Le leggi della Natura
 

Un esperimento ideale

Omega 23 Mag 2015 19:00
Supponiamo di disporre di un fluido non viscoso che scorre imperturbato
alla velocità v - diciamo in regime permanente - che incroci una griglia
costituita da sferette distribuite in modo random dentro un certo volume
che occupa l'intera sezione di scorrimento del fluido. Tale volume
costituisce di fatto una sorta di filtro rispetto al fluido che lo
attraversa. Supponiamo che lo spessore del "filtro" nel verso di
scorrimento del fluido sia finito e che possa essere variato per
verificare i comportamenti del fluido.
Supponiamo anche che il fluido sia sede di un'oscillazione longitudinale
di frequenza f, ma, per semplicità di ragionamento, non tale da
invertire mai la direzione del moto del fluido.

Ora, ovunque il fluido ******* una delle sferette, nel fluido stesso si
forma una perturbazione (onda) che si propaga *anche* controcorrente, e
la cui frequenza è necessariamente f. Se, come ipotizzato, il fluido è
privo di viscosità, e quindi di smorzamento, l'onda "riflessa" si
propaga indefinitamente *anche* verso monte e può essere rilevata da uno
strumento opportuno.

Ho insistito su 'anche' perché nessuno obbliga la perturbazione a
muoversi solo in linea retta controcorrente: per esempio, l'onda
riflessa dell'acqua che incontra un ostacolo si propaga in quasi tutte
le direzioni - in principio tranne in direzione dell'ostacolo. Si parla
di 'dispersione'.
Allora che ne è di tutta l'energia che non va controcorrente? Viene
incamerata dal fluido che ne acquisisce una certa turbolenza, tuttavia
irrilevante sia che passi l'intero filtro sia che ******* altri
ostacoli, a parte qualche locale perdita di sincronismo
dell'oscillazione per via dell'interferenza dell'onda riflessa dispersa.
Tale turbolenza, poca o tanta, potrebbe essere interpretata come
discontinuità nella natura del fluido, essendo rilevabile a sé in quanto
perturbazione con una precisa lunghezza d'onda; invece non è affatto
discontinuità della natura del fluido, ma appunto solo una sua
perturbazione - che peraltro, mancando lo smorzamento, potrà durare
illimitatamente nel tempo e nello spazio.

Ma torniamo alla parte di perturbazione riflessa controcorrente, che è
la più interessante. La sua entità dipenderà da quanto è "fitto" il
filtro, ossia da quanto il filtro è "riflettente". Al crescere della
densità delle sferette si può arrivare a riflettere il fluido al 100%,
ossia alla totale "opacità".
Quello che interessa però è cosa succede nei casi intermedi, e ciò in
questo modello dipende dallo spessore del filtro.

Da notare, per inciso, che riguardo a questa perturbazione il
"generatore" (o sorgente secondaria) è l'ostacolo, anche se l'energia la
prende dalla corrente in transito, che la cede all'ostacolo investendolo.

La singola perturbazione riflessa, che come detto ha necessariamente
frequenza f, va ad affiancarsi a tutte le altre perturbazioni riflesse,
quindi il risultato _me*****_, a seconda della distanza fra le sorgenti
secondarie sull'asse del movimento del fluido, potrà andare mediamente
da zero a un massimo a seconda della distanza fra i singoli ostacoli
sull'asse stesso. Se la distanza è un'intera lunghezza d'onda di f si
avrà l'accumulo di energia riflessa in fase; se la distanza è mezza
lunghezza d'onda, i generatori si troveranno in controfase e il
risultato sarà zero, però non nel senso di reale annullamento reciproco
- dato che viaggiano parallelamente - ma nel senso che il ricettore
dell'energia riflessa vedrà una media nulla. Una risoluzione di misura
dell'ordine di grandezza della perturbazione riflessa dalla singola
sferetta vedrebbe valori diversi con spostamenti trasversali dello
stesso ordine di grandezza, ma se la risoluzione è minore - più
"grossolana" - misurerà mediamente zero, e in genere misurerà comunque
una media.

Va osservato però quest'altro aspetto secondo me essenziale nel mio
modello ideale, in cui il fluido si muove in regime permanente:
l'insieme degli ostacoli (sferette) che sono allineati sull'asse del
flusso del fluido, fossero anche molti, è interessato da una sola
collisione. Se la collisione avviene sulla superficie d'ingresso del
fluido, tutte le altre sferette disposte sulla stessa direttrice è come
se non ci fossero (fra di esse può esserci solo della turbolenza residua
di cui ho parlato). Le sferette disposte sulla superficie d'uscita del
fluido sarebbero colpite solo in assenza di altre sferette fra
l'ingresso e l'uscita del fluido sulla loro direttrice.
Perciò, se idealmente unissimo con una superficie tutte le sferette
colpite, una per ogni direttrice (intesa come tubo di flusso del
diametro di una sferetta) avremmo una "superficie di collisione"
irregolare (ma non troppo come dirò più sotto) nella misura della
casualità della disposizione delle sferette. Però *tutte* le sferette
situate sulla superficie d'ingresso del fluido sono interessate alla
collisione, e quindi gran parte delle sferette interne al filtro "è come
se non ci fosse"; invece sono interessate quelle sulla superficie
d'uscita che non hanno a monte nessuna sferetta. Dunque la superficie
complessiva di "riflessione" è composta da due - e solo due - superfici:
quella d'ingresso, che comprende tutte le sferette colpite dal flusso in
ingresso (tutte), e quella d'uscita che comprende tutte le sferette
colpite dal flusso che è ancora imperturbato in uscita, cioè il flusso
non intercettato in ingresso. Dunque sul fenomeno della riflessione in
controcorrente agiscono *solo* queste due superfici: quella d'ingresso e
quella d'uscita. Sono esse e solo esse quindi a determinare l'entità
media della riflessione da zero a un massimo a seconda della distanza
fra le due superfici. E questa è la ragione per cui lo spessore del
filtro è determinante per decidere l'entità complessiva della
riflessione: perché si fonteggiano solo le riflessioni della superficie
d'ingresso e quelle della superficie d'uscita (salvo irregolarità *******
dovute alla eventuale non planarità della superficie d'ingresso).

Naturalmente, se il filtro avesse struttura cristallina questo
comportamento sarebbe ancora più netto: le due superfici sarebbero
perfettamente piane, come le facce di un diamante, e, per alcuni tipi di
cristalli, sarebbero identiche (dipende dalla struttura del cristallo).

Non freintendetemi: non sto parlando della luce. Non mi permetterei mai
di cercare di correggere le "stranezze" dichiarate da Ric***** Feynman a
proposito di fotoni, dato che già lui le ha dichiarate appunto non
spiegabili, quindi figuriamoci se mi permetterei di cercarvi delle
ragioni logiche e persino semplici !
Non sono mica matto a contraddire la sua idea secondo cui «la luce è
costituita di particelle» e secondo cui «anche al giorno d'oggi
(1985)(*) non c'è modello intuitivo che spieghi la riflessione parziale
della luce da due superfici».

(*) oggi, trent'anni dopo, sicuramente invece c'è la teoria di cui parla
Feynman. Magari più d'una, e magari qui tutti, tranne me, lo sanno.

Però, fatte salve le verità di Feynman, se davvero la luce fosse
costituita da particelle, cambierebbe qualcosa del ragionamento fatto
qui sopra? Sì, cambierebbe qualcosa: si semplificherebbe.

Ma io non stavo parlando di luce. Figuriamoci, ho appena speso dei soldi
per comprare il libro QED di Feynman! :)

Omega

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