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Caffè o cappuccino? Meglio una birra...

Ci mancò poco, l'altro giorno, che Bruno ed Ester non sfiorarono la loro prima crisi coniugale; e per un motivo davvero molto futile... forse. I miei due amici, infatti, lavorano nello stesso ufficio e, dopo parecchie ore di lavoro intenso, quel giorno decisero di prendersi una piccola pausa e si diedero appuntamento ai distributori automatici dell'azienda: il caffè americano piaceva solo a Bruno, per cui Ester si prese un bel cappuccino. Purtroppo, però, i rispettivi capi li richiamarono subito al lavoro, per cui entrambi i miei amici dovettero affrettarsi con i bicchieri in mano e... patatrac! Durante il rapido ritorno in stanza, Bruno si versò addosso una buona parte del caffè rimasto, mentre Ester era stata molto più attenta a non rovesciarlo... Solo il mio intervento (a voler essere ottimisti) riuscì a calmare la moglie di Bruno. E, in effetti, la convinsi abbastanza facilmente che, a dispetto delle apparenze, la colpa del rovesciamento del caffè non era affatto del marito ma... della fisica!

 

 

No, la tecnica usata per calmare Ester non fu quella di dirottare l'attenzione sulle mie rotelle mancanti, ma piuttosto quella di spiegare un risultato ottenuto recentemente da alcuni ricercatori americani e francesi. Il quale può essere riassunto molto semplicemente in questi termini: se non vuoi che un liquido si rovesci mentre lo trasporti in un contenitore, allora aggiungi della schiuma sulla sua superficie... La ricetta sembra quasi stupida, ma gli esperimenti condotti dai ricercatori non lasciano dubbi, come si può vedere facilmente dal video qui:

 

 

quando un vassoio contenente un bicchiere di birra e uno di caffè viene messo in movimento e poi subito fermato (ossia, quando gli si da uno strattone), il caffè è il liquido che sguazza maggiormente. E, per la birra, maggiore è lo strato di schiuma superficiale, minore è lo sguazzare della bevanda.

A pensarci bene, il risultato non è affatto paradossale, poiché ci si poteva aspettare che la schiuma in superficie smorzi il movimento del liquido. Infatti, poiché essa è composta da bolle d'aria sufficientemente grandi, che comunque rimangono attaccate anche alle pareti del contenitore, la schiuma dissipa una parte dell'energia acquistata dal liquido durante il moto, così come viene dissipata l'energia di un corpo in moto all'interno di un fluido viscoso (con l'effetto finale di riscaldare il fluido). Qui, la prima cosa interessante osservata dai ricercatori (e che può essere intuita anche dal video qui sopra) è che praticamente solo le bolle della schiuma in prossimità delle pareti del contenitore riescono a dissipare una quantità significativa di energia in modo da non far sguazzare il liquido: in pratica, è come se l'attrito delle bolle di schiuma con le pareti tenesse “bloccata” la superficie libera del liquido (almeno in prossimità del contenitore). La seconda cosa interessante, forse più inaspettata, è che non serve molta schiuma per non far sguazzare il liquido: bastano appena pochi strati di bolle d'aria (anche solo 4 o 5) per far avvenire efficacemente lo smorzamento delle oscillazioni; aumentando il numero di strati di bolle, lo smorzamento e l'ampiezza delle oscillazioni di liquido diventano indipendenti dallo spessore della schiuma. Naturalmente, tali caratteristiche sono più o meno accentuate dalla composizione chimico-fisica della schiuma utilizzata e dalla rugosità del contenitore, ma gli effetti principali sono proprio quelli appena descritti.

A questo punto, Ester si calmò alquanto, avendo riconosciuto che la colpa del marito era stata – al massimo – quella di aver scelto un caffè senza schiuma, piuttosto che un cappuccino schiumato... Ma una domanda gli venne spontanea: possibile che questi ricercatori si fossero adoperati a compiere esperimenti scientifici accurati giusto per spiegare lo sguazzare del caffè e non della birra? Naturalmente, i problemi tecnologici di interesse sono altri...

Infatti, il fenomeno non coinvolge solo questi semplici casi quotidiani, bensì – ad esempio – anche il più interessante trasporto in autocisterna di benzina o gas liquidi, o anche la stabilizzazione del propellente nei motori a razzo. In tutti questi processi “industriali”, il problema non è per nulla estetico, ma sostanziale, poiché lo sguazzare di grandi masse di liquido provoca delle considerevoli forze di pressione sulle pareti delle cisterne o dei propulsori, che quindi devono essere opportunamente tenute sotto controllo per evitare dei danneggiamenti anche pericolosi. Normalmente, questo controllo viene raggiunto o usando dei contenitori con pareti elastiche o inserendo dei deflettori meccanici, o anche aggiungendo delle membrane elastiche sulla parte superiore del contenitore; tutti metodi evidentemente costosi. L'aggiunta di un sottile strato di schiuma, invece, è certamente molto più semplice da effettuare e, come appunto confermato dallo studio dei ricercatori americani e francesi, anche molto efficace.

Per questa volta il matrimonio era salvo, ma Bruno imparò la lezione: d'ora in avanti, solo birra!

 

S. Esposito, fisico