{"id":2308,"date":"2005-11-12T00:00:00","date_gmt":"2005-11-11T23:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"2308","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/2308\/","title":{"rendered":"Vorrei sapere se \u00e8 possibile far levitare una massa di acqua, o altro liquido, tramite l’utilizzo di un campo magnetico o elettrostatico.\r\nSe possibile, potreste indicarmi eventuali metodi utilizzati oggi?\r\nGrazie."},"content":{"rendered":"

Il grande interesse per la levitazione viene principalmente dalla possibilit\u00e0 di produrre una situazione di microgravit\u00e0 a basso costo. Da un punto di vista scientifico, un ambiente privo di gravit\u00e0 attira l\u2019attenzione di chi studia lo sviluppo delle piante e di coloro che si occupano di industria mineraria. Naturalmente, sul versante non scientifico, la levitazione riveste un ruolo importante nell\u2019intrattenimento illusionistico e, curiosamente, sembra avere anche delle applicazioni religiose1<\/sup>. <\/p>\n

Ad una analisi superficiale, sembrerebbe sufficiente opporre all\u2019attrazione gravitazionale una qualsiasi forza per ottenere levitazione. Per esempio, caricando elettricamente due sferette in modo che si respingano e tenendo meccanicamente ferma una delle due, si pu\u00f2 pensare che, muovendo la seconda sferetta sulla verticale della prima, riusciremo a trovare un\u2019altezza tale per cui le due forze, elettrica e gravitazionale, si compensano. Quello che succede per\u00f2, \u00e8 che appena lasciamo libera la seconda sferetta, anche se verticalmente non \u00e8 soggetta a forze, essa “scivoler\u00e0” lateralmente, uscir\u00e0 dalla verticale ed inizier\u00e0 a cadere. Abbiamo quindi un problema di stabilit\u00e0 ed \u00e8 lo stesso che incontriamo quando cerchiamo di porre una penna in verticale appoggiata sulla punta: esiste una situazione di equilibrio ma \u00e8 instabile. <\/p>\n

Quanto detto per due sfere \u00e8 vero in generale, nel senso che se prendiamo un campo elettrostatico non esiste alcun punto di equilibrio stabile. Questo significa che se mettiamo una particella carica in un punto in cui il campo \u00e8 nullo, non appena si sar\u00e0 leggermente spostata per effetto di una piccola perturbazione essa inizier\u00e0 ad allontanarsi inesorabilmente dal punto iniziale. Questo risultato generale \u00e8 stato discusso per la prima volta da Earnshaw nel 1842 ed \u00e8 connesso fortemente con l\u2019andamento 1\/r2<\/sup> della forza di Coulomb. Pi\u00f9 precisamente il fatto che non esista un punto di equilibrio stabile pu\u00f2 essere facilmente derivato dal fatto che, per le equazioni di Maxwell, la divergenza del campo elettrico \u00e8 nulla nella zona di levitazione2<\/sup>. <\/p>\n

Un controesempio di quanto appena detto sembrerebbe essere l\u2019esperimento di Millikan in cui il campo elettrico uniforme di un condensatore elettrico viene utilizzato per levitare delle goccioline cariche. In realt\u00e0 sul piano orizzontale l\u2019equilibrio \u00e8 solo indifferente ma non stabile e, volendo essere precisi, poich\u00e9 il campo non \u00e8 perfettamente uniforme esiste comunque un\u2019 instabilit\u00e0 residua. <\/p>\n

Avendo visto che caricare elettricamente un oggetto non produce una situazione stabile possiamo pensare ad un oggetto che, nonostante sia scarico, risponda al campo elettrico polarizzandosi. Questo significa che, a causa del campo elettrico, le cariche dell\u2019oggetto si spostano leggermente in posizioni opposte creando temporaneamente un dipolo elettrico che interagisce con il campo. Nonostante l\u2019interazione dipolo-campo sia molto diversa da quella carica-campo, si pu\u00f2 mostrare che anche per questa situazione non \u00e8 possibile ottenere un equilibrio stabile3<\/sup>. <\/p>\n

Con un campo magnetico la situazione \u00e8 diversa. Innanzitutto non esistono cariche magnetiche. In secondo luogo esistono certi materiali che, immersi in un campo magnetico, si polarizzano in direzione opposta al campo. Questo comportamento, detto diamagnetico, non ha un analogo elettrico e si pu\u00f2 dimostrare che per materiali di questo tipo \u00e8 possibile creare dei campi magnetici che, sovrapposti al campo gravitazionale danno una situazione di equilibrio stabile. <\/p>\n

L\u2019acqua e molti altri materiali sono diamagnetici e come tali possono essere fatti levitare utilizzando campi magnetici sufficientemente intensi4<\/sup>. Osserviamo inoltre che la quantit\u00e0 rilevante per determinare la levitazione non \u00e8 solo il campo ma \u00e8 il prodotto del campo per il suo gradiente. Siccome la polarizzabilit\u00e0 dei materiali diamagnetici \u00e8 in genere molto piccola sono necessari campi dell\u2019ordine della decina di tesla per ottenere la levitazione. Per ottenere questi campi sono stati utilizzati inizialmente dei potenti elettromagneti convenzionali (6 MW di potenza) e successivamente elettromagneti superconduttori5<\/sup>. <\/p>\n

Oltre a questo metodo, che ha fruttato a Sir Micheal Berry e ad Andrey Geim il premio IgNobel (riconoscimento che celebra le ricerche pi\u00f9 bizzarre ed inutili scimmiottando il pi\u00f9 famoso premio Nobel di Stoccolma), la levitazione macroscopica di piccole gocce d\u2019acqua \u00e8 stata anche ottenuta per mezzo di onde acustiche ultrasoniche stazionarie. Sottolineamo infatti che, utilizzando campi non statici, sia acustici che elettromagnetici, possiamo facilmente aggirare i problemi di stabilit\u00e0 anche se in genere questi metodi funzionano sono per oggetti molto piccoli.<\/p>\n

<\/font><\/font>Referenze:
<\/strong>
<\/font>1<\/sup>Una lettera<\/a> molto divertente (in inglese).
<\/font><\/font>2<\/sup>Risposta precedente<\/a> sugli operatori vettoriali.
<\/font>3<\/sup>Articolo<\/a> scientifico di Berry (in inglese).
<\/font>4<\/sup>Video<\/a> di una goccia d’acqua levitante.
<\/font><\/font>5<\/sup>Sito<\/a> divulgativo sulla levitazione (in inglese).<\/font><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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