Il Titanic: affondare con stile

di Franco Bagnoli.

Nel film Titanic [1], quando la poppa del transatlantico è in procinto di affondare (vedere la Fig. 1), Jack Dawson (Leonardo DiCaprio) dice a Rose DeWitt Bukater (Kate Winslet) di tenersi pronta a nuotare con tutte le sue forze, perché la nave, affondando, cercherà di risucchiarla negli abissi. Ma il fenomeno del “gorgo” che risucchia naufraghi e scialuppe si verifica realmente o è solo un mito? E, se esiste, come si spiega secondo le leggi della fisica?

Il verificarsi della suzione è certo. Nelle sue memorie [3], il comandante giapponese Tameichi Hara [4] descrive vividamente la sua esperienza di gettarsi fuori da un incrociatore che affonda, e del vortice risucchiante risultante. Tale fenomeno è anche oggetto di un episodio di MithBuster [5] che nega questo effetto, ma l’esperimento è stato fatto con una barca troppo piccola, probabilmente.

Facendo ricerche su Internet, si possono trovare generalmente tre tipi di spiegazione. La prima attribuisce l’effetto all’aria contenuta nella barca, che fuoriesce durante l’affondamento abbassando così la densità dell’acqua, che non è più capace di sostenere persone e scialuppe. La seconda spiegazione è che l’acqua, riempiendo gli spazi vuoti all’interno della nave, risucchierebbe le persone all’interno. La terza è collegata al trascinamento viscoso che fa nascere dei vortici dietro un corpo (la nave che affonda) che si muove all’interno di un fluido. E’ lo stesso effetto per cui è sconsigliato viaggiare su una decappottabile se si hanno i capelli lunghi: si viene inevitabilmente frustati sul viso (Fig. 2), anche se ovviamente questo effetto non si vede mai nei film (Fig. 3).

È facile visualizzare questo fenomeno (cambiando il sistema di riferimento) soffiando verso una mano che nasconde una candela (la fiamma si dirige verso la mano), o muovendo una mano in una bacinella contenente piccoli oggetti galleggianti (che seguono la mano).

L’intensità del trascinamento è proporzionale alla velocità dell’oggetto in movimento, almeno per piccole velocità.

Tuttavia, c’è un effetto più evidente, statico e non dinamico, causato semplicemente dalla spinta di Archimede che è, chissà perché, generalmente trascurato. Possiamo utilizzarlo per effettuare uno spettacolo di fisica casalingo [9], nel qual caso suggerisco di acquistare il “tappo da bagno” Tubtanic [10], per l’introduzione iniziale. Abbiamo anche bisogno di un “iceberg” (da utilizzare per l’introduzione e la sfida finale), un cilindro trasparente e di un bicchiere, dal diametro circa la metà del cilindro e con un fondo spesso (per aumentare la stabilità e per spostare più acqua).

Riempire per metà il cilindro con acqua e inserire il bicchiere (il nostro Titanic) in modo che galleggi. Segnare il livello dell’acqua con un pennarello da lavagna bianca e chiedere al pubblico di votare per tre possibili risposte alla domanda (vedi Fig. 4): Cosa succederà al livello dell’acqua dopo che il Titanic (il bicchiere) sarà affondato? (a) salirà, (b) resterà uguale, o (c) si abbasserà?

Sorprendentemente, ho trovato che la maggior parte delle persone sceglie la risposta (a), ma effettuando l’esperimento si vedrà che il “livello del mare” si abbassa dopo l’affondamento (l’effetto è più visibile se il bicchiere sposta una grande massa d’acqua e se il cilindro è stretto).

La spiegazione implica un breve richiamo della legge di Archimede.  La spinta di galleggiamento esercitata da un fluido su un corpo immerso è uguale al peso del fluido che il corpo sposta. Dato che il bicchiere galleggia, questa forza è uguale al peso del vetro. Ma poiché la densità del vetro è maggiore della densità dell’acqua, il bicchiere deve spostare una massa d’acqua più grande del volume del vetro, un’azione che è ovviamente possibile grazie alla parte cava (riempita di aria) interna, come succede per le navi. Dopo l’affondamento, il bicchiere sposta solo il volume del vetro, e il livello dell’acqua si abbassa. Per una nave che affonda, questo significa che tende a scavare un “buco” nel mare, che viene immediatamente riempito dall’acqua vicina con un effetto di trascinamento su tutto ciò che galleggia nelle vicinanze.

L’entità di questo effetto, come quello di trascinamento viscoso, dipende dalla velocità di affondamento, quindi è difficile distinguere tra i due.

Dopo l’esecuzione di questa esperienza, si può rimuovere il bicchiere, mettere l’”iceberg” all’interno del cilindro, segnare ancora una volta il livello dell’acqua e chiedere di pronunciarsi  su una seconda domanda: che cosa accadrà al livello dell’acqua dopo lo scioglimento del ghiaccio? Si deve aspettare per un po’ di tempo per la fusione, quindi è conveniente effettuare questo esperimento all’inizio dello spettacolo, raccogliere le risposte e ritornare sull’argomento alla fine, dopo aver presentato altri fenomeni.

E ora una sfida, presa da “Veritasium” (un canale YouTube) [11].

(… segue …)

Leggi l’articolo completo: Franco Bagnoli, Il Titanic: affondare con stile, in Scienze e Ricerche n. 37, 15 settembre 2016, pp. 61-63