Scienze

Il "gradino d'acqua" studiato anche da Leonardo da Vinci ha finalmente una spiegazione

Un recente studio ha trovato una spiegazione al problema che si era posto anche Leonardo da Vinci: perché, quando si espande nel lavandino, l'acqua fa un saltello? La soluzione potrebbe contribuire in futuro a ridurre gli sprechi d'acqua.

Aprite il rubinetto e osservate l'acqua nel lavandino: quest'ultima, dopo essersi espansa velocemente sulla superficie, finisce per formare una sorta di gradino. Questo fenomeno, chiamato salto idraulico, è stato indagato dai fisici per mezzo millennio. Una ricerca che comincia da Leonardo da Vinci e arriva fino all'Università di Cambridge.

Un'onda mareale risale un estuario inglese.
Un'onda mareale risale un estuario inglese. © Arnold Price

La forma dell'acqua. In poche parole, il "gradino liquido" viene creato da due flussi d'acqua che s'incontrano con velocità diverse. Non si vede quindi solo nei lavandini, ma anche alla base delle cascate, oltre le chiuse o alla testa di onde di marea. Un fenomeno tanto curioso, tutto sommato per molti familiare, di cui si trova la prima descrizione proprio negli studi di Leonardo sull'acqua.

Onda su onda. Nei secoli successivi, molti scienziati (fisici, matematici, tra cui molti italiani) hanno aggiunto dettagli sul fenomeno. Ma il primo ad esprimersi sulle cause fu il fisico inglese John William Strutt Rayleigh. Nella spiegazione coinvolse viscosità, velocità e gravità. Restò in dubbio sulla tensione superficiale, sul cui ruolo non era convinto.

Appunti di Leonardo da Vinci sul movimento dell'acqua.
Appunti di Leonardo da Vinci sul movimento dell'acqua. © Sweet Briar College

Da quel momento in poi la tensione superficiale finì per essere messa in secondo piano e le possibili spiegazioni, quelle più plausibili, cercarno di spiegare la natura e le caratteristiche del salto idraulico (l'altezza del gradino e l'ampiezza prima del salto) con modelli basati su viscosità, inerzia e gravità.

Un nuovo studio conferma il ruolo dell'inerzia (ovvero la tendenza di un corpo o di un fluido a resistere a variazioni del suo stato di moto): l'acqua che si espande velocemente sul piano perde velocità a causa dell'attrito. Quando il cambio di velocità diventa abbastanza brusco, l'acqua frena, quasi... inchioda e cerca sfogo verso l'alto.

Troppo (poco) superficiali. Il ricercatore di ingegneria chimica Rajesh Bhagat (Università di Cambridge) è convinto che i precedenti scienziati abbiano liquidato troppo velocemente l'eventualità che la tensione possa giocare un ruolo. Nel suo articolo scrive: "Abbiamo dimostrato che, al momento del salto, sono la tensione superficiale e le forze viscose a bilanciare lo slancio dal liquido; mentre la gravità non ha alcun ruolo significativo".

Ok, ma adesso? Qualcuno si starà chiedendo, ora, se una simile conclusione possa avere anche una qualche implicazione pratica. La risposta, non proprio semplicissima da documentare senza addentrarsi in complessi concetti di fluidodinamica, è affermativa: per esempio, queste conoscenze potrebbero contribuire a ridurre lo spreco d'acqua in contesti industriali. E in ogni caso, citando Leonardo da Vinci che fu tra i pionieri proprio negli studi sull'acqua, vale la pena compiacersi di una ricerca a prescindere dagli utilizzi pratici, perché "il desiderio di conoscere è naturale per le brave persone".

20 agosto 2018 Davide Lizzani
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