martedì 15 gennaio 2013

Neve a Tokyo, catenarie e valanghe

Il 14 gennaio Tokyo e buona parte del Kanto sono state interessate da una furiosa quanto splendida nevicata. Fortunatamente la giornata era festiva (in onore dei giovani che diventano maggiorenni) e quindi il traffico ed i ritardi pomeridiani dei treni non hanno avuto grosse conseguenze. 
Al Riken (prefettura di Saitama), dove ho incontrato vari colleghi provenienti dall'estero, ha nevicato per  quasi tutto il giorno.  Il peso della neve accumulatasi in uno dei muri di fronte ha cominciato a farla piegare su se stessa.
Catenaria 'aliena'

 La forma a festone mostrata in foto è quella di una catenaria, ossia quella di una catena (o un festone, appunto) appesa per le estremità (La pagina di wikipedia ha degli splendidi esempi e foto).
Ciascun elemento, finito e pari all'anello della catena, o infinitesimo e corrispondente ai cristalli di neve, è attratto verso il basso e vincolato dagli elementi vicini. La forma sembra quella di una parabola ma  solo per segmenti corti: per catene lunghe la differenza diventa marcata e la forma è quella di un coseno iperbolico (vedi sotto l'equazione da Wolfram Alpha) detta anche catenaria.


Forma a catenaria in una valanga
di piccole dimensioni (da qui)
Questo è anche l'aspetto che hanno le valanghe di debole coesione, dette anche "a pera" per la loro form oblunga. Anche in questo caso è il peso della neve che si accumula su un piano inclinato e con basso attrito a deformare lo strato nevoso sino a provocare la slavina. Le valanghe possono avere varie forme e meccaniche di distacco, a seconda della stratificazione, delle modalità di accumulo dei cristalli e dei vari cicli termici.

Equazione della catenaria (da qui)

Altri due festoni di neve



venerdì 11 gennaio 2013

Passeggeri, Libero Arbitrio e fluidodinamica nelle stazioni giapponesi


La dinamica del movimento delle folle è molto simile a quella dei liquidi e dei gas. Soprattutto nei vagoni presi d'assalto durante ore di punta la sensazione di essere una minuta particella sballottata in una fiumana dotata di propria volontà è spesso difficile da scacciare. 
Se nei vagoni dei treni i passeggeri sono assimilabili ad un fluido compressibile all’inverosimile, il movimento nelle stazioni è meglio descritto dalla legge di Bernoulli (vedi in fondo). 
Essa tiene conto della pressione del liquido, e della conservazione del flusso, ossia della quantità di  particelle che passano ogni istante in una data area .
L'esempio più evidente è l'effetto Venturi: più si restringe la sezione del condotto in cui scorre un  un liquido o un gas,  più aumenta la  velocità del fluido. Ad esempio  stringendo l'estremità di un tubo per annaffiare l'acqua esce più veloecemente arrivando più lontano. 
Questa formula spiega ad esempio perché in cima alle montagne c'è quasi sempre un forte vento: la massa d’aria che si muove lentamente nelle valli viene bloccata dalla massicio ed è quindi costretta a scorrere più velocemente in vetta.  
Questa legge è valida anche per le automobili sulle autostrade, quando il numero di corsie diminuisce., ma descrive altrettanto bene il movimento dei passeggeri nelle affollate stazioni giapponesi. 

L’effetto è particolarmente evidente in prossimità di un  passaggio angusto od una scala mobile: la velocità delle persone, bassa  all’entrata del passaggio, aumenta considerevolmente una volta entrati nella strettoia o sulla scala mobile. Varcata la strettoia, le persone allungano  il passo talvolta sino quasi a correre. Questa potrebbe sembrare una decisione che ciascuno prende individualmente ed autonomamente, ma è piuttosto dettata dalla ‘pressione’, sia fisica che  psicologica, esercitata dai vicini e che fa  aumentare la propria velocità. (A questo proposito verrebbe da chiedersi se anche le particelle dell'aria credono di accelerare di loro iniziativa quando giungono in cima alla  montagna).

Questo spiega almeno in parte come la psicologia ed il comportamento delle folle, specialmente in situazioni di panico o emergenza, vada spesso contro ogni logica apparente del singolo, con risultati disastrosi e talvolta mortali.


Post precedenti sull'argomento:
Rush hour sul treno
Statistica e leggende 'metropolitane'


Appendice: le leggi di Benoulli e Venturi 

La legge di Bernoulli si applica per i gas incompressibili, ossia in cui la densità rimane costante.

{v^2 \over 2}+gz+{p\over\rho}=\text{constant}

E' una riformulazione della conservazione dell'energia: il primo termine è l'energia cinetica, il secondo quella potenziale ed il terzo è la forza esterna, in questo caso la pressione del fluido.
In caso di tubi orizzontali questa si semplifica nella legge di Venturi:

p + {1 \over 2} \rho v^2 = \mathrm{costante}

per cui se si passa da un'area A1>A2 la velocità v2>1 per conservare la portata e quindi la pressione P2 sarà minore di P1

mercoledì 9 gennaio 2013

La radioattività in Giappone: Aggiornamenti; Funghi, Firme radioattive e decontaminazioni 'sportive'



Radioattività ambientale.

The Asahi Shimbun
Foto dello smaltimento 'sportivo' del materiale radioattivo
(dal sito dell'Asahi shimbun)
A Tokyo la radioattività media è  un terzo di quella di Roma: 0.1 microSv/h contro 0.3microSv/h della nostra capitale. Il Cesio proveniente dai reattori di Fukushima è ancora rivelabile seppur in quantità molto basse. Lo strato di polveri sta venendo ricoperto da nuovi materiali non contaminati, per cui la radioattività al suolo sta lentamente diminuendo. Analogo discorso per la baia di Tokyo: se da un lato questa riceve ed accumula i fanghi contaminati dai fiumi che si immettono (in agosto 2012 i valori erano aumentati), dall'altro questo materiale viene rapidamente sommerso da nuovi depositi. In questo caso, non essendoci piante acquatiche con radici molto profonde, si presume (o si spera) che il  decremento sia più rapido che in superficie. 

Cibo e "Firma di Fukushima"

Allegato il rapporto mensile di una delle COOP giapponesi (le foto sono in fondo):
Al momento vi sono 326,000 campioni misurati dal governo, di cui 4,414 dalla COOP. 
Nessuno con valori misurabili a parte i soliti funghi con 20 Bq/kg (le banane hanno 125 Bq/kg di potassio 40). 
Come già accennato in precedenza, i rivelatori a ioduro di sodio (NaI) non sono in grado di discriminare tra l'isotopo 134 e quello 137 del Cesio. Questo può essere effettuato dai rivelatori a Germanio, più precisi ma più costosi. Ai fini della dose assorbita ed equivalente non vi è alcuna differenza tra i due isotopi, ma i loro diversi tempi di decadimento consentono di determinare se un dato campione sia contaminato da cesio di Fukushima o no. Nel caso di cesio 134 il tempo di dimezzamento è di due anni (ossia ogni due anni ne sparisce la metà) mentre nel cesio 137 è di 30. 


Funghi colpevolizzati

Non che ci sia alcuna differenza biologica tra gli effetti del cesio di Fukushima e quello pdi diversa origine, ma si tratta di una misura importante per comprendere modalità di diffusione ed eliminazione della radiazione.
Alti livelli di cesio sono spesso riscontrati nei funghi che, in virtù delle loro lunghe radici, filtrano grandi quanità di acqua e possono assorbire anche questo materiale.
Tuttavia gli alti livelli riscontrati nelle prefettura di Aomori sono da attribuirsi a cesio pre-Fukushima. Infatti il   professor Yasuyuki Muramatsu della Gakushuin University ha stabilito che in quei funghi non vi è cesio 134 e quindi l'origine deve esser antecedente all'incidente della centrale nucleare, presumibilmente ai passati test nucleari delle superpotenze. 

Decontaminazione.


Il processo di decontaminazione nella prefettura di Fukushima prosegue seppur lentamente e tra le proteste degli abitanti: lo scorso 4 gennaio, l'Asahi Shimbun ha rivelato che una parte del materiale radioattivo è stata semplicemente buttata nei fiumi o comunque non correttamente smaltita. Più di recente ha mostrato come le denunce dei residenti della prefettura siano state completamente ignorate dal governo.