Pirati, balene, ultrasuoni e onde solitarie

tecnologia
te
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P
di
Stefano Cantadori
otrei sviluppare l’argomento ‘misure’ ma sul lavoro me ne sono occupato
così tante volte che mi esce
dalle orecchie. Altro argomento
che abbiamo in sospeso è la direttività ma tremo di fronte al fatto
che mi sono serviti tre numeri per
l’impedenza.
Ci vuole qualcosa di assolutamente inutile e stupido.
Anni fa soggiornai nella cittadina di Stourport on Severn, ospite
in un alberghetto a conduzione
familiare che mi era stato raccomandato per l’eccellenza delle
sue colazioni. E poi, lì mi avevano
prenotato e non avevo tanto da
menarmela.
110 novembre/dicembre 2010 - n.86
p
Il vostro scrittore preferito ha una
crisi d’ispirazione. Se faccio il
serio e torno alla fisica va a finire
che l’articolo mi si trasforma in un
normale corso di acustica, uff.
ar
p
Pirati, balene,
ultrasuoni e onde
solitarie
ar
Sicché la mattina si presenta la sciura e mi chiede come voglio le uova. Per raggiungere un accordo sul giusto grado
di strapazzatura impegnammo qualche minuto di piacevole
conversazione culinaria. Un ottimo inizio di giornata.
Prima di parlare di onde, vi confesso che ricordo ancora un
ottimo ristorante indiano in cui ci recammo un paio di sere
dopo. Non è la provenienza etnica che determina se il cibo è
buono o no: è come è cucinato che fa la differenza.
Il Severn è circondato da una rete di canali e fossi navigabili che in passato hanno reso possibile l’espansione industriale sulle sue rive. Approfittai del battello turistico, un
gondolone lungo e stretto con proporzioni da Fiat Duna,
per navigare un intrico di fossi e piccole chiuse, la maggior
parte dei quali non erano più larghi della mia automobile.
Con l’erba alta, le barche nei canali adiacenti sembravano
solcare prati e coltivazioni.
Sennonché il Severn ha la particolarità di registrare alla
foce, situata nell’ampio canale di Bristol, una differenza fra
bassa e alta marea di quasi 15 metri. Il secondo più alto dislivello sul pianeta. Mi vengono i brividi al pensiero.
Quello che però ci interessa è un raro fenomeno stagionale
che avviene solo in pochi luoghi nel mondo: l’onda di marea, che risale velocemente il fiume controcorrente.
C’è onda e onda, e qui sta il dilemma.
Su Wikipedia, da una parte si afferma senza ombra di dubbio che l’onda del Severn è un solitone. In un’altra è scritto a
chiare lettere che l’onda del Severn non è un solitone, bensì
un’onda d’urto.
Quest’ultima osservazione non mi convince affatto, se
non altro perché non riesco a legare al fenomeno le ca-
ratteristiche tipicamente associate alla formazione di una
shock wave. L’onda che corre sul Severn mi sembra di genesi
assai più tranquilla: alta circa un paio di metri, è preceduta
e seguita da un innalzamento del livello del fiume che dura
oltre un’ora. C’è chi dice che l’onda del Severn non è altro
che la parte antero-superiore di una fetta di marea lunga
12 miglia. Di certo, l’onda è causata da un qualche “contraccolpo” che la marea subisce all’imbocco dello stretto
fiume, a causa del quale un solo burst, ovvero un treno di
impulsi, sotto forma di onda con piccolo seguito, si mette
a risalire il fiume.
So ‘na sega.
Di fatto, osservando i filmati, l’aspetto dell’onda che viene surfata non è quello di un buon vecchio solitone, anzi,
addirittura si piega su se stessa e la cresta si frange, caratteristica tipica di un’onda “normale”. Ho però visto foto in
cui è seguita da una serie di altre onde molto più basse che
sembrano gobbe arrotondate.
Pare che le onde di marea nei fiumi siano talvolta seguite da un pacchetto di onde che hanno le caratteristiche
di Solitoni. Lo scrivo con la lettera maiuscola perché sul
mixer non c’è un controllo per regolare i Solitoni e quindi, essendo per noi cosa nuova, è bene trattarla con il
dovuto rispetto.
I Solitoni vivono in acustica, in ottica, naturalmente in idraulica e anche nei campi magnetici.
Come ragionamento perfettamente inutile mi pare più che
dignitoso.
Il fenomeno fu scoperto per caso nell’800 da un ingegnere navale che, sulle sponde di un canale, stava osservando
una barca al traino di due cavalli. All’improvviso arresto del
natante, l’acqua, da questo sospinta in avanti fino ad un
attimo prima, iniziò a ribollire e agitarsi davanti alla prua.
A quel punto, si formò una singola onda arrotondata, una
specie di gobba simmetrica, che si mise a risalire il canale.
Che diavolo di stranezza, Sir!
Il nostro ingegnere prese a rincorrere a cavallo per chilometri l’onda che non accennava a cambiare di forma né di
velocità. Solo verso la fine del lunghissimo tragitto cominciò
a rimpicciolirsi fino a scemare.
L’onda solitaria fu origine del nome del fenomeno: Il Solitone, appunto.
La shock wave viaggia veloce ma
tende a dissipare rapidamente
la sua energia. L’interazione con
l’onda di espansione che la raggiunge origina fenomeni non lineari che danno luogo all’onda
sonora vera e propria. Boooom!
Le shock wave e i Solitoni sono
onde non lineari ma, al contrario
delle onde d’urto, i Solitoni non
dissipano facilmente la loro energia, anzi. Il Solitone è composto
di un treno di onde (l’onda solitaria che vediamo in acqua ne è
l’inviluppo) che si propaga a velocità costante indipendentemente
dalla frequenza, senza modificare
composizione e inviluppo. Tende
ad auto-alimentarsi. Talvolta i solitoni si dividono in due, tre o più
onde. Anche l’esistenza dei solitoni, con le loro peculiari caratteristiche, è dovuta all’interazione
con altri fenomeni. Nulla si crea,
nulla si distrugge.
Ah: si formano Solitoni anche fra
le nuvole, in posti ben localizzati,
attorno ai quali c’è un certo vento.
In ogni caso, preferiate nuotare o
volare, se vi arrivasse nella schiena un Solitone, preoccupatevi il
giusto.
Siamo arrivati, allora, alle onde
solitarie... e adesso vi chiederete:
“E le balene? I pirati che ci hai
promesso?”
Beh, vi devo lasciare con questa curiosità fino al prossimo numero.
Adesso, come logica impone, parliamo di bombe.
Il suono si propaga per onde di compressione e rarefazione.
Allora, direte voi, come è possibile che le nostre orecchie
percepiscano il suono di un’esplosione, o il boom di un aereo che ha superato il muro del suono? Eh? Come mai si
sente una bomba che esplode?
Quello che avviene in entrambi i casi (ci sono fondamentali
differenze ma oggi non ce ne frega niente) è un brusco innalzamento di pressione, temperatura e densità, cioè la formazione di un’onda d’urto che si propaga verso l’esterno.
Questa improvvisa impennata fa un po’ di casino ma non
troppo. Niente “Booom!”, per intenderci.
Più propriamente, con il termine “onda d’urto” individuiamo il fronte di salita, ripidissimo, che viaggia veloce come il
fulmine ed esercita la sua pressione solo in una direzione,
quella in cui vuole distruggere tutto. Il fronte di salita è la
parte anteriore di una forma d’onda, con il suo tempo di
mantenimento e il suo tempo di decay. Quest’ultimo, che
appartiene alla seconda parte dell’onda, è detto “onda di
espansione”.
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