Mese: Marzo 2013 Pagina 1 di 4

Lo sfigmomanometro

Oggi parliamo di misurazione della pressione. Come voi tutti saprete, l’occorrente per misurare la pressione del sangue è uno speciale strumento chiamato sfigmomanometro.
Ora, provando a non ripetere il nome di nuovo nel corso di questo post, proveremo a capire come funziona questo strumento.
Per capire meglio abbiamo bisogno di introdurre alcuni concetti come la pressione di un fluido e il flusso laminare e quello turbolento.
Iniziamo con il dire che il sangue è un fluido e ciò vuol dire che esso è caratterizzato da densità, velocità e pressione. Cos’è la pressione? Brevemente, la pressione è una quantità che indica la forza generata da un fluido su di una superficie.
Se premo su di una scatola con la mano, allora sto esercitando una certa pressione sulla scatola poiché la forza che sto applicando è distribuita su una superficie (ovviamente potrei anche avere una configurazione tale per cui ci sono diverse forze agenti in differenti direzioni, ma lasciamo perdere per il momento).
Bene, ora proviamo a capire cosa vuol dire che un fluido si muove di flusso laminare o turbolento. La migliore spiegazione che noi possiamo avere è, secondo me, in questa figura:

Dunque, la figura mostra la differenza tra flusso laminare (in basso) e turbolento (in alto). La principale differenza tra i due tipi di moto e che nel moto laminare abbiamo un moto abbastanza ordinato del fluido. In un flusso laminare le frecce ai bordi sono più corti di quelle centrali semplicemente perché indicano che le particelle vicino ai bordi sono rallentate dall’attrito tra le pareti del tubo e le particelle.

Ora dobbiamo parlare della sezione del tubo. Infatti accade che più è stretto un tubo e più veloce il fluido viaggia mentre più il tubo è largo più il fluido va lento. Si tratta di un fenomeno abbastanza comune; per esempio quando aprite un rubinetto l’acqua viene fuori ad una certa velocità. Se bloccate parzialmente il rubinetto con un dito allora l’acqua uscirà più veloce. La spiegazione fisica di ciò risiede nel fatto che, con o senza dito, ogni istante esce la stessa quantità d’acqua dal rubinetto. Si dice anche che la portata di acqua è costante.
A questo punto possiamo capire come funziona il nostro strumento. Esso consiste di uno stetoscopio, ovvero di un attrezzo che serve per ascoltare i suoni provenienti dall’interno del corpo umano, e di una pompetta che gonfia un tessuto. Il dottore poggia l’auricolare dello stetoscopio sul braccio vicino al cuore e dunque avvolge il tutto con una tessuto gonfiabile. A questo punto il dottore inizia a gonfiare con la pompetta. Questa operazione ha l’effetto di aumentare la pressione dentro l’arteria del braccio. Perciò, a causa della pressione esterna, l’arteria si restringe. Come detto sopra, la velocità del sangue aumenta quando l’arteria si restringe. Questo implica che il moto del sangue, ad un certo punto, passa dal regime laminare a quello turbolento. Quando avviene questo passaggio il dottore può sentire, grazie allo stetoscopio, dei suoni caratteristici chiamati suoni di Korotkoff. Continuando a gonfiare, ad un certo istante i suoni non vengono più uditi: vuol dire che l’arteria è totalmente occlusa. Questo punto segnerà il valore massimo della pressione arteriosa.
Allora il dottore inizia pian piano a rilasciare la pompetta per far sgonfiare il tessuto che avvolge il braccio. In questo viaggio all’indietro, ci sarà un momento in cui potrà udire di nuovo i suoni di Korotkoff dopo i quali il flusso passa, stavolta, da turbolento a laminare fino a non udire più i suoni caratteristici. Qui il dottore leggerà il valore minimo della pressione arteriosa.
Naturalmente questo è il discorso generale. Probabilmente ogni dottore decide se prendere i valori un istante prima o dopo aver udito i suoni. Ed ora che sapete come funziona provate a spiegarlo al vostro medico.

Cosmologia con il righello

Quando sembra che i computer abbiano preso il sopravvento e che ormai non ci sia più nulla da fare per evitare il loro dominio, ecco che esce l’articolo che non ti aspetti:

<Paper-and-pencil cosmological calculator>

Aprite il link qui sopra e dopo una paginetta introduttiva vi troverete di fronte a tre pagine in cui vi sono  alcune importanti quantità cosmologiche con una specie di scala graduata al di sotto.
Bene, ora non dovete fare altro che prendere il vostro righello e posizionarlo all’altezza del valore che vi interessa della grandezza cosmologica che vi interessa.
E il gioco è fatto!
Ora allo stesso livello del valore prescelto potrete leggere, grazie al vostro righello, i valori cosmologici corrispondenti alle altre grandezze cosmologiche e potrete anche divertirvi (lo so, è una parola grossa!) a vedere come cambia la costante di Hubble con il variare dell’età dell’universo; oppure che tra redshift pari a 1 e redshift pari a 0 sono passati circa 7 miliardi di anni mentre tra redshift uguale a 1 e redshift uguale a 2 di anni ne sono trascorsi circa la metà. Quindi attenzione quando sentite parlare di redshift, più sentite un numero grande è più indietro del tempo si trovano le galassie!
Comunque come ho già detto lascio a voi tutto il divertimento (va bene, non uso più questa parola!).

Fonti: NASA/JPL-Caltech

 

Mettersi nei panni di un fotone

La teoria della Relatività di Albert Einstein ci dice che ogni osservatore deve misurare la velocità di un fotone uguale alla velocità della luce indipendentemente dal sistema di riferimento in cui si trova.

Albert Einstein (Fonte: www.educational.rai.it)

Un osservatore, praticamente, è un punto di vista. Cosa accade quando l’osservatore è proprio un fotone? Dal punto di vista di un fotone, esso è fermo nel suo sistema di riferimento e vede tutto il resto dell’universo muoversi.
Ma attenzione!
Poco fa abbiamo detto che ogni osservatore deve vedere che un fotone, nel vuoto, va alla velocità della luce e quindi un fotone, nel suo sistema di riferimento, non può vedersi fermo!

Che si fa?
Niente. Dobbiamo accettare che la prima frase di questo post sia un postulato, una verità indissolubile della teoria della Relatività. Se accettiamo ciò allora praticamente non possiamo descrivere nell’ambito della teoria della Relatività il sistema di riferimento solidale con un fotone.

Insomma pazienza. Comunque, se ciò non vi sta bene potete sempre cambiare postulato e fare una nuova teoria!

Cos’è la piezoelettricità

Nel 1826 il fisico Thomas Johann Seebeck notò un fenomeno particolare durante i suoi studi ed esperimenti.

T.J.Seebeck

Se uno prende un filo metallico e permette che ci sia una differenza di temperatura tra le due estremità del filo, allora il risultato finale è un flusso di corrente elettrica nel filo. Sbalorditivo ma vero!
Questo effetto è chiamato effetto termoelettrico o, più comunemente, effetto Seebeck.
Così, se avete un metallo tale che alle due estremità ci sia una differenza di temperatura otterrete elettricità.
Perché accade questo? In pratica quello che accade è che gli elettroni caldi (cioè molto veloci) tendono a diffondersi in zone del metallo in cui gli elettroni sono più freddi (ovvero più lenti). Questo movimento di cariche genera elettricità. Se le due estremità del filo non sono mantenute constantemente a differenti temperature, in un certo periodo di tempo il metallo raggiungerà l’equilibrio termodinamico, ovvero il metallo sarà alla stessa temperatura e quindi alla fine non ci sarà più corrente. Una simpatica applicazione dell’effetto Seebeck può essere di mettere due contenitori con liquidi a differenti temperature separate da una cella di Peltier, cioè una cella costruita per sfruttare l’effetto Seebeck.

Esiste un’altra possibile causa di questo effetto. Infatti è possibile generare un movimento ordinato degli elettroni (ovvero generare corrente elettrica) a causa dei fononi. Tranquilli non avete letto male: fononi con la lettera N.
I fononi, in breve, sono l’analogo dei fotoni ma per le onde meccaniche anziché per le onde elettromagnetiche. Infatti i fotoni sono i quanti delle onde elettromagnetiche; i fononi sono l’analogo delle onde sonore.
Dunque si parla di fononi quando si vogliono studiare gli effetti meccanici, per esempio, di un reticolo molecolare o atomico, cioè su scale tali che gli effetti quantistici sono non trascurabili.
Senza andare troppo nei dettagli, possiamo dunque dire che i fononi possono essere in grado di spingere gli elettroni da un capo all’altro del metallo. Questa caratteristica dei materiali di generare campi elettrici quando sottoposti ad una sollecitazione meccanica è chiamata piezoelettricità.

Ultima cosa, tornando all’effetto Seeback: esiste anche l’effetto contrario, ovvero facendo scorrere corrente elettrica in un metallo è possibile avere un trasferimento di calore. Questo è chiamato effetto Peltier ma alla fine dei conti è essenzialmente l’effetto termoelettrico inverso (comunque è giusto citare Peltier perché è stato lui a scoprire l’effetto inverso).

Inoltre, se qualcuno vuole sapere come costruire una cella di Peltier o comunque se volete saperne di più ecco un buon link.

Questo articolo è stato modificato e corretto il 26 Gennaio 2016 grazie alla gentile segnalazione di Emanuela (vedi commenti).

 

Le dimensioni contano (nell’universo)

L’universo è troppo grande solo per essere pensato. Le distanze sono immense. In questo post mi piacerebbe un’idea di cosa accade.
Come unità di misura potremmo decidere di usare le unità che vengono normalmente usate quando si guida. Supponiamo che un automobilista vada a 100 km/h. Bene, ora proveremo a calcolare quanto tempo il nostro automobilista impiegherebbe lungo le autostrade dell’universo!

Dunque, cominciamo dalla Terra. Il nostro pianeta è una palla di un diametro lungo 12 mila km. Questo vuol dire che un giro intorno alla Terra è circa 70 mila km. Se uno viaggia a 100 km/h allora ci vogliono ben 700 ore per fare il giro della Terra. Si tratta di un mese di viaggio (senza fare alcuna sosta ovviamente!).
Supponiamo ora che il nostro automobilista voglia andare sul Sole, la stella più vicina al nostro pianeta. La distanza da coprire è di circa 150 milioni di km. Al ritmo del nostro automobilista ci vogliono 150 mila ore per arrivare! Questo vuol dire un viaggio di circa 17 anni senza soste. Una piccola gita insomma.

Ora, una volta arrivati sul Sole decidiamo di raggiungere Proxima Centauri che è la stella più vicina al Sole. Proxima Centauri è distante 4.23 anni-luce dal Sole, cioè la luce proveniente da Proxima Centauri impiega circa 4 anni per raggiungerci o, se vogliamo, dalla Terra vediamo com’era Proxima Centauri quattro anni fa. Andando a 100 km/h ci vorrebbero 40 milioni di anni!

A questo punto è meglio fermarsi con i nostri ipotetici viaggi anche se praticamente non ci siamo mossi dal giardino di casa del nostro Sistema Solare. Visti i tempi calcolati sin qui è praticamente inutile parlare della distanza che ci separa dal centro della Via Lattea, la nostra galassia, oppure della distanza che ci separa dalla galassia più vicina, Andromeda. Inoltre non dimentichiamo che solo nella nostra galassia ci sono un centinaio di miliardi di stelle e ancora, ci sono miliardi di galassie oltre alla nostra Via Lattea.

In breve, noi siamo esseri insignificanti che lottano per un piccolo straccio infinitesimo di universo. Se solo fossimo in grado tutti insieme di guardare un po più oltre il nostro naso…Comunque, per coloro che vogliono divertirsi pochi minuti vi lascio un simpatico video:

 

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