“PaperFisica!” La fisica classica e moderna

Scienza Orienta 2014
11/2/2014
Paperfisica!
M. Casolino
[email protected]
@casolinomarco
www.casolino.it
INFN Roma Tor Vergata
Università di Roma Tor Vergata
RIKEN
Ricerca in fisica delle particelle nello spazio
PAMELA
MASS-89, 91, TS-93,
CAPRICE 94-97-98
NINA-2
JEM-EUSO
NINA-1
M 89
M 91
TS 93 C 94
C 97
PAMELA
C 98
… 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
LAZIO-SIRAD
2005 2006 ...
NINA-1
SILEYE-1
NINA-2
SILEYE-2
M. Casolino, INFN & University
SILEYE-3/
Roma Tor Vergata
ALTEINO:
SILEYESILEYE-2
SILEYE-3
ALTEA
LAZIO-SIRAD
SILEYE4/ALTEA
Carl Barks, l’uomo dei paperi
(Merril, 27 marzo 1901 – Grant
Pass, 25 agosto 2000)
695 avventure di Paperi, 6241 pagine
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Gioachino "Keno" Don Hugo Rosa
Louisville, 29 giugno 1951
Erede di Barks
Di origini italiane
“Solo” 85 storie, 1512 pagine
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Paperi
e Razzi
Il primo
incontro di
Paperino con i
razzi è con una
V2 di origine
tedesca…
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Infatti l’astronautica ha origine
nelle armi della Seconda
Guerra mondiale
La V1 pesava 2100kg, ed era dotata
di un pulsoreattore da 300kg di
spinta. Inizialmente portava una
testata bellica da 830kg, poi ridotta
per aumentare l'autonomia, che
inizialmente era di soli 240 km.
Degli oltre 29000 esemplari costruiti,
circa 9000 vennero lanciate verso
l'Inghilterra. Di queste oltre 4000
furono abbattute dai caccia alleati.
V1
V2
Raggio d'azione 240 km
Velocità massima 550 –640 km/h
La velocità di crociera era di circa
550-640kmh, il che rendeva possibile
l'intercettazione da parte dei caccia
alleati più veloci.
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Raggio d'azione 320-360 km
Velocità massima 5200 km/h
Werhner von Braun
(Wirsitz, 23 marzo 1912 – Alexandria, 16 giugno 1977)
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Sergei Pavlovich Korolev
12 January 1907 - 14 January 1966.
Padre dell’astronautica
sovietica, dello Sputnik,
del programma primo
uomo nello spazio, Yuri
Gagarin.
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Gagarinsky Start
PAMELA:
Rivelatore lanciato
Il giugno 15th 2006 razzo
Soyuz-U
Metodi di lancio
L’unico sistema utilizzato è con l’uso di razzi a
combustibile.
Tuttavia la corsa allo spazio del dopoguerra ha visto la
messa a punto di due sistemi diversi, frutto di diversi
approcci dei due blocchi contrapposti, pur partendo
entrambi dalle V2 tedesche
Von Braun (USA)
Korolev (URSS)
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Per Paperino
non è un problema. Nel
1944 con un carburante
di sua invenzione ed un
razzo di sua
costruzione…
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…abbandona
la Terra.
Evviva! Sto lasciando la
terra a mille miglia al
secondo!
Ma la
1 2 GM terra m
velocità di
mv =
2
Rterra
fuga dalla
Terra è
2GM terra
sovrastimata v =
= 2 gRterra = 11.2 km/s
Rterra
da Paperino,
anche se è
una velocità
minima…
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
C’è un
piccolo
errore
(licenza
artistica) in
questa
vignetta,
forse due…
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Orbita intorno alla
Luna 33 anni prima
dell’Apollo 8
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Soyuz: Il lanciatore
Il più affidabile al giorno d’oggi,
• utilizzato per lanci con equipaggio e cargo verso la
Stazione Spaziale.
•Utilizzato per lancio di satelliti in versione modificata.
(il più affidabile in assoluto fu il Saturno V):
Lanci 708. Failures: 19. Success Rate: 97.32%
(dal 1973)
Varie versioni: con cargo, per personale umano, da
Plesetsk, (dalla Guyana Francese)
Altezza 45 m
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Capsula Soyuz (3 astronauti)
e Progress (cargo: 2500 kg)
Massa: 6560 kg
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Assemblaggio Progress m-52
su vettore Soyuz TMA-6
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Vettore Souyz: 13/4/2005
Terzo st.
Capsula
Secondo stadio
Primo stadio (4 booster)
Torre di espulsione
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Capsula Soyuz (3 astronauti)
e Progress (cargo: 2500 kg)
Massa: 6560 kg
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Ne “Il Papero che cadde sulla Terra”
Paperone chiede di andare nello spazio, a
400 km sopra Paperopoli.
Utilizza un aereo modificato con motori a
razzo…
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…e manda Paperino a
recuperare i satelliti…
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r
r
Fcentr + Fgrav = 0
mv 2 GM T m
=
r
r2
GM T
GM T
v=
=
≅ g (r − h )
r
rt + h
RTerra = 6380km
h ≅ 400km
v = 7.6km / s = 27000km / h
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SpaceShip One
4 Ottobre 2004 Vince l’X prize
(primo volo 21 giugno 2004)
Mojave, California
Batte il record dell’X-15 >100 km altezza
(con tre persone equivalenti e senza rimpiazzare più
del 10% della massa eccetto carburante)
Secondo volo in 14 giorni
10 milioni $
•Crew: one pilot (capable of taking 3)
•Length: 5 m
•Wingspan: 5 m
•Height:
•Core Diameter: 1.52 m
•Wing area: 15 m²
•Empty: 1,200 kg
•Loaded: 3,600 kg
•Brian Binnie / Mike Melvill
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Design innovativo
•Lanciatore
•Feather fall
•(caduta a piuma)
•Rientro
nell’atmosfera
(ma energia cinetica
molto inferiore dal
rientro dall’orbita)
Costo: 200.000 $ /
biglietto (3 minuti)
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Stazioni Spaziali
Paperopoli
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Le stazioni spaziali di Carl
Barks rispecchiano i
progetti della NASA del
tempo.
Ruote spaziali nel cielo
che trasmettono
continuamente notizie e
previsioni del tempo
Perché circolari?
2
v
m = mω 2 r = mg
r
g
ω=
= 0.07 rot / s =
r
(r = 83m) − − > 13s / rotazione
1,075
miglia
Marvo Casolino INFN e Università di Roma
Tor Vergata
di altezza (1700 km) 83 metri di diametro
Permanenza a
lungo termine
nello spazio
1969-1972 :
Apollo
1972:
Skylab
1975:
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Apollo Soyuz
1995-2001:
Mir
2002-2010:
ISS
Stazioni Spaziali – Skylab
Peso: 90 tonnellate
(737-800 41 tonn
747: da 135 a 186 tonn)
Volume interno: 1143 m3
Lunghezza 35.1 m
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
La stazione spaziale MIR
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Sileye-1 e 2 sulla Mir – 1995-2000
•Rivelatore di raggi
cosmici e radiazione
ambientale
•Studio dei Lampi di
Luce e loro cause
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
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Altea
•Lanciata Luglio 2006
•Acquisizione dati Agosto 2006
•Raggi cosmici: 6 elementi doppi
•Lampi di Luce
•Elettroencefalografo
•Acquisizione continua di rc
•Anisotropie rc in tempo reale
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Centro di controllo a Tor Vergata
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
Marvo Casolino INFN e Università di Roma Tor Vergata
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Il più grande scavo del Mondo
Per
assicurarsi
che il suo
deposito è al
sicuro dai
terremoti,
Paperone fa
scavare per
più di 4
miglia,
almeno 6.4
km di solida
roccia.
All’epoca era
lo scavo più
profondo del
mondo,
ancora oggi
il più vasto
Abbiamo scavato tre
chilometri, singor De
Paperoni ma abbiamo
trovato solo solida roccia!
Continuate a scavare! Un
terremoto potrebbe
spaccare tre chilometri
come un guscio d’uovo!
Zio Paperone fa
scavare il pozzo
in una enorme
spirale per
verificare più
terreno possibile!
Siaomo a 6 chilometri e
ancora nessun segno di
fessura!
Giorno e notte lo
scavo avanza!
Continuate
a scavare!
1956, Paperopoli
Lo scavo di Kola
1967, 12km
Si voleva raggiungere la
discontinuità di Mohorovičić, che
scoperta da un geofisico croato nel
1909, osservando una variazione
della velocità delle onde sismiche.
La temperatura sale
verso il centro della
Terra:
27 gradi/ km
I terremoti secondo Barks…
In fondo scavo i Paperi
scoprono il mondo
sotterraneo di
TeryFermy,
in cui vi sono due razze, i
Terrini ed i Fermini, che
si sfidano causando
terremoti di tipo
sussultorio ed
ondulatorio,
rispettivamente.
Onde longitudinali o di
compressione (P)
è costituito da onde di
compressione del tutto simili a
quelle acustiche.
L'illustrazione a lato mostra la
rappresentazione di questo tipo
di onde: le rocce vengono
compresse (colore scuro) e poi
dilatate (colore chiaro) nella
stessa direzione del loro
movimento.
Onde di taglio o trasversali (S)
le onde S progrediscono nel
terreno, comprimendo e
dilatando le rocce
perpendicolarmente alla
direzione d'avanzamento, dando
vita a vibrazioni della superficie
terrestre di tipo "ondulatorio"
I terrremoti possono
essere anche causati
da eruzioni
vulcaniche, come ha
modo di scoprire un
giovane Paperone a
bordo del Cutty
Sark.
Il vulcano Krakatoa
esplose il 27 agosto
1883 con una potenza
equivalente a 200
megatoni provocando il
suono più forte mai
udito sul pianeta, un
boato che arrivò a quasi
5000 km di distanza.
L'esplosione polverizzò
completamente l'isola
sulla quale sorgeva il
vulcano.
Lo tsunami, onda
del porto,
successiva era alta
40 metri e causò
distruzione in tutta
la zona indonesiana.
Fu misurato persino
nel Canale della
Manica
Il maremoto dell'Oceano Indiano, del dicembre 2004.
Viaggio al centro della Terra
Jules Verne, prolifico
autore di fantascienza
(la Guerra dei mondi,
l’uomo invisibile, dalla
Terra alla Luna),
immagina un viaggio al
centro della Terra.
Ne fu realizzata una
prima trasposizione
cinematografica nel
1959 ed una più
recente nel 2008
Impossibile a
realizzarsi perché la
terra ha un nucleo
fuso al suo interno.
Al tempo di Jules
Verne non era chiara
neanche la teoria
della deriva dei
continenti
Nessuno potrà mai raggiungere il centro del nostro pianeta…
Salvo i Paperi, ovviamente
Ma che succederebbe
se ci si trovasse al
centro della terra?
Si galleggerebbe come nello
spazio.
La forza di gravità che
percepiamo è dovuta alla
massa di tutte le particelle
della Terra.
Al centro la distribuzione
sferica fa sì che tutte le
forze si annullano e Paperone
galleggi nell’aria.
Strumenti! (2)
Galileo inventa il microscopio, inizia l’indagine del mondo
microscopico
Probabilmente Galileo (1564-1642),
Ne «Il Saggiatore» (scritto 1619-1622),
pubbl. 1623, menziona un !telescopio
adattato per oggetti molto vicini".
Giovanni Faber (1574-1629), amico di
Galileo, lo chiama !microscopio",
!occhialino", !cannoncino",
!perspicillo", !occhiale"
Il microscopio di Galileoda Giuseppe
Campani, (Seconda metà XVII sec.)
Nuovi Strumenti
• Dai fotoni della luce alla radioattività
• Uno dei primi acceleratori naturali fu
quello di Rutherford
• Utilizzò un nucleo di elio proveniente da
un decadimento radioattivo per colpire
una lamina d’oro
! Comprese la struttura del nucleo
! Aprì le porte alla meccanica quantistica
(anche legge di Planck sulla luce)
!sino al modello standard di particelle e
campi
In un’avventura al campeggio
Paperino applica un bottone d’Uranio
sui berretti dei nipoti per non
perderseli…
Un uso molto pericoloso delle
sostanze radioattive, ma che
mostra come le conoscenze dei
rischi delle radiazioni non fossero
ben note, soprattutto al pubblico
non specializzato
Camping Confusion, 1956
Gli acceleratori di particelle sono
l’evoluzione del microscopio, per
osservare eventi rari
Aumentando l’energia sondiamo
scale sempre più piccole e possiamo
produrre nuove particelle
Aumentando l’intensità del fascio di
particelle aumentiamo il numero di
interazioni e possiamo studiare eventi
rari
(Tutte applicazioni della forza
elettromagnetica)
Forza nucleare debole
• Responsabile del
decadimento beta dei
nuclei radioattivi
• Decadimento del
neutrone
• Mediato da particelle
pesanti (bosoni)
W+ W- Zo
Zio Paperone, la Pietra
Filosofale e la Fisica Nucleare
•Tramuta tutto quello che tocca in oro
•Miraggio di alchimisti (ma anche Newton
l’ha cercata)
•Centinaia di anni ma nulla
•Seconda solo al Santo Graal
•Harry Potter
Paperone la trova, dopo una
lunga serie di avventure a
Creta, nelle sale del trono di
Minosse.
Tuttavia non è
tutt’oro quel che
luccica
La fissione della pietra lo tramuterà in
oro se la userà troppo a lungo!
Barks avverte dei
rischi della pietra
filosofale ed ne ha
chiara la sua vera
natura.
Anche qui c’è una
piccola
imprecisione…
La trasmutazione è stata possibile per la prima volta nel XX secolo:
1. decadimento di nuclei
2. Irraggiamento di Uranio con neutroni (Fermi 1934)
3. Uso di acceleratori per collisione di nuclei
Marvo Casolino INFN e
Tutte dileRoma
immagini
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Tor Vergata
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