LICEOSCIENTIFICOENRICOFERMI STUDENTE:MAZZAROLOGIANLUCA CLASSEVC ANNOSCOLASTICO2009/2010
ILCIELOTRASUPERSTIZIONEEVERITA’ PERCORSOPLURIDISCIPLINARE MATERIETRATTATE: •
ITALIANO
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ASTRONOMIA
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FISICA
Premessa
Sin dai tempi tempi più remoti remoti l’uomo l’uomo ha contem contempla platola tola voltaceles voltacelestecerca tecercando ndovi vi un ordine ordine, , una presen presenza za superioreosemplicementeunfine,unaspiegazioneallepiùsemplicidomandeesistenziali.Inunprimo mome moment nto o si è lasc lascia iato to atte atterr rrir ire e dall dalla a gran grande dezz zza a dell dell’u ’uni nive vers rso, o, dall dalla a sua sua perf perfez ezio ione ne e dall dalla a sua sua imperturbabilità,cosìlohadivinizzato,lohaadoratoeonoratoriconoscendoadessopotereeforza.Ha offertoalcielovitedianimaliediuomini,hatrematodifronteadeclissieloharingraziatoperlalucee perlanotte,perlavitaeperilriposo.
Nonè necessari necessarioripercorr oripercorrerela erela storiadellereligioniantic storiadellereligionianticheper heper rendersicontodi rendersicontodi quale influsso influsso abbianoavutoilSole,laLunaetuttigliastri,sullavitaesulpensierodell’umanità.Finoaquandol’uomo haconsiderato haconsideratociòchenondipendeva ciòchenondipendevadaluioperadiesseripiùpoten daluioperadiesseripiùpotentiediforzesovruma tiediforzesovrumaneèrimasto neèrimasto succubedellanatura;quandopoihainiziatoadareunsignificatoscientificoaciòcheavvenivaintornoa lui,hacominciatoaprenderefiduciainses lui,hacominciatoaprenderefiduciainsestessoenellesuepotenzialità tessoenellesuepotenzialità. .
I primi filosofi-scienziati decifrarono con precisione incredibile, considerando gli strumenti a disposizione,fenomenicelesti,distanzeegrandezze;tuttaviaquandovollerospingersioltrelascienzae dare uno scopo al creato finirono per guardare l’universo attraverso il misticismo e la superstizione, minandotalvoltalagrandezzadellelorointuizioni. Nonostantesiaindubbioattribuireungrandemeritoacolorocheperprimihannocercatodidare unarispostaalledomandedell’uomo,unmeritospecialevaagliillustripersonaggichenellerispettive epoche storiche sono andati controcorrente rispetto alle idee dominanti del loro tempo e/o hanno cercatodimettereinevidenzaalcunideglierroricompiutineldescrivereifenomeninaturali,cercando difarlucesudiessi.
Traquestipersonaggiparleremonondiunoscienziatomadiunletteratofamoso: Giacomo Leopardi . Centrale sarà l’intreccio tra gli errori delle popolazioni antiche riguardo alcuni
fenomenilegatialcieloelaspiegazionechelamodernaastronomiadàdiquestifenomeni. Unaparticolareattenzionesaràrivoltaalfenomenodeifulmini.
INDICE ITALIANO:LEOPARDI - SAGGIOSOPRAGLIERRORIPOPOLARIDEGLIANTICHI - PENSIEROGENERALEECENNISUISEGUENTICAPI CAPO9:DELSOLE CAPO10:DEGLIASTRI CAPO11:DELL’ASTROLOGIA,DELLEECCLISSI,DELLECOMETE CAPO13:DELTUONO
ASTRONOMIA: - ILSOLEELARIVOLUZIONETERRESTRE - LESTELLECADENTIOMETEORE - CONFUTAZIONEDELL’ASTROLOGIA:LAPRECESSIONEDEGLIEQUINOZI - LEECLISSI - LECOMETE FISICA: - IFULMINI DESCRIZIONE DEL FENOMENO; DEFINIZIONE DI CAMPO ELETTRICO E DI POTENZIALE ELETTRICO; CENNI SU: CORRENTE, POTENZA, EFFETTO JOULE, GABBIADIFARADAY.
GIACOMOLEOPARDI
“La più sublime,la più nobile tra leFisichescienzeellaè senzadubbiol’Astronomia. L’uomo s’innalzapermezzodiessacomealdisopradisemedesimo,egiungeaconoscerelacausadei fenomenipiùstraordinari” (da“Storiadell’Astronomiadallasuaoriginefinoall’anno1811”–GiacomoLeopardi)
Cosìinizial’introduzionedella“Storiadell’Astronomiadallasuaoriginefinoall’annoMDCCCXI” scritta da Giacomo Leopardi nel 1813 in soli sei mesi. Il saggio venne completato quando l’autorenonavevaancoracompiutosedicianni,sebbeneilgiovanefosseoppressodapesanti studi di greco, latino ed ebraico e fosse già impegnato nella stesura delle sue prime composizioni poetiche. Gli anni che vanno dal 1809 al 1816 sono infatti quelli dello “studio matto e disperatissimo” in cui Leopardi si dedicò giorno e notte allo studio e alla scrittura, impossessandosi di un’erudizione solidissima, resa possibile dalla ricchezza della biblioteca paterna che vantava circa quindicimila volumi. In questi anni il giovane poeta accolse con entusiasmo le idee illuministe, maturò fiducia nella scienza, nella ragione e nella ricerca sperimentale ed empirica della verità. Tant’è che sia nella “Storia dell’Astronomia” sia nel “Saggiosopraglierroripopolaridegliantichi” ,eglisibattécontrolecredenzepopolariele superstizionilegateall’apparizionedicometeoalleeclissidisoleediluna. Ilmotivopercuidecisediscrivereunastoriadell’astronomiaèbenesplicatonellapartefinale dell’introduzione. “L’Astronomia dunque è sì stimata da tutti i sapienti, sì favorita da tutti i principi saggi ed illuminati,sìutileadognigeneredipersone,condottadalleumanericercheallostatoincuial presente si trova merita alcerto che lo studioso filosofo si applichi ad indagare l’origine, a ricercare i progressi e a conoscere l’epoche principali. Non credei dar cosa discara alla letterariarepubblicaneltesserlaStoriadellepiùarditeimpresedell’umanointelletto. I più celebri astronomi sìantichi, che moderni,e lepiù interessanti vicende dell’Astronomia verrannoinquestaconlapossibileesattezzanoverateedescritte” (da“Storiadell’Astronomiadallasuaoriginefinoall’anno1811”–GiacomoLeopardi)
Esattezza,quelladiLeopardi,allimitedell’incredibiledatalasuagiovaneetàel’ampiezzadella biblioteca paterna che conteneva sì un immensità di volumi, ma che non poteva certo rivaleggiare con le biblioteche delle antichissime università in cui l’Astronomia era sempre statastudiata. Inquestasedetratteremoinmanieraspecificasoloil“Saggiosopraglierroripopolaridegli antichi”
SAGGIOSOPRAGLIERRORIPOPOLARIDEGLIANTICHI–G.LEOPARDI
“Ilmondoèpienodierrorieprimacuradell’uomodeveesserequelladiconoscereilvero.” (da“Saggiosopraglierroripopolaridegliantichi”-Capoprimo:Ideadell’opera-G.Leopardi)
IniziacosìunodeisaggipiùeruditimamenoconosciutidiGiacomoLeopardicheindiciannove capitolisiscagliacontrotuttiigeneridicredenzepopolariaffermatesifinoaisuoigiornieche ancorasopravvivono,nonsolonel“bassovolgo”. Iniziamoconsiderandoil “Caponono”,nelqualel’autoreparladel Soleeconfrontaipensieri di varie scuole filosofiche antiche. Il Sole fu infatti il primo oggetto celeste ad attirare l’attenzionedell’uomopoichéerasiailcorpopiùvisibilenelcielo,sial’oggettocelestechepiù condizionava la vita dell’uomo. Vennero fatte dagli antichi molte congetture sia sulla composizione di questa stella sia sulla sua origine, intessendo il tutto con folti rimandi mitologici.Benchiaroeraperòfindall’antichitàcheilSoleavevaunruolofondamentaleperla vita,perl’agricolturaedavevaeffettiprofondisulclima. Lamodernaastronomia affermainfattiche ilmotodi rivoluzionedella Terraattorno alSole causafenomenibenvisibiligiàagliuominiantichicome: L’alternarsidellestagioni Ladivisionedelgloboinzoneclimatiche MovimentoapparentedelSolesullosfondodelloZodiaco Ladifferenzatragiornosolareegiornosidereo • • • •
ealtrifenomenichevennerostudiatipiùtardi(dal1730c.a.)come: Laparallasseannuael’aberrazionestellare •
“Pitagorici,Platonici,Peripatetici,Stoici,Cinici,Epicurei,Scettici,Cirenaici,Megarici,Eclettici” scrive Leopardi “si accapigliavano, si facevano beffe gli uni degli altri, mentre qualche vero saggio sirideva ditutti. Ilpopolo,lasciato solo inquesto fracasso, non rimanevaozioso,ma lavoravatacitamenteperaccrescerel’enormecumulodeglierroriumani.” (da“Saggiosopraglierroripopolaridegliantichi”–Caponono:DelSole–G.Leopardi)
Quest’ironica immagine spiega bene la confusione concettuale dell’epoca antica, in parte giustificabilesesiconsideracheleteoriediquelperiodoeranopurespeculazionifilosofiche chenondisponevanodeglistrumentiperessereverificate. Ciò non significa però che le epoche antiche siano state vane e inutili dal punto di vista astronomico: esse sono infatti di grande importanza per quella che viene oggi chiamata
Astronomia descrittiva, branca dell’astronomia che si occupa soprattutto di determinare la posizionedegliastriediprevedereilorospostamenti. Ad esempio, Leopardi spiega come già Aristotele si fosse accorto e avesse descritto il cambiamentodi declinazionedelSoledurantel’anno,dandoneperòunaspiegazionealquanto misticheggiante.
OggisappiamocheilSolevarialasuadeclinazione (chepotremmoanchechiamareLatitudine celeste)poichéilpianodell’eclittica(ovverocontenentel’orbitasolareapparente)èinclinato di23°,27’rispettoalpianocontenentel’equatore(v.diap.). E’ proprio il cambiamento della declinazione del Sole durante l’anno a determinare la variazione della durata del dì e della notte. Questi due fenomeni sono responsabili dell’alternarsidiperiodicaldiefreddisullaterra. Inaltricasigliantichihannofattomisurazionichesonorisultateesseremoltosimiliaquelle effettuate con lamoderna tecnologia,come nel caso diEratostene,il qualedetteunvalore dellacirconferenzaterrestremoltovicinoaquelloattuale.
Nel“Capodecimo”Leopardiparlaquindideglierrorisulleconcezionilegateagliastri.
“Fu unnulla per gli antichi,dopo aver divinizzato gli astri, il supporre che qualcuno tra essi precipitassetalvoltadalcielo,conpericoloevidentedirompersiilcollo.” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimo:DegliAstri–G.Leopardi)
Infatti,spiegal’autore,benprestolameravigliasuscitatadallavoltacelestediedeluogoalla curiosità,“madredelsapereedeglierrori”. Ealloragliantichidiederolepiùdisparatespiegazionialfenomenodelle stellecadenti:Lucano dissecheeranostellechecadevanoaterra,Ovidiodubitòsecadesserosoloapparentemente, Virgilioaffermòchecadevanoacausadelsoffiardelvento; Aristotele,(facendositral’altrobeffeditutti)affermòchesiavvicinavanoallaTerrapercibarsi. Inrealtà,sappiamooggichelestellecadentisonometeore: lemeteoresonoframmentidicometeodiasteroidicheentranonell’atmosferaterrestreesi incendianoacausadell’attrito(nonsonostellequindi). Visonoperiodidell’annoincuilaTerraincontraverieproprisciamidimeteore:il10agosto (LaNotteDiSanLorenzo )laTerraincontra losciamedellePerseidi mentreil15aprilequello delleLeonidi . Allafinedelcapodecimo,introducendoalsuccessivo,Leopardiaffermacomelestellesiano legateadunodeipiùgrandierroriantichichepermeatuttoralanostrasocietà:l’Astrologia.
“Capodecimoprimo–Dell’Astrologia,delleEcclissi,delleComete” “Si pensòche i diversi movimenti di quei corpi lucidi, che brillano soprala voltaazzurra del firmamento,potesseroaverqualchecorrelazioneconl’avvenire.” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimoprimo:Dell’Astrologia,DelleEcclissi, DelleComete–G.Leopardi)
L’autoreaffermacomequesta“scienzadelfuturo”avrebbepermessoall’uomoditrarregrandi vantaggi,avrebbeconcessodisoddisfarelacuriosità,lacupidigia,itimoridellagente.
“Siesteselainfluenza,cheilSoleesercitasoprailnostroglobo,allaLuna,aipianeti,allestelle tutte; gli astri furon creduti gli arbitri delle cose terrene; la scienza dei loro movimenti fu riputataquelladelfuturo.Eccol’originenaturaledell’astrologia.” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimoprimo:Dell’Astrologia,DelleEcclissi, DelleComete–G.Leopardi)
Inizialmente, afferma Leopardi, non si poteva provare la “vanità di quest’arte” poiché occorrevaungrannumerodiosservazioni.Tuttavia“quandosipotéaverlefatte,[…],nonera piùtempodispogliaregliastrologidellorocreditoeipopolideiloropregiudizi.”L’astrologia infatti è una pseudo-scienza piuttosto antica ed ancora in voga ai giorni nostri. Essa, in sostanza,sibasasuproposizionichedevonoessereilpiùgenerichepossibiliedevonoandare beneadunvastissimonumerodipersone(sel’attualepopolazionemondialeèdi6miliardidi persone,essendoci12segni,teoricamentecirca500milionidipersoneavrannoognigiornolo stessooroscopo). Finorasonostateeseguitemigliaiadiosservazionichehannodimostratochenonesistealcun tipodirelazionetraimovimentidellestelleedeipianeti. Tuttaviavisonoalcuninodidifondocheminanosial’astrologiaanticachequellamoderna. Per quanto riguarda l’astrologia antica, come hanno fatto gli astrologi a fare previsioni (corrette)senonsapevanodell’esistenzadialcunipianetiscopertisolodirecentecomeUrano, NettunoePlutone(anchesequest’ultimoèstatorecentementedeclassatoapianetanano)? Noncontailloro“influsso”?
Perquantoriguardal’astrologiamodernadobbiamoinvecefareunapremessa: abbiamo detto che la rivoluzione della Terra attorno al Sole determina il movimento apparentedelSolestessosullosfondodelloZodiaco(v.diap). Tuttavia,ilSoleelaLunaesercitanosullaTerradelleinfluenzegravitazionalichedannoorigine ad un moto millenario chiamato precessione degli equinozi. Quest’ultimo è un movimento retrogrado(ovveroinsensoantiorario)dell’asseterrestreilqualedescriveundoppioconoche ha come vertici il centro della Terra e che presenta una superficie laterale costantemente inclinatadi23°,27’rispettoalpianodell’eclittica.
Ilrisultatodiquestomovimentoèchegliequinozianticipanoogniannodicirca20minuti: ciò significachelaTerrasi ritrova nellaposizione diequinozio dopoaver compiuto359°59’ 10”anzichéunangologirocompleto.Questofenomenosichiamaprecessionedegliequinozi mainrealtàriguardatutteleposizioniastronomiche. CosìanchelecostellazionicheformanoloZodiacosisonomosseenonostantequestomoto sia molto lungo (26000 anni) sono passati alcuni millenni da quando è stato stabilito l’intervallo di ogni costellazione: attualmente, ad esempio, quando la Terra si trova nel solstizio d’estate, il Sole è nella costellazione dei Gemelli mentre 2000 anni fa era nella costellazione del Cancro; quando la Terra era nell’equinozio di primavera il Sole era nella costellazionedeiPescimentreoraènell’Ariete. Gliattualisegnizodiacalihannoquindiunvalorepuramentesimbolico.
LeopardipassaquindiaparlaredelleeclissidiSoleediLuna. “Erabennaturalechegliantichitremasseroall’improvvisooscurarsidelsoleedellaluna, ealcoprirsilanaturaditenebretuttoaduntratto” poiché“temevanoinfattichesoleelaluna sispegnesseroalloroeclissarsi” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimoprimo:Dell’Astrologia,DelleEcclissi, DelleComete–G.Leopardi)
L’autore racconta quindi due episodi celebri nei quali l’intelligenza e l’astuzia trionfarono sull’ignoranzalegataatalefenomeno. IlprimotrattadicomePericle,alcomandodiunanaveateniese,riuscìascacciaredaisuoi soldati il timore per un’eclisse avvenuta durante la partenza della flotta, spiegando loro il fenomeno; ilsecondo dicome Talete, predicendo un’eclissi, stupìa tal punto i sacerdoti che l’avevano condannatoamorte,cheessiloliberarono. Unterzoepisodio,trattodaunlibrodiunprofessorediun’universitàamericana,raccontadi come Cristoforo Colombo si servì della previsione di un’eclisse per domare alcuni indigeni infastiditidall’indisciplinadellasuaciurma. Sebbeneilprincipioallabasediquestofenomenosiastatocompresoabbastanzaprestonella storiadell’uomo(unatestimonianzaillustreèquelladiTitoLiviochedescrivel’eclissedel190 d.C.)leeclissisonosemprestateunpresagioinfausto,spessoalserviziodell’astrologia. Sappiamodalungadatailprincipioallabasedelleeclissi:leeclissidiLunaavvengonoquando laTerraèinterpostatrailSoleelaLunamentrequellediSolequandolaLunaèinterpostatra ilSoleelaTerra.LacondizionebasilareècheSole,TerraeLunasianoallineate. Laperiodicitàdelfenomeno(cisonosempreda2a7eclissil’anno)hapermessoapopolazioni antichissimedistilareveriepropricalendari. Tuttaviaintempimodernilaspiegazionedelfenomenoèstataarricchitadiparticolariderivati dastudiastronomiciefisici. Riveste una particolare importanza l’eclisse di Sole del 1919, grazie alla quale un gruppo di astronomi,guidatidall’astrofisicoEddington,misuraronolospostamento apparentedialcune
stelledovutoalladeviazionedellalorolucedapartedelcampogravitazionaledelSole,dando unaprimaverificadellaTeoriadellaRelativitàGeneralediEinstein.
Ilsaggioleopardianocontinuaquindiconlatrattazionedelfenomenodellecomete.
“Non meno durevoledel timore ispiratodalle ecclissi, e più comune forsefra i dotti, è stato quellocagionatodallecomete.Uncorpoluminosodifiguranonordinaria,vedutoinunanotte oscuranelcielo,accompagnatodaunalungaelargastrisciadifuoco,ocircondatodafiamme, è,quantoall’apparenza,unoggettotristoespaventoso.” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimoprimo:Dell’Astrologia,DelleEcclissi, DelleComete–G.Leopardi)
La spiegazione scientifica di questo fenomeno è rimasta sconosciuta per molto tempo. A tal proposito Leopardi cita l’illustre filosofo Seneca: il filosofo latino nelle “Naturales Quaestiones”,parlandodellecomete,prendeinfatticoscienzacheperla descrizionedialcuni fenomenicelestiglistrumentidelsuotemposonoancorainadeguatieprofetizzal’avventodi un’epocaincuiunmaggiorsviluppodellascienzaeuna“maggiordiligenza”(quasialludendoal futurometodoscientificogalileiano)farannoconoscereciòcheancorsiignora. Perquantoriguardal’AstronomiamodernasolonelXVIIsecolo EdmundHalleyusòle teorie newtoniane per calcolare il preciso periodo orbitale di una cometa (passata poi alla storia comelacometadiHalley)(76annic.a.). Bisogna però aspettare il 1950 per avere un modello comunemente accettato che descriva cosasiaunacometa. Secondoquestomodello , lecometesonocorpicelestidipiccolamassa,costituitidaghiaccio epolveri ,visibiliquandosiavvicinanoalSole. SembracheprovenganodaunazonaaiconfinidelSistemaSolare,oltrelanubediOort. Leorbitedellecometepossonoessereellittiche,parabolicheoiperboliche. Il nucleo delle comete è solido ed è composto da elementi volatili ghiacciati. Quando si avvicinano al Sole, sotto l’azione della radiazione solare il nucleo lascia evaporare questi elementiesviluppaunachiomatondeggiante(grandeanche10volteildiametroterrestre).La chioma,acausadelventosolare,èdallaparteoppostaalSole. Le comete sono un fenomeno periodico, che viene però ad esaurirsi quando finiscono gli elementivolatilidelnucleo. Tralecometepiùfamosericordiamoquelladi Encke(dalbreveperiodoorbitale),lacometadi Halley (76anni)elacometaHale-Bopp(200anni). Lecometerivestonoattualmenteparticolareimportanzapoichédirecenteèstatarilevatain esselapresenzadisostanzeorganiche.
“Capodecimoterzo-Deltuono” “Si teme generalmente il tuono. Questo timore non è irragionevole […]. Ma esso è inutile e dannoso.” (da“Saggiosuglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimoterzo:DelTuono–G.Leopardi)
InquestocapitoloLeopardinontrattamoltoilfenomeno:fornisceinvece,quasidivertito,una lunghissimaseriedifamosipersonaggiappartenentialmondoanticochetemevanoituoniei fulminitraiqualispiccanolefigurediOmero,Ciceroneedell’imperatoreromanoAugusto. Analizziamoalloraindettaglioilfenomeno.
FISICA:IFULMINI Unfulmineèunascaricaelettricadigrandidimensioniechesiinstaurafraduecorpiconuna elevatadifferenzadipotenzialeelettrico.Ifulminipiùfrequentisonoquellichesiverificano duranteitemporalimapossonoesserecausatianchedatempestedisabbia,buferedineveo dallenuvoledipolverevulcanica. Esistonofulminipiùfacilmenteosservabilicomequellifraunanuvolaeilsuolo,mapossono avvenireanchescarichefraduenuvoleoall'internodiunastessanuvola. Ancheunoggettosospesonell'atmosferapuòinnescareunfulmine:esempisonofulminiche colpisconoaeroplaniochedagliaeroplanisipropaganoalsuolo. Sullaterrasi hannocirca100 fulminialsecondo,la maggior partedei qualisi sviluppanelle areetropicali.
Duecondizioni necessarieaffinchésiformiunfulminesonoche l’ariadelluogosiaumida e cheall’internodiunanube(lanubetipicadeitemporalièil“cumulonembo”- v.diap.)siformi una corrente di aria calda ascendente . Così facendo l’aria giunge nella parte più alta della nuvola (anche 15kmsul livellodelmare)doveletemperaturevanno inmediadai-20°Cai50°Cequindisiraffreddabruscamente.Sel’ariacontienemoltovaporeacqueolegoccioline d’acquadelvaporesicongelano:dallaformazionedimolecoledighiacciodipendelosviluppo digrandiquantitàdielettricità.Mentrelanubetemporalescasiforma,sicreaalsuointerno una frizione tra le particelle di ghiaccio che risalgono la nube e quelle che la discendono: quest’ultime in genere sono più grosse e scendono perché il loro peso supera la forza ascendentedellecorrentid'ariae strappanocosìalleparticellepiùpiccoleunacertaquantità dielettroni. Si può immaginare il grande sfregamento di particelle se si pensa che le correnti di aria all’internodelcumulonembopossonoraggiungerevelocitàanchedi40m/s(144km/h). Questosfregamentocrea,all'internodellanube, unadifferenzadipotenziale(v.diap.) poiché le particelle caricate positivamente, che hanno ceduto elettroni, risalgono la nube (solitamente),mentrequellecaricatenegativamente,ladiscendono(solitamente); sicreacosìunapartesuperiorepositivaeunaparteinferiorenegativa. Eccochequindilaparteinferioredellanuvolacreauncampoelettrico(v.diap)conilterreno condirezionenuvola-terraeversorivoltoallanube(v.diap.)
Sipuòdirecheincondizionidibeltempoilvaloredelcampoelettricoalsuoloèpraticamente nullo,mentreinpresenzadiunanuvolatemporalescailvaloredelcamposale. E’quindiprossimoilfenomenodellascarica(v.diap) Sipossonoidentificareprincipalmentetrefasi: scaricheLeader einizioformazionedelcanale •
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formazionedellacontro-scarica sviluppodelcanaleefulminevisibile
Seciriferiamoadunfulminecheabbiaoriginedallanuvolaversoterra,sipuònotarechela scaricasigeneranellaparteinferioredellanuvolaacausadell’intensocampoelettricolocalee dellararefazionedell’aria. In seguito, sotto l’azione del campo elettrico, una scarica, detta“Leader”, si propaga verso terra assumendola forma di un canale ramificato. Questo canale è costituito da un nucleo altamenteconduttore(plasmaionizzato-gas)deldiametrodicirca1centimetro,circondato daunacertaquantitàdicaricadispostanellospaziocircostante.Lascaricasipropagainariaa zig-zaginbaseadovetrovamenoresistenzaedaccumulaunasignificativaquantitàdicarica elettrica,ingenerealcuniCoulomb,almassimo8o10:nonostantesembrinopiccolinumeri,a causadellagrandevelocitàallaqualeavvieneilfenomeno,lacorrenteassociatapuòandareda 2kA(1kA=1000Ampère) finoa200kA(i=Q/t). Quandoilcanaledelfulminearrivainprossimitàdelsuolo(circa20-100mdialtezza),ilcampo elettricodiventamoltointenso(conlaconseguentecreazionediun campomagneticomolto intenso–vediIVeq.Maxwell). Siformapertantounfenomenodi contro-scaricaLeaderchesisviluppaversol’altofinoad incontrare il canale discendente. La lunghezza del canale di contro-scarica è in genere di alcunedecinedimetri.Quandoilcanalediscendenteincontraquellodicontro-scaricailcanale si è formato: ha inizio la scarica a terra (il drenaggio della nuvola) che coinvolge correnti dell’ordineanchedi300 kApoichélavelocitàdiscaricavadal10 al50% dellavelocitàdella luce(c=300.000km/s).E’questalafasepiùvisibiledelfenomenodifulminazione(fulmine). Tuttal’energiadiunfulminepotrebbealimentare,seimmagazzinata,unalampadada60Watt perunmese,eciòèrelativamentepoco;piùrilevanteèinvecelapotenzadelfenomeno,che èsuperioreaquellachesonoingradodiforniretuttelecentralielettricheinstallateinEuropa nellostesso(brevissimo)intervalloditempo(sinoticheP=L/t). Un fulmine è caratterizzato dal bagliore luminoso della scarica, il lampo, e dal rispettivo fenomenoacustico, iltuono.Quest’ultimoèdovutoalrapidoriscaldamentodell’aria,lungolo stretto canale percorsodallascarica.Durante ilpassaggio dicorrente siha infatti unbrusco cambiamento di temperatura e di densità nel canale ionizzato (da temperatura ambiente a 45000°C). Questo cambiamento origina un’onda di pressione che si propaga e che viene percepitacometuono. Illampoeiltuonosolitamentenonvengonopercepiticontemporaneamenteamenocheil fulmine non sia molto vicino. La differenza tra la visione del bagliore e la percezione del rumoreèdovutaalledifferentivelocitàdipropagazionedellaluceedelsuono. La luce si propaga a quasi 300000 kilometri al secondo mentre il suono a soli 340 metri al secondo(quindiiltuonopercorreràcirca1kmin3secondi).
Generalmentesidescriveilfulminecomeunasingolascarica,masonomoltofrequentiicasiin cuisiverificaunaseriediscaricheinrapidasuccessione.Solitamentel'intervallodi tempotra unascaricael'altrapuòoscillaretrai5ei500millisecondi. Tuttal'energiatrasportatadaunfulminesitrasformainluce,ondesonore,radiazioni,ecalore; ilmassimopiccoditemperaturaraggiungei50.000gradiedhaladuratadiqualchemillesimo disecondo.
Interferenzeelettromagnetiche Ilfulminegeneraunforteimpulsoelettromagneticocheprovocainterferenzenellaricezione disegnaliradio,finoafrequenzedidiversiMHz.Questofortissimoimpulsopuòdanneggiarein modoirreversibilecomponentielettronicifunzionantiabassafrequenza. Pericolositàdeifulmini UncorpocolpitodaunfulminevieneriscaldatopereffettoJoule(P=Vi):legrandicorrentiin gioco possono, a seconda dei casi, incendiarlo o fonderlo all'istante; quando un fulmine si scaricanell'acqua,essapuòvaporizzarsi. Leggermente diversa la situazione se il fulmine colpisce una persona: l’effetto joule infatti riguardai corpiconduttori mentreilcorpoumanoèuncattivoconduttoreeciòinterferisce;si parlaquindidifolgorazioneeleconseguenzepossonoesseremoltogravi:inunafrazionedi secondounfulminepuòdanneggiareilcervelloearrestareilbattitocardiaco. Perridurreirischiderivantidaifulminisiutilizzanoiparafulmini. Lescaricheelettrichesonoattrattedallapresenzadimaterialiconduttorioppuredaenergia nellesuevarieforme,e,aparitàdimateriale,tendonoaconcentrarsisullepunte(eccoperché sarebbebeneevitaregliombrelli). Ladensitàdicaricaelettricamisurabileinunmaterialeconduttorerisultainfattimassimanelle sue punte e spigoli, dove tendono a concentrarsi le particelle elettriche libere: è in base a questo principio che funziona il parafulmine. Questo infatti cerca proprio di attrarre a sé il fulmineperpoiscaricarloaterraattraversouncircuitoisolato. Iluoghichiusi,comelamacchinaolacasa,sonodeipostisicuriincasoditemporale. Essiinfattifunzionanocomeuna gabbiadiFaraday ,interpostafrailtemporaleesternoela personachevuoleproteggersi. IlprincipioallabasedellagabbiadiFaradayècheinunconduttore(secarico ,comeunaereo appena colpito da un fulmine) le cariche si dispongono sulla superficie esterna e quindi all’internoglieffettielettromagneticisononulli. NonsipuòpiùparlaredigabbiadiFaraday,evienemenolaprotezionedaifulmini,sevisono porteofinestreaperte,oinpresenzadisorgentielettromagnetiche,comeuncellulareacceso. Perquantoriguardagliaerei,anch’essifunzionanocomegabbiediFaradaymanecessitanodi un ulteriore dispositivo costituitoda alcune punte che letteralmente “soffiano”via la carica acquisitadallosfregamentoconl’ariaodalfulmine. Senza questo dispositivo, se un passeggero, uscendo, posasse la mano sul bordo dell’aereo verrebbe fulminato. Le macchine non hanno questo problema: infatti, se colpite da un fulmine,siscaricanoaterra.
“Inognicasolaenumerazionedegliantichierrorisaràsempreutile.Essaciporràinistatodi paragonare le opinioni moderne con cotesti errori, e di conoscere se ciò che ora si tiene per costantesiastatomaisottoaltroaspettocondannatodagliuomini;essametteràifabbricatori di sistemi, fuori dalla possibilità di rinnovare impunemente gli errori antichi; e giacché la dimenticanza,incuiquesticadonobenespesso,favorisceillororisorgimento,essaimpedirà cheifallideinostriantenativadanomaisepoltiinquestafataleobblivione.”
(da“Saggiosopraglierroripopolaridegliantichi”–Capodecimo–G.Leopardi)
Bibliografia: Leopardi–“Tutteleopere” –SansoniEditore(1989) C.P.Feyles,I.Neviani–“Geografiagenerale” –SocietàEditriceInternazionale(2010) Halliday,Resnick–“Fondamentidifisica”(1980) U.Amaldi–“LafisicadiAmaldi”–Zanichelli(2009) WilliamH.Calvin–“HowtheShamanStoletheMoon:TheSearchofAncientProphet– Scientists:FromStonehengetotheGrandCanyon”-BantamBooks(1991)
Sitografia: Wikipedia www.wikipedia.org/wiki/Leopardi www.wikipedia.org/wiki/Precessione_degli_equinozi www.wikipedia.org/wiki/Cometa www.wikipedia.org/wiki/Eclissi www.wikipedia.org/wiki/Fulmini www.wikipedia.org • • • • • •
NationalWeatherService-http://www.lightningsafety.noaa.gov/science.htm SistemaItalianoRilevamentoFulmini-http://www.fulmini.it/fulmine/parametri.htm
