Stelle e fornelli

Astro-fisica e cucina ? Ma che siamo matti direte voi, invece no è solo che con questo post vogliamo dare un modesto contributo a quella bella iniziativa che il Carnevale della Fisica, questa volta dedicato alla “fisica "in cucina”. Ovviamente le leggi che governano le interazioni fra i componenti delle nostre gustose, sperabilmente, ricette non sono diverse da quelle che sostengono e che fanno rilucere gli astri.

Ad esempio: quando arriva il tremendo giorno in cui ci viene recapitata  la bolletta del gas, se sopravvivete all'apertura della stessa, noterete che molte compagnie fornitrici  danno consigli su come sfruttare al meglio il prezioso “elemento”, in realtà una miscela di metano e propano, almeno dalle mie parti, vista anche la valanga di tasse che ci paghiamo sopra. La regola principe è che la fiamma deve essere azzurra.

Tipicamente infatti la fiamma è rossa quando gli ugelli del cosiddetto fornello sono sporchi, nel senso che hanno piccole incrostazioni o depositi di polvere. Infatti si lava e si strigliano non per igiene, dato che sono sempre oltre 100°, ma proprio per questo: perché la fiamma deve essere azzurra.  Se esce azzurra significa infatti che è  molto più calda,  e siccome per cucinare il calore è la “materia prima”  è molto meglio se la nostra fiamma rimane azzurra ( = + calda) come in questa bella immagine qui sopra.

È proprio basandosi con questo semplice concetto fisico, ossia che la temperatura di un gas ne determina anche il colore, che si basano gli studi dell’atmosfera stellare. Dal “colore” che osserviamo in una stella, che è ovviamente determinato dalle sue parti più esterne, possiamo capire la sua temperatura  e da questa quali sono le condizioni alla sua superficie

Nel  grafico qui sotto tutte le temperature dei tipi principali di stelle, in funzione di colore e temperatura. Possono essere ricordati secondo la famosa frase americana: O Be A Fine Girl Kiss Me .

Chi l'avrebbe detto quindi che il nostro fornello del gas avesse molto, molto in comune con la temperatura delle stelle!!

Ma veniamo un problema più complicato: cucinare un etto di spaghetti. È un'operazione talmente ripetitiva talmente banale nella nostra testa che non abbiamo mai ragionato forse su come questo sia possibile solo perché esiste un campo gravitazionale, ed anche anche abbastanza intenso.

Quando poniamo infatti la pentola sul fuoco e accendiamo sotto di lei il nostro gas o piastra elettrica per conduzione di calore passa dal gas o dalla piastra elettrica al fondo della pentola e da qui, sempre per conduzione, si trasmette ai primi strati dell'acqua che vengono riscaldati. Non appena l'acqua al fondo della pentola si scalda e questa volta per convezione il calore viene portato verso la superficie, mentre l'acqua più fredda scende verso il basso e si riscalda.  Si instaurano così dei moti competitivi che danno come risultato il ribollire dell'acqua che va dal fondo della pentola dove è più caldo alla sommità dell'acqua dove è più freddo e comunque può scaricare l'energia sotto forma di vapore nell'ambiente esterno.

                                                             

Cedere energia una cosa che tutti i sistemi fisici fanno molto volentieri per uno dei principi fondamentali della fisica.

Voi sapete che a questo punto si mette sale, diminuisce per un po' l'ebollizione per note ragioni e poi riprende e si buttano gli spaghetti. E questo è quanto.

                             

E nello spazio che cosa succederà in condizioni di gravità ridotta o addirittura nulla ? Come si fa a cucinare un piatto di spaghetti, dato che la convezione non si può instaurare correttamente? Senza gravità lo strato più caldo non ha alcun motivo per andare in superficie anche se, proprio perché più caldo è meno denso e quindi più leggero.

L'acqua si scalderà in modo laminare: supponiamo, giusto per visualizzare, di mettere in una pentola 20 cm di acqua. Supponiamo idealmente di dividerlo in 20 strati da 1 cm, inizialmente tutti alla temperatura di 20°. Quando iniziamo a riscaldare in qualche modo il fondo della pentola l'unico meccanismo possibile per il trasporto di calore è la conduzione e quindi il primo strato di 1 cm si porterà, dopo cinque minuti poniamo, a 40°. Con questo il primo strato inizia a riscaldare il secondo e lo porta dopo cinque minuti a 25° e così via.

I numeri che abbiamo messo sono probabilmente realistici, ma ci servono  solo per fare questo esempio e far capire che dopo, poniamo, mezz'ora avremo una pentola dove, nei 20 strati in cui abbiamo idealmente suddiviso l'acqua, ci saranno 20 temperature diverse. Non solo ma man mano che si va verso il fondo della pentola la temperatura sarà maggiore. Poveri noi quindi se ci mettiamo dentro degli spaghetti! Verranno in parte stracotti in pochi minuti e in parte ancora crudi perché entro la pentola non c'è una temperatura sufficientemente omogenea, ma un ventaglio di temperature da basse a molto molto alta.

Capisco che questo ragionamento può far sorridere, anzi lo spero, ma il tutto  è sostanzialmente simile a quel che avviene all'interno del nostro Sole. Tutti sappiamo, perché scritto dappertutto, che nel nostro Sole l'energia viene prodotta nel nocciolo o “core”. Ma poi come viene trasportata all'esterno?

Abbiamo  un meccanismo misto di conduzione, e quindi siamo nel secondo caso pastasciutta, soprattutto negli strati più interni e densi, e poi convezione, e siamo nel primo caso pastasciutta. Ovviamente il ragionamento è generico e molto del dettaglio dipende dal tipo di stella. Comunque sia, l'energia che ci arriva dal Sole, sotto forma di luce, in soli otto minuti da quando esce dalla sua atmosfera impiega ben un milione di anni  per fare il mezzo milione di kilometri che separano, grosso modo, il centro dalla superficie solare. Il raggio di sole che in questo momento sta illuminando la mia stanza è dovuto quindi a quattro atomi di idrogeno sottoposti a  fusione nucleare quando l'homo sapiens non esisteva ancora….

Qualche altra curiosità ? Scrivete!!  Per me è ora di pranzo