Nuove leggi della fisica scoperte usando cannucce
Con un nuovo studio, alcuni ricercatori hanno utilizzato cannucce per comprendere meglio un fenomeno fisico che rimane ancora un mistero. Le nuove leggi sono state scoperte dopo diversi esperimenti con le cannucce.
Quando pensiamo alle aree più complicate della Fisica, pensiamo subito alla Meccanica Quantistica o alla Relatività Generale con i loro complicati esperimenti a cui pochi possono accedere. Ma la realtà è che uno dei fenomeni più presenti nella nostra vita quotidiana è un grosso grattacapo per i fisici. Il fumo di una tazza di caffè, il percorso dell'acqua in un rubinetto, il vento che colpisce la finestra... Tutto questo è spiegato da un'area della fisica chiamata dinamica dei fluidi.
Comprendere la dinamica dei fluidi è stata una sfida sin dai tempi di Leonardo Da Vinci. Con un nuovo studio, alcuni ricercatori sono stati in grado di svelare un po' di più di questo mistero usando delle cannucce. Si sono resi conto attraverso esperimenti che forse lì si nasconde una nuova legge per i fluidi.
Il mistero della fluidodinamica
La fluidodinamica è presente nelle nostre vite dal momento in cui ci alziamo per fare colazione fino alla doccia per rilassarci e dormire. Pochi sanno che capire come si comporta il fluido è estremamente difficile. Talmente difficile che Leonardo Da Vinci cercava di capirlo già nel XV secolo. Una delle sue opere è fatta per descrivere il flusso. Da Vinci stava cercando di studiare un fenomeno di turbolenza associato ai fluidi.
La turbolenza è ancora oggi, quasi sei secoli dopo, incompresa dai fisici. E in questi 6 secoli, grandi nomi come Heisenberg hanno dedicato parte del loro lavoro alla sua comprensione.
Perché la turbolenza è così difficile da capire?
La turbolenza si verifica quando la dinamica dei fluidi diventa caotica e non lineare. In altre parole, è estremamente difficile prevedere come si comporterà il fluido quando diventa turbolento e non è ancora compreso il passaggio da fluido non turbolento a fluido turbolento. L'equazione di Navier-Stokes descrive il flusso di un fluido. Tuttavia, questa equazione rimane irrisolta fino ad oggi e trovarne la soluzione è così importante che è uno dei premi del Millennio. Chi la trova può vincere 1 milione di dollari.
Capire Navier-Stokes e comprendere la dinamica dei fluidi apre le porte ad applicazioni terrestri, come nell'industria cantieristica e aeronautica, e anche alla comprensione dei fenomeni nell'Universo, come l'alimentazione di un buco nero e la formazione stellare.
Se è così difficile, in che modo i ricercatori hanno usato qualcosa di così semplice come bere cannucce per capirlo?
I ricercatori del Courant Institute of Mathematical Sciences della New York University si sono resi conto che succhiare un liquido attraverso le cannucce sfidava le leggi note per l'attrito dei fluidi. Il matematico Leif Ristroph e il suo team hanno proposto una spiegazione per questo esperimento. Il problema del fluido attraverso i tubi - come una cannuccia - è ben studiato all'interno del campo.
Usando cannucce di metallo, hanno testato diversi liquidi e diverse dimensioni di cannucce per capire com'è il flusso e come si relaziona alla pressione. Quindi il gruppo ha proposto un'equazione universale.
Equazione universale con applicazioni nella salute
La proposta del gruppo è di utilizzare l'equazione universale per applicazioni come, ad esempio, la comprensione del flusso sanguigno all'interno del nostro corpo. Ristroph sostiene che le vene e le arterie possono essere modellate come cannucce di diverse dimensioni e spessori. Inoltre, è possibile utilizzare medicinali che utilizzano siringhe o siero da iniettare nel corpo umano. Può essere utilizzato nell'industria farmaceutica per comprendere meglio la medicina e i prodotti ospedalieri.