La fisica a colazione: misurato l’Effetto Cheerios

È chiamato Effetto Cheerios e chiunque può notarlo quando si fa colazione coi tipici cereali (anche di altre marche, naturalmente) in forma di anello fluttuanti nella tazza colma di latte che tendono ad avvicinarsi fino a formare una sorta di grappolo, alcuni al centro della superficie liquida, altri lungo il bordo del contenitore.
In passato erano già stati elaborati modelli teorici per cercare di capire le dinamiche dietro questo comportamento che includono la tensione superficiale del liquido, il galleggiamento e il cosiddetto effetto menisco, fenomeno che porta alla formazione di una curvatura, una conca, sulla superficie del liquido all’interno di un contenitore (più stretto è, come una provetta o un tubicino, più l’effetto risulta evidente) a cui si aggiunge una particolare tipologia di effetto capillare: i Cheerios non pesano abbastanza da rompere la tensione superficiale del latte ma riescono a formare una sorta di minidepressione che li circonda e tende a favorire l’approccio verso un altro Cheerios che dovesse finire in prossimità, portando all’unirsi delle depressioni e rendendo di conseguenza più semplice la “cattura” di ulteriori elementi a formare un gruppo più ampio.
E oggi abbiamo per la prima volta a disposizione dati derivanti da misurazioni reali.
I Cheerios sono oggetti troppo piccoli affinché si possano applicare sensori atti a misurare le interazioni senza interferire con esse, quindi i ricercatori della Brown University, antico e prestigioso istituto di Providence (Stati Uniti), hanno optato per un metodo alternativo: due dischi di plastica delle stesse dimensioni di un Cheerios sono stati messi a galleggiare in un contenitore circondato da bobine generatrici di campi magnetici; in questo modo, modificando l’intensità dei campi stessi, si è stati in grado di controllare il movimento di uno dei due dischi, che conteneva un magnete, mentre l’altro, privo, non ne veniva influenzato. Questa manipolazione non meccanica consente di evitare il falsamento dei risultati che conseguirebbe anche dal solo toccare fisicamente i dischi oggetto dell’esperimento; effettuando i necessari rilievi durante le interazioni fra i due “pseudo Cheerios” a seconda della distanza e del movimento, i ricercatori hanno infine hanno ottenuto dei modelli matematici in grado di spiegare il fenomeno. Si è per esempio scoperto che il succitato effetto menisco è più forte di quanto previsto dalla teoria ed è inoltre entrato in gioco un fattore non precedentemente considerato: mentre si avvicinano, i due dischi oscillano leggermente (come fanno le imbarcazioni, del resto) impattando con maggior vigore contro l’acqua e ricevendo una reazione contraria dal liquido che li spinge ad avvicinarsi ulteriormente.
Lungi dall’essere una mera curiosità, lo studio potrebbe trovare applicazioni pratiche in svariati settori: è per esempio fondamentale sapere come interagiscono fra di loro i robot in microscala che sono o saranno nel prossimo futuro usati in gruppo per attività come il monitoraggio e la ricerca ambientale o in campo medico con la nanotecnologia e i suoi robot di dimensione cellulare che promettono di rivoluzionare il settore.

Di Corrado Festa Bianchet

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