0250. I disegni creati dal fumo seguono regole matematiche?

espertomini

Stavo osservando mentre bruciavo dell'incenso quanto fossero affascinanti i disegni creati dal fumo che si diffondeva. Mi interessa sapere se seguono regole matematiche (Marica Fumagalli) (2126)


sem_esperto_verdeCome per il fumo emesso da una sigaretta che sale inizialmente come un sottile filo verticale per poi allargarsi in volute, così per i disegni creati dall'incenso che brucia esistono formule fisiche e regole matematiche che spiegano il fenomeno.

Inizialmente, il gas della combustione è scottante e sale lentamente perché si muove nella zona molto calda che sta sopra la brace dell'incenso o sigaretta. Man mano che il fumo sale, la differenza fra la sua temperatura e quella dell'ambiente circostante si accentua, così che il gas tende a salire sempre più velocemente. Questa variazione di velocità che fa sì che il flusso del fluido in questione (il fumo) sia inizialmente di tipo laminare, ossia senza vortici, per poi disperdersi e originare un moto più complicato (detto caotico) fatto di volute.

Questo comportamento è tipico di tutti quei fluidi che, quando la loro velocità supera una certa soglia, generano questo moto di tipo irregolare, dando origine a quel fenomeno noto come turbolenza. Tale fenomeno è piuttosto comune, come nel caso dei mulinelli che si formano nell'acqua a valle di un ostacolo posto lungo la corrente di un fiume e dei sobbalzi (turbolenze, appunto) che si manifestano su un aeroplano in volo per effetto dell'aria che fluisce velocemente attorno alla sua superficie. Le formule matematiche che inquadrano il fenomeno della turbolenza si chiamano equazioni di Navier-Stokes, dai nomi dell'ingegnere francese Navier e del matematico irlandese Stokes che le hanno scoperte. Sebbene queste equazioni siano note da lungo tempo, la loro soluzione completa non è ancora oggi nota, a causa di termini in essa presenti (tecnicamente, detti termini non lineari), che sono responsabili del comportamento caotico .

Il premio Nobel per la fisica Richard Feynman icona_biografia definì la turbolenza "il più importante fenomeno irrisolto della fisica classica". La maggior parte delle attuali conoscenze sulla turbolenza provengono da simulazioni su computer, e, in particolare, dall'utilizzo dei cosiddetti super-computer da alcuni anni disponibili. Oggi, molti ricercatori, come del resto ingegneri progettisti e meteorologi, utilizzano tali super-computer per simulare il fenomeno della turbolenza e ricavare informazioni sempre più precise su di esso. Val la pena osservare che una comprensione profonda dei fenomeni turbolenti avrebbe infatti impatto su numerosi aspetti scientifici e di vita quotidiana, che vanno dalle previsioni meteorologiche alla progettazione di nuovi aerei o motori a bassa emissione di inquinanti, fino alle prestazioni delle Ferrari ai prossimi Campionati di Formula 1 .

Guido Montagna – Fisico


 
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