Scoperte scientifiche ed enigmi irrisolti

Dice Margaret Mazzantini (famosa scrittrice e attrice italiana):

Il cielo di città mi piace perché puzza di basso, di uomini. Il cielo di campagna invece mi fa paura. C’è solo roba del Signore, lassù: stelle, stelloni, nuvole al galoppo.

Credo non si possa descrivere con parole più belle la sensazione che si prova a star sotto il cielo aperto della campagna di notte. Non c’è lo smog a pararti gli occhi dall’immensità del creato, e ti senti piccolo e perso in mezzo a tutto quell’universo. Fa paura per la sua vastità ma è anche il panorama più romantico che esista. Talvolta c’è anche il faccione pallido della Luna a rendere quello spettacolo ancora più romantico e magico.
È sconvolgente l’infinito davanti ai nostri occhi. Ma soprattutto è sconvolgente come tutta questa infinità di roba (stelle, pianeti, galassie,…) funzioni a meraviglia.

A quanti di noi in un momento simile non è capitato per esempio di sorprendersi guardando la Luna, vedendola sempre lì alta nel cielo e di domandarsi:
Perché la Luna non cade sulla Terra?
A questa domanda gli scienziati hanno risposto già da molto tempo. La risposta è semplice ma affatto banale.
Una legge fisica dice che due corpi qualsiasi si attraggono con una forza proporzionale alle loro masse, ma inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

La formula che riassume tutto questo è la seguente:

F=G(mxM)/r^2

Di conseguenza anche fra la Terra e la Luna c’è una forza di attrazione. L’effetto di questa forza però è trascurabile per il nostro pianeta, che ha una massa circa 80 volte quella della Luna. Per la Luna invece questa forza è determinante: è la forza gravitazionale terrestre che non la fa scappare e la costringe a girare attorno alla Terra.

Dati scientifici (fonte enciclopedia libera wikipedia)
Massa Terra 5,9742 × 10^24 kg
Diametro equatoriale Terra 12 756,274 km
Massa Luna 7,347 673 × 10^22 kg
Diametro equatoriale Luna 3476,2 km

Nonostante sembrino paroloni complicati, questa forza d’attrazione gravitazionale non è altro che la forza che ci tiene con i piedi per terra. Infatti la Terra esercita su di noi una forza d’attrazione che ci impedisce di volare via e ci tiene appiccicati sulla superficie terrestre.
(Piccola curiosità: questa forza, nota anche come forza di gravità, è importantissima per la nostra sopravvivenza infatti impedisce alle particelle d’aria di disperdersi nello spazio. La forza di gravità le trattiene tutte in prossimità della superficie terrestre e ci permette così di respirare.)
Ed è la stessa forza che fa cadere le cose: se per esempio lanciamo un pallone verso il canestro, questo si alzerà per aria e prima o poi cadrà per terra seguendo una traiettoria a parabola.

Anche la Luna risentendo della forza di gravità è in caduta libera verso la terra, come una palla. Allora perché non cade mai sulla Terra?
Il punto di caduta dipende dalla velocità iniziale dell’oggetto e dall’altezza da cui è lanciato. Il motivo per cui la Luna non cade sulla Terra è che la velocità iniziale della Luna e la sua altezza rispetto al suolo sono valori molto grandi quindi il punto in cui dovrebbe cadere è distante. Tanto distante da risultare ogni volta “oltre” la Terra stessa. Istante per istante quindi la Luna si ritrova sempre nella stessa situazione di caduta libera verso la Terra, ma non la raggiunge mai perché il punto in cui dovrebbe cadere si trova costantemente fuori dalla superficie terrestre.

Come si intuisce bene dal disegno dunque, percorso un tratto di caduta libera la Luna si ritrova nella stessa situazione di prima. È quindi un moto continuo che non si risolverà mai con uno schianto colossale della Luna sulla Terra. Si dice, in termini tecnici, che Terra e Luna si trovano in equilibrio. È una fortuna che funzioni in questo modo, così siamo sicuri che la nostra amica Luna col suo faccione pallido continuerà a scrutarci da lassù, continuerà ad ispirare il canto dei poeti e l’ululato dei lupi fino a quando ci sarà il mondo.

Saluti cari, ScienziatoPazzo

I composti organici possono presentarsi indistintamente in due forme: SINISTRORSA (tecnicamente detta “levogira”) e DESTRORSA (”destrogira”). La differenza sta nel loro orientamento.

Potete capirlo velocemente guardando le vostre mani: sembrano identiche fra loro, infatti potete sovrapporle perfettamente; ma mai potreste scambiare una mano destra per una sinistra perché la disposizione delle dita è speculare (quindi di “orientamento” opposto) da qualsiasi posizione la si guardi.

Straordinariamente le proteine di piante e di animali – ossia di tutti i viventi – contengono esclusivamentente la forma sinistrorsa dei composti organici. A fare questa straordinaria scoperta fu Linus Pauling, intorno agli anni Cinquanta, grazie all’avvento di strumentazioni che utilizzano il metodo della diffrazione dei raggi X.

Se i composti chimici negli organismi fossero ottenuti per mezzo di reazioni casuali ci si aspetterebbe di trovarne metà levogiri e metà destrogiri. Ciò però non avviene, e ad oggi nessuno è ancora riuscito a capire perché. Questa questione è uno dei misteri più grandi della chimica organica e della vita. Tanto importante che, per intenderci, chi la risolvesse meriterebbe certamente il Nobel.

Possiamo solo ragionevolmente dedurre che ci sia qualcosa di preciso e deterministico nei processi vitali. Con ciò non intendo affermare che la natura sia mossa da un preciso ed infallibile marchingegno che fa che le cose vadano solo e solamente come debbono andare. È evidente come la casualità pregni gli eventi del mondo. E credo che smetterei di amare la scienza se questa mi portasse al convincimento che tutti gli eventi – macroscopici – siano solo la matematica conseguenza di processi atomici. Penso piuttosto che nel complicato meccanismo della natura entrino in gioco una miriade di fattori, e che questi siano in parte casuali e in parte deterministici.

Come sempre aspetto i vostri commenti con le vostre riflessioni ed opinioni al riguardo. Invito i nuovi lettori ad iscriversi, se lo desiderano, alla newsletter attraverso il riquadro a destra, per ricevere direttamente tramite posta elettronica gli aggiornamenti da questo sito.

Tanti Saluti cari, Scienziato Pazzo.

Vedi problema nell’articolo precedente.

Il problema era:  Su un’isola c’è un barbiere sbarbato. Questo barbiere taglia la barba a tutti e soli coloro che non si tagliano la barba da soli. Il barbiere si taglia la barba da solo?

Raggruppiamo tutti gli uomini di quell’isola in due insiemi:

• Insieme A degli uomini che si radono da soli
• Insieme B degli uomini che non si radono da soli

Perciò il nostro barbiere rade tutti e soli gli uomini dell’insieme B, cioè quelli che non si radono da soli.

Ma il nostro barbiere abita in quell’isola perciò deve necessariamente appartenere ad uno dei due insiemi:

• Se appartiene all’insieme A, il barbiere rade se stesso. Ma ciò non è possibile in quanto, secondo la definizione, il barbiere rade solo coloro che non si radono da soli;
• Se appartiene all’inieme B, il barbiere non rade se stesso. Ma anche questo va contro le nostre ipotesi: dato che il barbiere rade tutti quelli che non si radono da sé, dovrebbe radere anche se stesso.

Non esiste una soluzione, quello che abbiamo davanti agli occhi è uno dei paradossi più famosi della logica matematica.

Si chiama paradosso di Russel. L’esempio col barbiere è anch’esso molto famoso, tanto famoso che certe volte il paradosso di Russel è detto “Paradosso del barbiere”. La versione col barbiere è solo una particolarizzazione di un problema più generale di insiemistica matematica.

[Etimologia:] Paradosso, deriva dal greco παρα (contro) e δόξα (opinione), e vuol dire che a partire da premesse presumibilmente accettabili siamo arrivati ad una soluzione inaccettabile.

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Tanti Saluti cari, ScienziatoPazzo.

Salve cari miei lettori, oggi non vi spiegherò qualcosa ma chiederò a voi di trovare una soluzione a questa mio problema:

Su un’isola c’è un barbiere sbarbato. Questo barbiere taglia la barba a tutti e soli coloro che non si tagliano la barba da soli.

Il barbiere si taglia la barba da solo?

Provate a riflettere e a darmi una soluzione… nei prossimi giorni pubblicherò la spiegazione. (Soluzione >>)

Tanti Saluti cari, ScienziatoPazzo.

Sempre più frequentemente chi ne ha la possibilità decide di installare un impianto fotovoltaico in casa. Sul tetto, in giardino, ovunque ci siano 20/40 mq disponibili e ben soleggiati, infatti, è possibile posizionare queste “tavole” nere che catturano i raggi del sole.

Ma come funzionano gli impianti fotovoltaici? Il funzionamento di questi impianti è molto semplice. Si tratta di un sistema capace di sfruttare l’energia solare direttamente, per produrre energia elettrica mediante l’effetto fotovoltaico. Un comune impianto domestico è composto sostanzialmente di tre parti fondamentali:

• Modulo fotovoltaico, che ha il compito di catturare i raggi solari;

• Inverter, che si occupa di stabilizzare l’energia solare raccolta e convertirla da corrente continua in corrente alternata (poiché tutti gli elettrodomestici che abbiamo in casa funzionano in AC, acronimo  corrente alternata);
• Accumulatori, una sorta di grosse batterie che conservano l’energia prodotta.

Poi ovviamente, a completare l’impianto, la quadristica di controllo e di sicurezza, i cavi di connessione e le prese di corrente.

È proprio nei moduli fotovoltaici che avviene l’effetto fotovoltaico. Quando una radiazione elettromagnetica – quale è la radiazione solare – investe un materiale cede energia agli elettroni più esterni degli atomi che compongono il materiale stesso. Questi elettroni sollecitati risultano liberi di muoversi. Si crea perciò una corrente elettrica.

Nello specifico degli impianti fotovoltaici, i materiali utilizzati sono i semiconduttori: quando si libera un elettrone sull’atomo si forma una lacuna. Queste lacune sono fondamentali affinché avvenga il flusso di elettroni. I semiconduttori sono i materiali più “stabili” da questo punto di vista, cioè perdono elettroni e formano lacune in egual misura. Il più utilizzato è il silicio.

Il rendimento della cella fotovoltaica si ottiene valutando il rapporto tra l’energia prodotta dalla cella e l’energia luminosa che investe l’intera sua superficie. Solitamente si aggirano intorno al 6-15%.

Il mercato dell’energia fotovoltaica è in crescita? È di questo periodo la notizia che a Catania nascerà la piu’ grande fabbrica di pannelli fotovoltaici in Italia e in Europa. Il progetto è frutto di un accordo milionario tra le multinazionali Sharp, Enel Green Power e St Microelectronics. Tutto questo a dimostrazione che si tratta di un mercato in forte e continua espansione. Sempre più gente è disposta a investire denaro, spinta dal desiderio di aiutare la natura e soprattutto di risparmiare…

Ma quanto fanno risparmiare veramente gli impianti? La grossa spesa iniziale si recupera facilmente nel tempo? Un impianto fotovoltaico costa in media da 7 a 8 mila euro per kilowatt di potenza. Per posizionarlo, servono circa 10 metriquadrati per ogni kilowatt. Considerando che per una famiglia di quattro persone necessita di almeno 3kw, un impianto in media costa 23mila euro e occupa una superficie di 30 mq.

Oggi il famoso Conto energia prevede una remunerazione per i Kwh prodotti ad un prezzo superiore di quello del mercato. Tutto questo per la durata di vent’anni, per incentivare all’utilizzo dell’energia pulita. Questo vale per impianti parzialmente integrati alla rete elettrica locale, sia che l’energia venga immessa nella rete, sia che l’energia venga utilizzata dagli inquilini stessi.

Attualmente il Conto energia prevede una remunerazione pari a 0,44 euro per Kwh. Sempre considerando una famiglia con consumi medi, tenendo conto del risparmio in bolletta e degli introiti derivanti dalla vendita dell’energia prodotta, credo che il risparmio indicativo varia intorno ai 2300 euro l’anno.

Il calcolo che ho fatto è il seguente (chiedo ai lettori di inciarmi eventuali correzioni):

0,44 per Kwh

l’impianto considerato è di 3 Kw

in un’ora produco 0,44×3=1,32

moltiplico per 24h di un giorno

1,32×24=31,68

moltiplico per 365 giorni

31,68×365=11′563,2

considerando che durante le ore notturne l’impianto non funziona

le ore notturno ricoprono 1/3 della giornata, quindi 1/3 dell’anno

11′563 : 3= 3′854,4

questa però è una cifra ottimistica perché considererebbe che durante i 2/3 di una giornata l’impianto funzioni a regime, il cielo sia completamente aperto… togliamo dunque almeno il 40%

3′854,4 – 40% = 2′312,64

Dunque intorno ai 2300 euro di energia prodotta in un anno (questa cifra comprende il risparmio in bolletta ed eventuali remunerazioni previste dal Conto energia).

In dieci anni la spesa iniziale per la costruzione dell’impiento è completamente recuperata. Dopo i dieci anni si comincia ad ottenere un risparmio-guadagno vero.

ATTENZIONE: io non vendo impianti fotovoltaici! E nemmeno sono un esperto in materia. Ho solo provato a fare due conti insieme a voi. Per informazioni sicure vi invito a rivolgervi a degli esperti (magari non venditori, ma consulenti imparziali).

Si tratta di una spesa importante perciò vi invito alla massima cautela e a valutare caso per caso. Magari la vostra abitazione è in condizioni particolari di illuminazione che rendono l’impianto particolarmente inefficiente e quindi inutile: queste cose vanno valutate con attenzione prima di mettere mano al portafogli. Nella maggior parte dei casi però resta, a mio parere, una cosa vantagiosa per le proprie economie e per la nostra amica natura.

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Tanti Saluti cari, ScienziatoPazzo.