I dadi come il Martini: shakerati e non mescolati.

Il ricercatore Diego Maza e il suo team ha condotto un esperimento scientifico presso l’Università di Navarra, in Spagna. Grazie a questo studio, ha dimostrato che i dadi sono come il Martini: se correttamente shakerati non si mescolano bensì si ordinano in cerchi perfetti.

La squadra di scienziati spagnoli ha dapprima riempito con 25.000 dadi a 6 facce, ciascuno dal lato di mezzo centimetro circa, un contenitore cilindrico. I ricercatori hanno iniziato quindi a scuotere il contenitore, ruotandolo alternativamente in senso orario e antiorario circa una volta al secondo. Sono andati avanti così per diverse centinaia di migliaia di rotazioni.

La rotazione esercitava una forza sui dadi diretta verso le pareti del contenitore.
Contemporaneamente, le scosse periodiche nei momenti in cui la direzione di rotazione si invertiva, provocavano un’oscillazione della massa di dadi. Regolando la velocità della rotazione, i ricercatori potevano variare la forza di questi sobbalzi.

Al termine dell’esperimento, i dadi erano quasi perfettamente ordinati.

Il risultato mostra che il grado di ordinamento dei dadi dipende fortemente dall’accelerazione rotazionale applicata ad ogni inversione di direzione.
Per le accelerazioni superiori a circa la metà dell’accelerazione di gravità (0,5 g), i dadi raggiungono uno stato finale di densità massima dopo circa 10.000 torsioni. In questo stato, i dadi finiscono per trovarsi in strati orizzontali all’interno del cilindro secondo uno schema ad anelli concentrici.
Al contrario, per accelerazioni inferiori a 0,5 g, i dadi si mettono in ordine così lentamente che non è sicuro che raggiungeranno mai quella posizione finale ottenuta con velocità maggiore. Anche dopo 100.000 rotazioni, i dadi che si trovano più vicini al centro del contenitore restano molto disorganizzati. Maza e i suoi colleghi stimano che potrebbero volerci dieci anni di continue rotazioni e oscillazioni, a quell’accelerazione, per raggiungere l’ordinamento perfetto.

Dunque a cosa è servito quest’esperimento? Per poterlo spiegare, dobbiamo prima di tutto comprendere qual è il campo di ricerca del team di ricercatori spagnoli.

Maza e si suoi coleghi si occupano di ricerca sulla materia granulare.

La materia granulare (o granulata) è un insieme di particelle solide di dimensioni sufficientemente grandi da non avere un comportamento assimilabile ad un liquido. Il limite inferiore di dimensioni di queste particelle è quindi di circa 1 µm (il micrometro è un’unità di misura della lunghezza corrispondente a un millesimo di millimetro).

Esempi di materia granulare possono essere la sabbia, il riso, il caffè e la neve.

Non sono materia granulare il burro, la maionese, l’asfalto e il fumo.

La materia granulare è comune in natura e nell’industria, dalla sabbia e ghiaia del settore edile alle polveri negli alimenti e nella produzione farmaceutica.
Sotto l’influenza della gravità, la semplice vibrazione o il picchiettamento può rendere la materia granulare più compatta nel tempo, poiché le particelle dislocate trovano il modo di cadere più in basso ad ogni scossa.
Immaginate di versare del riso in un bicchiere di vetro. Normalmente la superficie sarà accidentata, mostrerà delle montagnole. Picchiettando con il dito sul lato del bicchiere, il riso si muoverà al suo interno e, dopo un certo numero di colpi, i chicchi si ordineranno perfettamente e la superficie sarà piatta.

L’esperimento condotto da Maza dimostra che il processo di ordinamento è molto diverso se viene usato il metodo di “shaking” anziché il picchiettamento normalmente usato dalle industrie che hanno a che fare con la materia granulata.

Un sistema granulare infatti, se picchiettato, non raggiunge uno stato di densità massima da solo, ma tende a rimanere bloccato in uno stato di densità intermedia. Può essere reso più denso solo attraverso un processo in cui il picchiettamento diventa più delicato nel tempo.
Al contrario, se applicata una torsione abbastanza forte, i dadi raggiungono sempre lo stato più denso.

Maza spera che il metodo dello “shaking” possa trovare usi in contesti in cui la normale procedura per far ottenere la densità massima alla materia granulare non funziona, ad esempio in assenza di gravità. Maza e i suoi colleghi stanno preparando esperimenti per la Stazione Spaziale Internazionale, con lo scopo di studiare la dinamica dei materiali granulari in condizioni di microgravità.