Un uragano in una bolla di sapone

Si dice che gli scienziati siano in realtà degli adulti che hanno conservato la curiosità e la meraviglia dei bambini. Non ci credete? Ecco un esempio. Alzi la mano chi non ha giocato almeno una volta con le bolle di sapone.

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From Wikimedia Commons

Le spettacolari iridescenze sulla superficie e la vita effimera che le contraddistinguono sono un’attrazione a cui è difficile resistere, a prescindere dalla propria età anagrafica. Sicuramente meno noto è che fior di matematici e fisici le hanno studiate e continuano a farlo, per comprendere a fondo alcuni fenomeni molto complessi riguardanti la topologia, la teoria del caos, la teoria delle variazioni etc. Lord Kelvin si spinse a dire: “Fate una bolla di sapone e osservatela: potreste passare tutta la vita a studiarla”. Esagerato? Non proprio. Pensate, per esempio, ad una caratteristica evidente delle bolle, cioè il fatto di avere una forma perfettamente sferica. Beh non è un caso. La sfera è, in effetti, la superficie minima che racchiude un determinato volume, così come la circonferenza è la curva chiusa di lunghezza minore se paragonata al perimetro di un qualunque poligono avente la stessa area del cerchio racchiuso. E che dire poi degli spettacolari colori che si osservano sulla superficie delle bolle, sempre cangianti e in movimento, prodotti dalla riflessione e dall’interferenza della luce con la sottile parete di acqua saponata. Da tempo i fisici dell’atmosfera hanno anche notato sorprendenti analogie tra questi fenomeni e il comportamento delle correnti convettive atmosferiche. Adesso un gruppo di ricercatori capitanati da T. Meuel dell’Università di Bordeaux, ha realizzato un esperimento utilizzando una semibolla posizionata su un dispositivo in grado di riscaldarla dal basso e di metterla in rotazione.

In pochissimo tempo si è generato un vortice che ha immediatamente mostrato comportamenti simili ai grandi vortici planetari, si pensi alla Grande Macchia Rossa gioviana, ma anche agli uragani terrestri che sono parenti prossimi seppur su scala enormemente inferiore.

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Visualization of hurricane Floyd approaching the coast of Florida.
Data from the NOAA GOES satellite. Images produced by Hal Pierce.

Per esempio, si è visto che i vortici aumentano di intensità fino ad un valore massimo per poi iniziare a decadere, similmente a quanto avviene alle tempeste tropicali (TC).

Per passare poi da un’analisi qualitativa ad una quantitativa hanno elaborato un modello matematico che, seppur relativamente semplice, si è dimostrato in grado di riprodurre in maniera molto interessante il comportamento di 171 TC del Pacifico e dell’Atlantico.

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(d) Image of the full bubble with a vortex being formed by a large thermal plume. (e) A zoom on the vortex, the colors are interference colors of white light being reflected by the thin water layer constituting the bubble.

Restano ancora da capire molti dettagli ma è un significativo passo avanti nella direzione di predire con sufficiente precisione il percorso e l’intensità degli uragani che, nonostante gli enormi progressi compiuti negli ultimi anni, rimane ancora un obiettivo da raggiungere. Il tutto giocando con una bolla di sapone.

Dobbiamo anche confidare un poco in ciò che Galileo chiamava la cortesia della Natura, in grazia della quale talvolta da parte inaspettata sorge un raggio di luce ad illuminare argomenti prima creduti inaccessibili alle nostre speculazioni […]. Speriamo adunque. E studiamo.”  G. V. Schiaparelli, in Il pianeta Marte, 1893

Domenico Licchelli – 2014

Per saperne di più:

  • Intensity of vortices: from soap bubbles to hurricanes – T. Meuel et al. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 3455
  • Michele Emmer, Bolle di sapone: tra arte e matematica, Bollati Boringhieri, 2009