Senza addentrarsi nei meandri della fisica (se vuoi capirci di più leggi qui), cosa fai per bere da un bicchiere con una cannuccia?
Aspiri, cioè diminuisci la pressione a una estremità del tubo e questo fa salire il livello del liquido nel tubo stesso.
Ora, con la bocca piena della tua bibita e la cannuccia tra le labbra, cosa fai per spruzzare in alto il liquido e farti una bella doccia?
A parte che se ti fai una doccia con una bibita non sei tanto normale, per farlo devi soffiare, cioè aumentare la pressione all’estremità del tubo che hai in bocca: questo farà salire il livello del liquido nella cannuccia e, se continui a soffiare, lo farà uscire.
Risultato dei due esperimenti:
– per far muovere un liquido in un tubo bisogna creare una differenza di pressione
– il liquido si sposta dalla pressione maggiore verso la pressione minore (se non ti è chiaro il concetto di pressione, leggi qui)
– se il tubo è verticale, oltre a creare la differenza di pressione, bisogna anche mantenerla, altrimenti il liquido torna a scendere.
Facciamo un passo avanti.
Se soffi, puoi far salire l’acqua quanto vuoi, tutto dipende da quanto sono forti i tuoi polmoni. Se invece aspiri, al massimo potrai far salire l’acqua di 10 metri, non di più. Il perché lo scoprì Evangelista Torricelli, che inventò il barometro: quando aspiri, in realtà non sei tu che fai sollevare l’acqua, ma è la pressione atmosferica che, spingendo dall’altra parte, solleva il liquido. E la pressione atmosferica, ammettendo di avere aspirato fino a fare il vuoto da una parte del tubo, non può sollevare una colonna d’acqua più alta di 10 metri.
Senza entrare nei dettagli (che, se vuoi, trovi qui) una colonna d’acqua alta 10 metri e di sezione 1 cm2 ha massa pari a 1 kg e, di conseguenza, pesa 1 kgf.
(se non ti è chiara la differenza tra kg massa e kg forza… chiedi a Google!)
La pressione esercitata dalla forza di 1 kgf che agisce su un cm2 è pari a 1 atm, che equivale alla pressione esercitata dall’atmosfera a livello del mare.
(non esattamente, ma disquisire sulle unità di misura esula dallo scopo del post)
In altre parole, la pressione atmosferica è in grado di sostenere una colonna d’acqua alta 10 m, se dall’altra parte c’è il vuoto.
Nota: Torricelli, per limitare l’ingombro del suo barometro, usò mercurio, che ha densità molto maggiore dell’acqua (circa 13,5 volte maggiore), ottenendo una colona di liquido, sostenuta dalla pressione atmosferica, alta circa 760 mm.
(cerca i dati, sviluppa i calcoli, e vedrai che una colona di mercurio alta 760 mm e di base 1 cm2 pesa circa 1 kgf)
Dato che una colonna di liquido alta la metà pesa la metà (e così via), risulta che la pressione in un punto dipende dall’altezza della colonna di liquido che sovrasta il punto stesso. Questo è ciò che sanno bene i subacquei: alla profondità di 10 metri la pressione è di 1 bar -oltre alla pressione atmosferica che preme sulla superficie del mare-, a 20 m si hanno 2 bar e così via.
Ora facciamo un altro passo.
Se il pelo libero della colonna di acqua è a 20 metri di altezza, alla sua base la pressione sarà di 2 bar (sempre da aggiungere alla pressione atmosferica, che preme sulla superficie libera). Se, invece, il pelo libero fosse a livello di terra -concettualmente come nel barometro di figura- a 10 m di altezza la pressione sarebbe di zero bar (corrispondente al vuoto): 1 bar (dato dalla pressione atmosferica a livello zero) – 1 bar (corrispondente a una colonna d’acqua alta 1 m) = 0 (zero).
Salendo ancora, la pressione dovrebbe diventare negativa, ma dato che la pressione negativa non ha significato fisico (non può esserci un vuoto più vuoto del vuoto) salendo oltre i 10 m il tubo resta, appunto, vuoto (come si vede nell’immagine del barometro a mercurio).
Nota: in realtà, lo spazio sopra ai 10 m non è completamente vuoto, ma occupato da vapore d’acqua in equilibrio con il liquido; di certo, però, non si trova acqua allo stato liquido a un livello superiore a 10 m. Ma nell’ottica generale del discorso, queste sottigliezze rischiano di confondere, perché quello che dobbiamo ancora vedere è molto più strano!
(Se, però, vuoi vederci più chiaro, prova a leggere qui).
Ancora un piccolo passo e siamo arrivati.
Per farti un’idea di cosa significherebbe una pressione negativa, immagina una barra di materiale solido che resiste, oltre che a compressione, anche a trazione. Per esempio prendi un matterello (per dire un oggetto che hai in casa, ma qualsiasi solido va bene), afferralo con le mani alle due estremità e prova a comprimerlo come se volessi accorciarlo; poi prova a tenderlo, come se volessi allungarlo. Il matterello resisterà sia alla compressione, sia alla trazione.
Ora, e concludiamo, prova a fare la stessa cosa con l’acqua: se la metti in un recipiente deformabile -per esempio un palloncino, o una siringa- puoi comprimerla, schiacciando il palloncino o premendo sullo stantuffo della siringa, ma… credi di poterla mettere in trazione?
Beh, che tu ci creda o no, la teoria che gli scienziati propongono per spiegare come l’acqua riesca a salire sugli alberi presuppone proprio questo: l’acqua dovrebbe resistere alla trazione come fosse una fune!
Continua a leggere e ne vedrai delle belle!