell’Emisfero Nord il senso di rotazione è antiorario, mentre nell’Emisfero Sud è orario.

Immagine satellitare dell’uragano Katrina, con la caratteristica forma circolare dovuta alla rotazione terrestre. Credit: NASA/GSFC/GOES.

I vortici (eddies in inglese) in oceano rappresentano l’equivalente degli uragani in atmosfera. Si formano all’interno delle correnti marine, come la Corrente del Golfo, e si “nutrono” della loro energia. La loro struttura circolare è simile a quella dei loro “cugini” atmosferici ed è ancora causata dalla rotazione terrestre.

Immagine satellitare di vortici formati dalla Corrente del Golfo nell’Oceano Atlantico, al largo delle coste statunitensi. La scala di colore rappresenta la temperatura superficiale dell’oceano. Credit: Liam Gumley, MODIS Atmosphere Team, University of Wisconsin-Madison.

L’effetto della rotazione su un fluido in movimento può essere riprodotto in modo piuttosto semplice; è sufficiente costruire una vasca rotante, come quella realizzata dall’ICTP SciFabLab. Si tratta di un semplice contenitore pieno d’acqua, posto su una piattaforma rotante. Usando del colorante alimentare come tracciante, si possono studiare diverse caratteristiche dei fluidi sottoposti a rotazione. Naturalmente vi servirà una telecamera che ruota in modo solidale alla vasca, altrimenti come osservatori esterni non potrete apprezzare granché.

Questo tipo di installazioni non è usato solo per fare semplici dimostrazioni, ma anche per realizzare esperimenti veri e propri. Naturalmente si utilizzano piattaforme più grandi e sofisticate. All’Università di Grenoble (Francia) si trova la più grande piattaforma rotante d’Europa (13 metri di diametro), a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo. Noi avremmo potuto chiamarli per sapere in che senso gira l’acqua lì dentro, ma non volevamo creare incidenti diplomatici.

 

Giorgio

Per chi vuole saperne di più:
Panoramica sulla forza di Coriolis

 

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