venerdì 8 febbraio 2013

Fiocchi di neve (fuori stagione?)

Gentilissimi, ecco un articolo, come sempre modificato dalla newsletter di Le Scienze, in cui si affronta, dal punto di vista scientifico, la possibilità di "creare" fiocchi di neve, ossia frattali, tramite un programma per computer:


fisica chimica matematica
La prima simulazione al computer dei fiocchi di neve
 Spiegare il processo di crescita dei cristalli di ghiaccio che formano i fiocchi di neve è sempre stato un obiettivo al di là delle capacità di previsione della scienza. Ora, per la prima volta, un gruppo di matematici è riuscito a creare un modello al computer in grado di prevedere un'ampia varietà di forme, utilizzando solo alcune leggi fondamentali. Tra i risultati degni di nota, la scoperta della forte influenza dei legami tra le molecole di superficie nel cristallo e il fatto che la velocità con cui crescono le punte dei fiocchi è direttamente proporzionale alla quantità di vapor d'acqua presente in atmosfera. (red) Non esiste un fiocco di neve uguale all'altro: è una cosa che s'impara fin da bambini. Alcuni di essi hanno la simmetria perfetta di una stella a sei punte, altre sembrano esagoni, prismi o alberi di Natale. Fin dai tempi di Keplero la scienza si è interrogata sull'origine di queste straordinarie forme microscopiche, ma la fisica del fiocco di neve è così sottile che è rimasta sostanzialmente sconosciuta fino ai nostri giorni. Anche la minima variazione di umidità o di temperatura può alterare radicalmente la forma e le dimensioni di un fiocco di neve, rendendone particolarmente complessa la modellizzazione al computer. Il problema sembra aver trovato una soluzione, grazie al lavoro di un gruppo di matematici, ora pubblicato su arXiv, che per la prima volta sono riusciti a simulare un'ampia varietà di forme di fiocchi di neve, utilizzando solo alcune leggi fondamentali, come la conservazione del numero di molecole di acqua presenti nell'aria. © David Arky/Corbis Per riprodurre al computer la crescita di un cristallo di ghiaccio, Harald Garcke e colleghi, dell'Università di Regensburg, in Germania, insieme con John Barrett e Robert Nürnberg, dell'Imperial College, di Londra, hanno dovuto modellizzare, in modo estremamente accurato, la variazione nel tempo della superficie del cristallo. “Di solito la superficie viene approssimata da una serie di triangoli interconnessi tra loro, che però spesso nelle simulazioni si deformano e collassano, lasciando delle singolarità che arrestano bruscamente il processo", ha spiegato Garcke. Garcke e colleghi hanno aggirato il problema, escogitando un metodo per descrivere la curvatura e altre informazioni geometriche sulla superficie del fiocco di neve, in modo da poterle codificare in modo appropriato con il computer. In particolare, gli studiosi hanno trovato un nuovo modo per modellizzare simultaneamente i due principali tipi di crescita dei fiocchi: la crescita sfaccettata, in cui il processo è dominato dalle facce piane, come esagoni e triangoli, e la crescita dendritica, in cui i fiocchi formano ramificazioni di ordine sempre crescente, come i dendriti nelle cellule nervose. "I precedenti tentativi fallivano proprio nella riproduzione contemporanea di entrambe le caratteristiche: il nostro è stato il primo gruppo a ottenere una simulazione sia della crescita sfaccettata sia di quella dendritica, soltanto sulla base delle leggi di conservazione e della termodinamica”; ha concluso Garcke. Tra i risultati degni di nota, anche la scoperta di aspetti inattesi della formazione dei fiocchi, come la forte influenza dei legami tra le molecole di superficie nel cristallo. Si è anche trovato che la velocità con cui crescono le punte dei fiocchi è direttamente proporzionale alla quantità di vapor d'acqua presente in atmosfera.
(20 marzo 2012)

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