L’Università di Harvard ha risolto il mistero dei pancake

Perché se ruotiamo in senso orario del vino in un bicchiere il liquido gira sempre in senso orario mentre se ripetiamo l’operazione con pancake ai mirtilli in una padella, le frittelle del pancake ruotano in senso antiorario? La differenza è dovuta al fatto che mentre il vino è liquido, le frittelle sono solide e il loro maggiore attrito con il contenitore fa sì che la direzione assunta sia opposta. In certi casi, però, questa differenza si manifesta anche se si utilizza lo stesso oggetto. Per esempio, facendo girare delle particelle macroscopiche, come perline o biglie in un barattolo, se le perline sono poche si comporteranno come il vino, se sono tante come il pancake. A spiegare il perché, oggi, è un gruppo di fisici dell’università di Harvard, che ha studiato la dinamica del moto delle particelle macroscopiche. I risultati sono pubblicati su Physical Review E.

La dinamica del pancake

Gli autori hanno studiato i bizzarri cambiamenti dei corpi con consistenza diversa durante la loro rotazione all’interno di contenitori a base circolare, come bicchieri, coperchi o piatti. La questione studiata non deve essere confusa col problema del pancake propriamente detto, ovvero il problema dell’ordinamento delle frittelle formulato dal matematico Jacob Goodman, che nel 1975 si è chiesto quante mosse sono necessarie per riordinare una pila di frittelle di dimensioni diverse, dalla più larga alla più stretta.

Oggi, invece, i fisici si sono domandati perché l’impasto delle frittelle (che forniscono solo un esempio per indicare un corpo solido) ruotato in senso orario in una padella girano al contrario, in senso antiorario. La ragione si trova nell’attrito più elevato fra il pancake e la padella: i bordi delle frittelle catturano i bordi della padella e le fanno ruotare nel senso opposto a quello con cui le si sta muovendo.

Le perline come il pancake

Ma gli autori hanno compiuto un passo avanti e hanno mostrato che prendendo un materiale granulare composto da perline si manifesta di nuovo questa differenza cambiando la densità del materiale, ovvero della quantità di perline. In particolare, poche perline ruotate in senso orario seguono il moto in quel verso, mentre tante perline si comportano in maniera anomala, come il pancake. Qui il video.

“Studiare una raccolta di particelle macroscopiche è molto interessante perché, sulla base delle loro condizioni, possono comportarsi come un liquido o come un solido”, ha spiegato Lisa M Lee, laureata in fisica applicata all’università di Harvard, prima autrice del paper. Un po’ come dire che la piccola quantità di sabbia in una clessidra scorre come un liquido mentre la sabbia della spiaggia è un solido che sostiene la massa dei nostri corpi. Allo stesso modo, le perline possono comportarsi da liquido o da solido e capire come avviene la transizione è un problema a cui gli scienziati cercano una soluzione da anni.

La chiave di tutto nell’attrito

“Una particella che ruota in una direzione incontra una piccolissimo attrito”, chiarisce Lee. “Ma molte particelle, che girano insieme nella stessa direzione, tutte attaccate fra loro, sperimentano un ampio attrito, portando a comportarsi come un solido”. Inoltre, quanto più la loro superficie è ruvida tanto più rapidamente avviene la transizione.

I ricercatori hanno svolto anche una simulazione al computer e hanno dimostrato che quando si toglie completamente l’attrito (in maniera artificiale, utilizzando l’algoritmo) le particelle non solidificano, ovvero si comportano ancora come un liquido, a prescindere da quante sono. Il risultato è importante per studiare sistemi fisici complessi, come spiegano gli autori. “Si tratta di un caso interessante di comportamenti fisici che sono legati alle dimensioni del sistema”, ha spiegato Shmuel Rubinstein, coautore dello studio e docente di fisica applicata alla scuola Seas di Harvard. “È bello che una fisica di questo generepossa essere ottenuta anche banalmente con un piatto e una manciata di biglie”.

Via: Wired.it

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