La fisica nella Superconduttività, in cucina, e nello sci

1) superconduttori: meccanismi di conducibilità
I materiali superconduttori si distinguono in LTS (Low Temperature Superconductors), che sono caratterizzati da una temperatura di transizione inferiore a 23,2 K (gli unici noti fino al 1986), e HTS (High Temperature Superconductors) che hanno una temperatura di transizione che può superare i 100 K.
Un decisivo progresso si è verificato nella preparazione e nella caratterizzazione degli ossidi superconduttori ad alta temperatura critica (HTS), e nel controllo del drogaggio dei portatori di carica. Ciò ha consentito di consolidare ipotesi di lavoro e sviluppare nuove idee sui meccanismi di s. di tali materiali. Per es., gli HTS sono accomunati ai metalli di transizione nella caratteristica di avere stati dominanti non spazialmente omogenei. Queste condizioni sembrano stabilizzarsi quando varie interazioni fisiche tra spin e carica, siano esse reticolari e/o orbitali, sono attive. La presenza di strutture elettroniche spontanee su scala nanometrica e l’esistenza di numerose fasi in competizione fra loro sono indici di sistemi dove effetti non lineari sono dominanti (in analogia a materiali soft e sistemi biologici).
Risultati interessanti sono stati ottenuti anche in diverse classi di materiali organici e ibridi organici-inorganici. Tra questi vanno ricordati i nanotubi di carbonio a singola parete che presentano valori della temperatura critica di Tc=15 K, il diamante drogato con boro (Tc=4 K) e i composti alcalini del fullerene, A3C60 (con A=K, Rb, Cs), con valore della Tc fino a circa 40 K. I meccanismi che generano la s. in questi materiali non sono ancora del tutto chiari ma è interessante osservare che nei materiali ibridi la s. è presente quando c’è un forte legame tra il materiale donore di elettroni (molecola organica) e quello accettore di elettroni (generalmente inorganico). Per quanto riguarda i nanotubi di carbonio, la presenza della s. è sicuramente legata anche alla ridotta dimensionalità (quasi unidimensionale) del composto. Esistono modelli teorici che prevedono nei composti organici con ridotta dimensionalità, e in particolari composti ibridi, la presenza della s. addirittura a temperature maggiori di quella ambiente (T=300 K). Avendo conseguito notevoli risultati in queste e altre interessanti classi di materiali (per es., gli heavy fermions) si considera con massima attenzione il diboruro di magnesio MgB2, materiale con interessanti proprietà superconduttive (scoperte nel 2001) che rivestono grande interesse sia dal punto di vista fondamentale sia per le potenzialità applicative. Si tratta del superconduttore che, oltre a presentare due gap di energia, mostra la più alta temperatura critica fra tutti i materiali metallici e le leghe metalliche.
2) la fisica in cucina: cosa rende, dal punto di vista fisico, buono un caffè
Il caffè espresso è una tipologia di caffè, la più consumata e conosciuta in Italia. Ottenuta dalla torrefazione e macinazione dei semi della Coffea arabica e Coffea robusta, è preparata a macchina secondo un procedimento di percolazione sotto alta pressione di acqua calda. Normalmente, per ottenere un buon espresso da bar, il macinacaffè deve essere dotato di macina elicoidale centrifuga, l’unica adatta a frantumare i chicchi in fini granuli con dimensione uniforme; il grado di finezza della macinatura va scelto in base alle caratteristiche della macchina, della miscela e alle condizioni ambientali di umidità e temperatura; generalmente risulta più fine di quella da cui si ottiene il caffè da moka.
Da un punto di vista fisico l’espresso è una bevanda ottenuta dalla percolazione di acqua calda sotto pressione, per 25 secondi circa che passa attraverso uno strato di caffè (circa 6/7 gr) tostato, macinato e pressato; nel passaggio attraverso la polvere di caffè, la pressione dell’acqua si esaurisce e la bevanda fuoriesce a pressione atmosferica. Da un punto di vista chimico si tratta di un’estrazione solido-liquido dove il solvente è l’acqua calda. Il metodo espresso per la preparazione del caffè si contraddistingue dagli altri metodi soprattutto per l’utilizzo di un’elevata pressione dell’acqua e per una sua temperatura che non raggiunge il punto di ebollizione.
Inoltre la macinatura del caffè tostato particolarmente fine offre una resistenza all’acqua di percolazione tale che permette l’estrazione di sostanze lipofile e idrosolubili che regalano alla bevanda in tazza caratteristiche uniche in termini di crema, aroma, corpo e retrogusto. Di fondamentale importanza è la freschezza della miscela tostata, in termini pratici, la massima fragranza dell’espresso si ottiene all’apertura della confezione sigillata del produttore, col passare dei giorni, l’esposizione dei chicchi all’aria ambiente, tende ad irrancidire le sostanze oleose contenute, con conseguente minore produzione di crema ed alterazione del gusto. Una buona norma può consistere nel mantenere la miscela in chicchi chiusa in barattolo, tenuta in frigorifero e macinata sul momento.
Anche la tazzina ha la sua importanza: la forma conica permette di osservare con precisione la quantità scesa in essa, il forte spessore, ovvero grande massa, contribuisce a mantenere relativamente costante la temperatura dell’espresso, ovviamente la tazzina dovrà risultare calda già prima dell’uso, per questo motivo, le tazzine nei locali bar sono posizionate sopra la macchina, coperte da un tovagliolo di stoffa. Oltre che alla tazzina di porcellana servita con il piattino, molto spesso il caffè espresso viene servito in bicchierini di vetro usati per consumare superalcolici come la vodka, e viene definito caffè in vetro.
3) fisica nello sci: i segreti dello slalom
Al fine di seguire la traiettoria più stretta, nello slalom il corpo passa all’interno del palo grazie al fatidico abbattimento di quest’ultimo e al suo spostamento fuori dal nostro tragitto. Ma l’impostanza della fase di abbattimento non è tanto ciò che facciamo ma quello che sapientemente evitiamo di fare. E’ infatti determinante non compromettere nell’abbattimento la solidità della nostra postura, soprattutto mantenendo inalterato l’orientamento del tronco in modo dissociato dall’azione degli arti inferiori. L’impatto viene usualmente realizzato tramite il braccio esterno ma anche questa regola viene flessibilmente interpretata anche in Coppa. Ai fini strategici infatti nelle figure triple verticali l’abbattimento del primo palo d’ingresso, di quello mediano del pettine e dell’ultimo d’uscita viene realizzato con il medesimo braccio nel ruolo duplice di esterno-interno-esterno, questo non solo per ovvi motivi di velocità del gesto ma anche e soprattutto per non innescare fatali inerzie rotazionali laddove occorre spostarsi pochissimo dalla massima pendenza. Imparare l’abbattimento del palo con il braccio interno serve anche in prospettiva di quelle gare in cui scendendo nei solchi non possiamo passare così radenti alla base dei pali e dovremmo invece opportunamente optare per linee più distanti indirizzate allo sfruttamento della sponda parabolica della buca. Quindi anche per la tecnica di abbattimento vi consiglio di non precludervi gestualità poco ortodosse ma senz’altro opportune in casi di recupero.
Le fisiche forze esterne (forza peso, forza centrifuga ecc) per quanto elevate nello slalom sono pur sempre inferiori rispetto alle altre discipline, pertanto usando le nozioni fisiche relative alle leve, nello slalom saranno ridotte le inclinazioni di tutto l’asse longitudinale piede- testa a favore di quelle piede-bacino più comunemente battezzate : angolazioni e quando questo movimento viene eseguito correttamente lascia la colonna vertebrale in una anatomicamente allineata posizione eretta. Questo atteggiamento tecnico non solo è salutare per tutti gli atleti ed i master in particolare ma è anche una postura biomeccanicamente efficiente creando con il dorso un supporto solido per gli arti inferiori che lavorano in presa di spigolo e in opposizione alle forze in gioco.
Per eseguire gli angoli estremi delle chiuse curve da slalom è indispensabile flettere la gamba e l’anca interne alla curva, questo ci permette di creare opposizione tramite l’angolazione e la dominante ed estesa gamba esterna, mentre lo sci interno lavora come un dispositivo interno della pressione togliendone e aumentandola al fine di ottimizzar i carichi. Per i master ai primi approcci con lo slalom o ancora condizionati dalle anacronistiche curve a tergicristallo dei tempi passati, questo utilizzo dell’interno intelligente è un’abilita che va finemente esercitata e sviluppata negli esercizi in campo libero indirizzati all’indipendenza della gamba interna.