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Non importa se sei giovane o vecchio, uno studente o un avvocato di famiglia praticante, i film sui supereroi sono divertenti, stimolanti e pieni di riferimenti scientifici, che sembrano rendere il film ancorato alla realtà. Tuttavia, non significa che ogni riferimento sia del tutto veritiero. Diamo un’occhiata più da vicino alla scienza dietro questo fantastico mondo.

Indice dell’articolo: Spider-Man ferma un treno in movimento Studi scientifici Il ragno Entanglement quantistico Evidenze reali in fisica L’armatura di Iron Man e il suo funzionamento La propulsione I gas Propulsore ionico L’alimentazione Considerazioni finali Conclusioni

Spider-Man ferma un treno in movimento

 

Spider-Man fa tutto ciò che un ragno può: ma la sua ragnatela sarebbe abbastanza forte da fermare un treno in movimento?

In questa scena, tratta dal film del 2004, l’arrampicamuri impedisce ad un treno sopraelevato in fuga di schiantarsi, lanciando una rete di ragnatele per rallentarlo. Quando l’abbiamo visto per la prima volta, siamo rimasti molto colpiti dalla resistenza alla trazione delle ragnatele.
Quanto sono forti davvero? Considerando la velocità del treno, le sue dimensioni, la massa, la distanza che ha percorso e quanta ragnatela è stata sparata, si può affermare che: affinché quel treno si fermi sui suoi binari, la ragnatela di Spidey dovrebbe avere una trazione di forza di 1.000 mega Pascal o 145.000 psi.

Studi scientifici

Gli studenti di fisica dell’Università di Leicester effettuando un calcolo,  hanno dimostrato che la forza della ragnatela di Spiderman è proporzionale a quella dei veri ragni. Inoltre, hanno scoperto che la forza che le ragnatele di Spider-Man esercitano sul treno è di 300.000 Newton e che il modulo di Young (o rigidità) delle stesse è pari a 3,12 giga Pascal. Questo è molto ragionevole per la seta di ragno, che varia da 1,5 giga Pascal a 12 giga Pascal nei ragni tessitori. La tenacità della ragnatela è stata calcolata in quasi 500 mega joule per metro cubo. Ciò risulta essere in linea con la ragnatela di un Darwin’s Bark Spider, un ragno tessitore che vanta la ragnatela più forte attualmente conosciuta.

Il ragno

È stato concluso che la tessitura del supereroe è davvero un equivalente proporzionale di quella di un vero ragno e, di conseguenza, sarebbe possibile per lui fermare un treno in movimento. Analogamente, una ragnatela ridimensionata a un campo da calcio potrebbe facilmente fornire il lavoro per fermare un aereo in volo.
Alex Stone, 21 anni, uno degli studenti, ha affermato: “Si dice spesso che le ragnatele siano più forti dell’acciaio, quindi abbiamo pensato che sarebbe stato interessante vedere se ciò fosse vero per la versione ingrandita di Spiderman. Considerando l’argomento, siamo rimasti sorpresi di scoprire che la ragnatela è stata ritratta accuratamente.”
I ricercatori dell’Università del Wyoming hanno sviluppato un modo per incorporare i geni che filano la seta di ragno nelle capre. Sono stati in grado di raccogliere grandi quantità di proteine ​​della seta dal latte delle capre. Chissà se in futuro potremo avere un vero Peter Parker.

Entanglement quantistico

In Ant-Man and the Wasp, siamo stati introdotti al concetto di entanglement quantistico attraverso la connessione di Scott Lang con Janet Van Dyne. Si ritiene che la sua psiche si sia impigliata con quella di Janet, il che gli ha permesso di vederla attraverso se stesso.
L’entanglement quantistico è un fenomeno della meccanica quantistica in cui gli stati quantistici di due o più oggetti devono essere descritti in riferimento l’uno all’altro, anche se i singoli possono essere spazialmente separati. Ciò porta a correlazioni tra le proprietà fisiche osservabili dei sistemi.
Ad esempio, è possibile preparare due particelle in un unico stato quantistico, così che si possa osservare sempre da un lato uno spin-up e dall’altro uno spin-down e viceversa, nonostante sia impossibile prevedere quale insieme di misurazioni verrà osservato.

Di conseguenza, le misurazioni eseguite su un sistema sembrano influenzarne altri istantaneamente coinvolti con esso. Ma l’entanglement quantistico non consente la trasmissione di informazioni classiche più velocemente della velocità della luce.
Le correlazioni previste dalla meccanica quantistica, osservate sperimentalmente, rifiutano il principio del realismo locale, ovvero che le informazioni sullo stato di un sistema dovrebbero essere mediate solo dalle interazioni nelle sue immediate vicinanze.

Evidenze reali in fisica

La cosa interessante è che l’idea dell’entanglement quantistico è un fenomeno reale in fisica. Infatti, se un oggetto si sovrappone alle funzioni dell’onda quantistica di un altro oggetto, si parla di entangled. Pertanto, anche se le due entità fossero allontanate il più possibile senza ingarbugliarle, resterebbero connesse tra loro influenzandosi vicendevolmente.
L’entanglement quantistico ha applicazioni nelle tecnologie emergenti dell’informatica quantistica e della crittografia quantistica, ed è stato utilizzato per realizzare sperimentalmente il teletrasporto quantistico. Gli scienziati, oggi, stanno lavorando con questo principio nella speranza di creare un supercomputer quantistico.

L’armatura di Iron Man e il suo funzionamento

L’idea della tuta di Iron Man è plausibile e in qualche modo realistica. Il problema, tuttavia, è che la nostra attuale tecnologia non è così sviluppata da consentire le abilità mostrate da Tony Stark. Per volare Iron Man usa stivali da jet e raggi repulsori. Gli stivali jet forniscono la maggior parte della spinta necessaria tale da fargli raggiungere velocità supersoniche. I raggi repulsori, situati nei palmi delle mani, forniscono stabilità insieme a lembi dispiegabili posti in varie sezioni della tuta.

La propulsione

La terza legge di Newton afferma che “per ogni forza c’è una forza uguale e contraria“. È proprio questo principio che fa avanzare gli aerei a reazione e i razzi che vanno sulla Luna. Affinché il razzo raggiunga la destinazione, ha bisogno di una forza opposta che sia più forte della gravità. In pratica, tale forza, si ottiene utilizzando gas ad alta velocità che vengono espulsi verso il basso.
Per Iron Man è la stessa cosa: affinché la tuta si muova verso l’alto, deve espellere i gas verso il basso. Questo sembra accadere nel momento in cui vediamo polvere e fogli di carta volare quando Iron Man è sospeso in aria, durante i primi test della sua tuta.

I gas

Ma da dove vengono quei gas? In un razzo, il gas è vapore acqueo che proviene dalla combustione dell’idrogeno e dell’ossigeno contenuto nel serbatoio del carburante, ma per Iron Man non c’è produzione di gas poiché la potenza dell’armatura deriva da un ordigno nucleare. Possiamo però notare alcune scie di fumo nero dietro la tuta volante: questo non è molto coerente.
Dal momento che non ci sono emissioni di gas con un reattore nucleare, rimane l’opzione dei turboreattori: un reattore che aspira l’aria dall’alto e la spinge verso il basso. Fondamentalmente è ciò che fanno gli elicotteri. Ma ancora una volta, questo non è possibile quando, nel primo film di Avengers, la tuta sta andando nello spazio dove non c’è aria per spingere o addirittura sott’acqua.

Propulsore ionico

L’unica opzione rimanente è quella di un propulsore ionico, che utilizza un elettromagnete per accelerare gli ioni (particelle cariche) e spingerli. Quindi, la propulsione del dispositivo è generata dalla spinta degli ioni. Questo potrebbe funzionare a patto che Stark abbia un’enorme riserva di ioni nella sua tuta e un propulsore ionico estremamente potente: una spinta tipica di un tale motore equivale a 50-250 millinewton, che è bassa quanto la forza di soffiare con la tua bocca!
Ci vorrebbero circa 4000 propulsori ionici per sollevare un uomo di 100 kg, senza alcuna corazza e senza le 500 tonnellate di carburante ionico che sarebbero necessarie a tutti questi propulsori.
L’ipotesi dell’utilizzo di un propulsore ionico non è quindi plausibile. Funzionano solo nello spazio, dove non c’è resistenza dell’aria: la spinta potrebbe essere molto bassa, ma se alimentata abbastanza a lungo, accumula la velocità e dopo alcuni giorni la navicella si muove a velocità letteralmente astronomiche.

L’alimentazione

Il problema, tuttavia, è l’energia necessaria per il volo sostenuto. Non solo volare in giro costa una notevole quantità di energia, ma anche la tuta stessa. Il computer con cui Stark parla (Jarvis) deve costantemente utilizzare tonnellate di energia oltre a quella necessaria per far muovere l’armatura. Una versione reale dell’armatura di Iron Man richiederebbe più energia di quella che può produrre una centrale nucleare. Ma le tecnologie di oggi non sono sicuramente a quel livello di complessità ed efficienza. Tanto è vero che lui utilizza come fonte di energia un reattore Arc, un reattore nucleare a fusione fredda, che abbiamo già trattato in un precedente articolo.

Considerazioni finali

Detto questo, la forza richiesta per dare sollevamento a un oggetto di diverse centinaia di libbre sarebbe considerevole. Con l’equazione F=ma, sappiamo che per accelerare l’oggetto la forza dovrebbe essere più forte. Di conseguenza, con il progredire del volo, l’accelerazione dovrebbe essere ancora continua se non più forte. Dato che l’energia che la tuta richiede è enorme e considerando la legge di conservazione dell’energia (nessuna energia può essere prodotta o distrutta), non è possibile avere abbastanza energia da produrre/convertire per l’uso dell’armatura.
Concludendo, la propulsione dell’armatura di Iron Man come viene fissata nei film rimane un mistero per la scienza, ma non ancora per molto. Infatti Adam Savage qualche anno fa, ha creato un prototipo funzionante dell’armatura formata da quattro minisuperturboreattori.

Conclusioni

I film sui supereroi ci hanno fatto e continueranno a farci sognare e ad essere fonte di ispirazione per la scienza. È solo questione di tempo che tutto ciò che non è ancora realtà, lo diventi.

Ogni grande progresso scientifico è scaturito da una nuova audace immaginazione.

 

Gabriele Galletta