La fisica della cioccolata

 Adam Townsend con la classica fontana di cioccolata che converge verso il centro del flusso.

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E’ quasi Natale, si avvicinano le festività più dolci dell’anno e anche la fisica vuole dire la sua.

Pubblicato di recente sullo European Journal of Physics, lo studio dello studente londinese Adam Townsend dello University College di Londra nasce dalla curiosità del ragazzo di approfondire la fluidodinamica delle… cascate di cioccolata!

Gustose, scenografiche e molto ricercate alle feste di bambini o agli anniversari di matrimonio, le dolcissime fontane di cioccolata gettano le basi per nuovi studi sui fluidi non newtoniani.

Ma facciamo un passo indietro.

I fluidi conosciuti si dividono per comportamento fisico, la fluidodinamica appunto, che tratta lo studio di come i suddetti fluidi adattano il proprio flusso alle condizioni poste dall’esterno. In base a questi comportamenti, possiamo dividere i liquidi in newtoniani e non newtoniani.

I primi, così denominati in onore del fisico che ne ha studiato per primo il comportamento, Isaac Newton, hanno un comportamento costante e invariato nel tempo, come l’acqua. Immaginando di intrappolare un liquido tra due lastre parallele delle quali una in movimento, vedremo che la viscosità del fluido newtoniano non varia al variare della velocità di movimento della lastra. La viscosità dei fluidi newtoniani dipende quindi soltanto dalla temperatura e dalla pressione che agiscono sul fluido.

I secondi, i fluidi non newtoniani, hanno invece una viscosità variabile secondo lo sforzo di taglio, la forza che viene applicata parallelamente al fluido.

La cioccolata fusa ha un comportamento del secondo tipo e la cascata di cioccolata ne è la dimostrazione. Questi dolcissimi e fondamentali accessori da party mostrano come il fluido al cacao disegni una perfetta “campana”, il flusso infatti ricade sempre verso il suo interno.

Il fenomeno della “water bell” (campana d’acqua) è conosciuto dai fisici e viene preso come termine di paragone per i comportamenti dei fluidi. Per creare in casa una campana d’acqua e osservare questo fenomeno, è necessario soltanto porre una penna sotto il flusso di un rubinetto e in posizione apicale alla penna porre in orizzontale una moneta. L’acqua, cadendo sulla moneta, modificherà la sua tensione superficiale, cadendo non più in modo lineare, ma “prendendo la forma” della circonferenza della moneta.

Anche nella cascata di cioccolata avviene questo fenomeno, ma il flusso si “chiude” verso l’interno a causa del suo comportamento non newtoniano.

Lo studio di Townsend non è stato solo una divertente divagazione dagli studi accademici di fluidodinamica, ma è un interessante punto di partenza per comprendere meglio le leggi che regolano non solo le cascate di cioccolato, ma anche gli altri fluidi non newtoniani, come la lava, le lacrime degli occhi e il plasma del nucleo di reattore.

Un’altra dimostrazione del legame strettissimo che unisce scienza e quotidianità. Osservare la vita di tutti i giorni con curiosità senza dare per scontato ciò che ci circonda, continua a essere la migliore fonte di ispirazione per gli scienziati!

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