Pallinato da Frammenti, Gruppo AAA, 1 settembre 1997
Il carnevale offre a molti l’occasione di tornare al luna- park
• Il carnevale offre a molti l’occasione di tornare al luna- park. Tra le attrazioni non mancano mai quelle giostre nelle quali si prova l’ebbrezza della sfida alle leggi della natura. Sono divertimenti studiati in base ad alcune semplici regole di fisica che possono anche rilevarsi un originale strumento didattico. Un tipico esempio è costituito dal rotore, che viene a volte chiamato Enterprise. un grande cilindro cavo che ruota attorno al proprio asse. Le persone entrano e si dispongono in piedi ferme contro la parete. Il rotore comincia a girare aumentando la velocità. A un certo punto, il pavimento sotto la stanza si apre, senza però che nessuno caschi giù. Questo perché, per ogni passeggero, il peso è bilanciato dalla forza di attrito tra il proprio corpo e il rotore, la quale è a sua volta proporzionale alla forza centripeta (il termine di proporzionalità è noto come coefficiente di attrito statico, e lo indicheremo con la lettera a).
• La minima velocità di rotazione necessaria a impedire la caduta della persona dipende da a ed è tanto maggiore quanto maggiore è il raggio della stanza. Ad esempio, per un rotore del diametro di 4 metri e prendendo per a un valore tipico pari al 0,3, si trova che la velocità deve essere superiore ai 30 chilometri all’ora, che corrisponde a poco più di un giro ogni due secondi. Gli ottovolanti costituiscono invece un buon laboratorio per lo studio del principio di conservazione dell’energia. All’inizio si porta il carrello fino al punto più elevato, ad esempio con l’ausilio di un motore elettrico. In questo modo l’energia elettrica viene trasformata in energia potenziale. Il carrello quindi comincia a scendere, e acquista via via velocità, ossia energia cinetica, consumando la sua energia potenziale.
• Nel punto più basso la sua energia potenziale si annulla, per aumentare nuovamente quando il carrello risale di nuovo. Poiché una parte dell’energia si perde per attrito, il profilo delle montagne russe deve essere sempre tale che ogni cima sia un po’ più bassa della precedente, a meno che non si faccia a un certo punto un rifornimento di energia trainando su il carrello nuovamente con l’aiuto di un motore esterno. Alcuni ottovolanti di dimensioni maggiori fanno uno o piu’ giri completi attorno a se stessi (giro della morte). A metà giro, quando i passeggeri sono a testa in giù, il carrello, per poter rimanere attaccato ai binari, deve avere un’accelerazione centripeta maggiore dell’accelerazione di gravità g. Per i più curiosi diremo che, se si trascura l’attrito, questa condizione è soddisfatta se la velocità nel punto più in basso è maggiore della radice quadrata di 5gR, dove R è il raggio della circonferenza percorsa. Ad esempio se R = 8 metri il carrello deve affrontare il giro della morte a oltre 70 chilometri all’ora. Che cosa succederebbe se la velocità fosse di poco inferiore? Il carrello salirebbe fino a una certa quota e si staccherebbe dai binari prima di arrivare in cima descrivendo un arco di parabola e ricadrebbe rovinosamente sui binari più in basso.
• Una giostra che ha avuto fortuna negli ultimi anni è il Vascello, una nave che viene sollevata e quindi fatta dondolare sotto l’azione del proprio peso, mentre chi vi sta dentro ha l’impressione di essere lanciato nel vuoto. noto dalla fisica che per un individuo che cade liberamente non esiste alcun campo gravitazionale. Se questi lascia cadere dei corpi, essi rimangono fermi rispetto a lui, dunque egli non dispone di elementi oggettivi che gli consentono di stabilire che si trova in caduta libera in un campo gravitazionale. Questi semplici ragionamenti furono definiti da Einstein il pensiero più felice della sua vita ed ebbero un ruolo importante nello sviluppo della teoria della relatività generale. Tornando a noi, occorre precisare che chi sta sul Vascello non prova realmente il volo in caduta libera, poiché la traiettoria non è verticale ma curva. Se qualcuno volesse provare questa sensazione e non avesse il brevetto di paracadutista, potrebbe ad esempio fare un giro sullo SkyScreamer del parco di divertimenti di Astroworld, in Texas. un ascensore che scende in caduta libera dall’altezza di 30 metri. Non credo che dopo il volo avrete ampliato le vostre conoscenze di relatività generale, ma quasi certamente rinuncerete a fare un altro giro.