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Palloncino obbediente
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Per rimanere nel campo dei fluidi in movimento, si può far vedere che si può sollevare una striscia di carta soffiandoci sopra con una cannuccia (Figura 1), o portare in giro un palloncino sopra il getto d’aria di un phon (o anche una pallina da ping-pong sopra il soffio di una cannuccia), Figura 2.
Per il palloncino si può chiamare un volontario dal pubblico, bendarlo e mostrare che poteva tenere il palloncino in equilibrio senza guardare, e che anzi poteva portarselo in giro come se fosse legato da un filo. Si può anche mostrare che il palloncino resta fermo anche se non è sulla verticale del getto, fino a inclinazioni notevoli (figura 12). Perché?
La spiegazione sta nell’effetto Bernoulli, che però è più semplice illustrare usando un modello cinetico di un gas (Figura 3). Sappiamo che i gas sono composti da molecole che viaggiano a una velocità prossima a quella del suono, e che la pressione è data dagli urti di tali molecole (Figura 4).
In un gas a riposo, le molecole viaggiano in tutte le direzioni così che un foglio di carta sospeso rimane fermo non perché non ci siano urti, ma perché ne riceve in ugual modo su tutte e due le sue superfici. Ovviamente se soffiamo direttamente su un foglio, la pressione da lato del soffio è maggiore di quella dal lato opposto (Figura 5).
Ma se obblighiamo un gas a viaggiare in una direzione, ovvero soffiamo, ecco che meno molecole attraversano una superficie ideale diretta come il flusso, rispetto ad un gas a riposo (con la stessa temperatura), Figura 6. Quindi, un fluido in movimento esercita una pressione minore, rispetto allo stesso fluido a riposo, nella direzione perpendicolare al flusso stesso, mentre ovviamente esercita una pressione maggiore nella direzione del flusso.
Il palloncino, che si trova in una regione in cui il flusso si allarga, sente una pressione trasversale che lo riporta verso la regione in cui il flusso è più veloce. Quindi sta in equilibrio perché riceve una forza trasversale e una diretta dal flusso, che compensano la forza di gravità, e questo funziona anche con una certa inclinazione (Figura 2).
Per controllare se il pubblico aveva capito la lezione, si può immergere un pezzetto di cannuccia in un bicchiere d’acqua e chiedere al pubblico se qualcuno aveva da obiettare al fatto che vi soffiassi sopra usando un’altra cannuccia. Nessuno protesta e si può quindi "annaffiare" il pubblico usando questa sorta di aerografo o spruzzatore, che potrebbe facilmente essere trasformato in una sorta di venturimetro (Figura 7).
Si può anche "scommettere" con il pubblico che nessuno sarà capace di "soffiare via" una pallina da ping pond da un imbuto (paradosso idrodinamico), Figura 8. In effetti, la pallina resta nell'imbuto anche se la sua imboccatura è rivolta verso il basso, finché si soffia vigorosamente.