Fuochi d’artificio: reazioni colorate, moti accelerati

di Dante Iagrossi. I fuochi artificiali, con le loro ardite traiettorie, strisce luminescenti, multicolori e fragorose, riempiono allegramente le gelide notti invernali… Ma sono anche espressioni evidenti e suggestive di varie leggi chimiche e fisiche.

Fondamentalmente, si tratta di reazioni chimiche esotermiche, che avvengono cioè con rilascio di energia, sotto forma di luce e calore, ma anche con rumori particolari, a partire da polveri, in cui sono presenti vari composti, ognuno scelto con obiettivo preciso di colori ed effetti strutturali. Il composto basilare è la polvere nera, fatta di Potassio, carbonella, Zolfo, che al contrario di certi combustibili abituali, come legna, benzina e carta, non brucia tramite l’Ossigeno atmosferico, ma per certi ossidanti solidi, con produzione di vari gas, che causano espansione e fumi. Essa, racchiusa in un involucro di cartone spesso, come altre miscele esplosive costituisce la parte centrale, a cui seguono molte palline, sia di polvere nera che di altri composti chimici. Anche i suoni non sono casuali, ma prodotti da particolari acidi organici aggiunti, come il gallico e il pirico.

I bellissimi colori vengono dal riscaldamento di diversi metalli, il rosso dal Litio, il giallo arancione dal Sodio, il verde dal Bario, il blu verdastro dal Rame. Ciò dipende dal fatto che negli atomi sottoposti a riscaldamento, gli elettroni passano a livelli di energie più alte, ma poi ritornano a quelli iniziali, emettendo luci di vari colori. Inoltre altre sostanze metalliche, contenenti l’Alluminio, l’Antimonio, il Magnesio, il Titanio e lo Zinco col surriscaldamento servono a rendere i fuochi molto brillanti.

Notevoli anche gli aspetti fisici, che consentono la visualizzazione spettacolare di precise leggi cinematiche. Nella prima metà del ‘600, Galileo studiò in particolare i moti accelerati dei corpi in caduta libera e lungo piani inclinati. Scoprì tra l’altro che, a parità di altezza, essi arrivano a terra con la stessa velocità, mentre i tempi sono diversi, proporzionali alla lunghezze del piano. I frammenti che cadono, dotati di moto accelerato, avendo lo spazio percorso che dipende dal quadrato del tempo impiegato, percorrono traiettorie paraboliche; inoltre essi si vedono tutti nella stessa circonferenza di cerchi sempre maggiori, costituendo così una sfera che si va sempre più ampliando, sino alla caduta a terra.

Moto parabolico

In conclusione, dal meraviglioso spettacolo dei fuochi artificiali, alcuni davvero sorprendenti, con effetti insoliti, possiamo imparare molto anche sul piano scientifico e vedere così la realizzazione concreta di formule e leggi che altrimenti parrebbero piuttosto astratte e lontane dal contesto reale. Purtroppo ogni anno con i botti di capodanno si verificano casi di persone gravemente ferite, di cui alcune che restano menomate per sempre, a causa di superficialità e mancanza di distanze opportune. Meglio godersi i fuochi d’artificio da lontano, affidati a persone esperte e scrupolose. Crediti fotografici: Corriere.it/ pilloledichimica.it/ youmath.it . Dante Iagrossi

Satelliti al centro dei conflitti spaziali

In passato in questo blog mi sono già occupato di spazzatura spaziale: Vega, vettore spaziale italiano; spazzatura spaziale e collisioni in orbita. Ultimamente, ai vecchi satelliti in orbita ma non più funzionanti, si è aggiunta spazzatura provocata di proposito da specifici esperimenti di alcuni Paesi. Nel 2007 la Cina ha distrutto un proprio satellite che era in orbita, non si sa se perché mal funzionante o per dimostrare la capacità di colpire anche grandi oggetti nell’orbita terrestre. Lo scorso 15 novembre 2021 la Russia ha sperimentato una propria arma antisatellitare, mirando, colpendo e distruggendo un suo satellite non più operativo. L’impatto e la conseguente esplosione hanno provocato la formazione di migliaia di frammenti di varie dimensioni che rimarranno in orbita per molti anni, aumentando i rifiuti spaziali pericolosi. Infatti basta un frammento anche piccolo per mettere fuori uso un satellite costosissimo, lanciato in orbita dopo anni di studi. La stessa Stazione Spaziale Internazionale, alla quale partecipano anche i Russi, pochi mesi fa ha dovuto “manovrare” per modificare la sua traiettoria ed evitare proprio i resti del satellite cinese distrutto quasi quindici anni fa.

I più preoccupati del continuo aumento della spazzatura spaziale sono gli Stati Uniti, perché proprietari di oltre la metà dei satelliti artificiali funzionanti in orbita terrestre. Anche per questo e per motivi militari, oltre a criticare aspramente l’esperimento russo del 15 novembre, gli USA hanno aumentato le risorse economiche e umane per rendere più sicuri i propri satelliti, meno vulnerabili in caso di conflitto.

Secondo l’Union of concerned scientist, in orbita ci sono almeno 2.500 satelliti funzionanti, oltre ad alcune migliaia ormai fuori uso. I principali Paesi proprietari di questi satelliti sono indicati nel grafico.

Fonte dai dati: Union of concerned scientist

In orbita, al di fuori della bassa atmosfera, c’è un’assenza di regole che sta portando a nuovi conflitti che si aggiungono a quelli già numerosi presenti sulla terraferma, nei mari e negli oceani. Ad esempio, nel gennaio del 2020, le cronache riportano di due veicoli spaziali russi, senza equipaggio che si sono avvicinati a 640 km circa d’altezza al satellite di “ricognizione” Usa-245, provvisto di sofisticati e costosi sistemi di cattura immagini. I satelliti russi seguivano e spiavano a loro volta il satellite-spia americano! Sopra le nostre teste, a centinaia di km d’altezza, sono in atto vere e proprie prove di “guerre spaziali”, purtroppo.

Fonte dai dati: Union of concerned scientist

Eppure l’abbattimento di satelliti di Paesi avversari nella competizione economica, geopolitica e tecnologia sarebbe un grave danno per tutti, oltre ad innescare conflitti anche sulla superficie del nostro Pianeta. Infatti, sempre secondo i dati dell’Union of concerned scientist, oltre la metà dei satelliti artificiali hanno scopi commerciali anche se sono numerosi quelli governativi e quelli per scopi strettamente militari. Ma questo alle grandi potenze importa relativamente, mosse e contromosse spaziali sono in atto da tempo e noi comuni cittadini ne sappiamo ben poco. Sono tanti i segreti custoditi dalle varie parti che si contendono il dominio dell’economia, delle risorse (tra cui il litio e altri metalli, terre rare, indispensabili per i dispositivi tecnologici), il controllo delle aree geopolitiche strategiche e dei commerci.

In queste mosse e contromosse, ciascuna superpotenza cerca di capire fino a che punto può consentire l’avvicinamento di un satellite avversario a quelli propri. Questi argomenti sono trattati e approfonditi dalla docente della marina statunitense, Joan Johnson Freese, autrice tra l’altro del volume Space warfare in the 21st century (La guerra spaziale nel ventunesimo secolo).