Fori bianchi e lavelli da cucina

Apri il rubinetto della cucina e il flusso costante d'acqua si distribuirà in un sottile disco circolare quando colpirà il lavandino. Questo disco ha una proprietà insolita: è circondato da un labbro circolare, dove l'altezza dell'acqua cambia improvvisamente.

Questo cosiddetto salto idraulico ha sconcertato i fisici per almeno un centinaio di anni (John Strutt, altrimenti noto come Lord Rayleigh, pubblicò la prima descrizione matematica del fenomeno nel 1914). Questi tipi di problemi idrodinamici sono notoriamente difficili da affrontare.

Negli ultimi anni si è intensificato lo studio dei salti idraulici. Questo perché vari fisici hanno sottolineato che i salti idraulici sono esempi di oggetti molto più esotici: i buchi bianchi, l'equivalente invertito del tempo dei buchi neri. (Un buco bianco è una regione che può emettere onde e particelle ma in cui onde e particelle non possono entrare.) Anche se questa è una congettura interessante, nessuno ha fornito prove sperimentali.

Finora. Oggi, Gil Jannes dell'Université de Nice Sophia Antipolis in Francia et amis fornisce esattamente la prova che tutti stavano cercando. Un buco bianco esiste se il flusso d'acqua attraverso il salto idraulico è più veloce di quanto le onde possano viaggiare. Ciò significa che le onde possono fuoriuscire dal foro ma non possono entrarvi contro corrente.

Ma dimostrarlo è difficile. Il problema si riduce alla misurazione di queste due proprietà caratteristiche del buco bianco: il flusso d'acqua nel disco circolare e la velocità con cui le onde viaggiano sulla superficie di quest'acqua.

Il problema è che lo strato d'acqua è sottilissimo, il che rende difficile misurare con precisione.

Jannes e compagni hanno comunque un modo per aggirare questo problema. Invece di misurare direttamente queste due proprietà, è possibile trovare il loro rapporto misurando il cono di Mach associato al flusso supercritico nella regione interna del salto.

Sembra complesso, ma in realtà è semplice. Infila il dito nel disco piatto d'acqua e il flusso a forma di V attorno ad esso è il cono di Mach. L'angolo di questa forma a V è il valore critico che devi misurare (vedi immagine).

Jannes et amis affermano che le loro misurazioni dimostrano per la prima volta che il salto circolare è davvero esotico come tutti supponevano. Forniamo una dimostrazione sperimentale che il salto idraulico circolare rappresenta un buco bianco idrodinamico, dicono.

Questo è un risultato sorprendente. Significa che è possibile riprodurre nel lavello della cucina le caratteristiche degli oggetti più esotici dell'universo. Fresco!

Rif: arxiv.org/abs/1010.1701 : Il salto circolare è un buco bianco

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