Ritratti: Wilhelm Lenz

Il contributo più importante alla fisica di Wilhelm Lenz è un modello che è, per lo più, ricordato con il nome di un suo studente: il modello di Ising. Su questa faccenda tornerò più avanti, almeno per quel poco che se ne può sapere. Sta di fatto che, come fisico teorico, i suoi contributi sono andati in particolare nei campi della teoria atomica e della fisica dello stato solido, il tutto all'interno del paradigma della meccanica quantistica⁽¹⁾.

La carriera

Wilhelm Lenz - via Università di Amburgo

Nato l'8 febbraio del 1888 a Francoforte, in Germania, Lenz studiò presso la Klinger-Oberralschule, una scuola secondaria della sua città natale, dalla quale uscì nel 1906, per poi proseguire gli studi presso l'Università di Gottinga⁽²⁾, dove studò matematica e fisica⁽¹⁾.
Dal 1908 al 1911 si trasferì a Monaco, dove conseguì il dottorato sotto la supervisione di Arnold Sommerfeld, di cui divenne l'assistente per i nove anni successivi⁽¹⁾, diventando Privatdozent il 4 aprile 1914. Giusto in tempo prima di venire arruolato come operatore radiofonico in Francia nel corso della prima guerra mondiale⁽²⁾.
L'1 dicembre del 1920 ottenne il ruolo di professore straordinario presso l'Università di Rostock, che lasciò nel corso del 1921 dopo aver ottenuto il ruolo di professore ordinario di fisica teorica presso l'Università di Amburgo. Ruolo che mantenne fino al pensionamento, avvenuto nel 1956⁽²⁾.
Tra i suoi studenti si contano fisici del calibro di Wolfgang Pauli, Ernst Jordan, Ernst Ising e Albrecht Unsöld. Quest'ultimo, dopo essersi specializzato nella spettroscopia stellare, è diventato uno dei più importanti astrofisici tedeschi⁽¹⁾.

Il volo degli uccelli

Soprattutto durante il periodo delle migrazioni, in posti dove la civiltà non è ancora così invasiva, è possibile alzando gli occhi verso il cielo osservare stromi di uccelli muoversi in una formazione ricca di individui ma abbastanza regolare. Qualcosa tipo questo:

che magari può diventare questo

Il gelato del giovane Mpemba e i superpoteri dell'acqua

Quando fa caldo, come ad esempio in questo periodo, può essere una buona idea mangiare una granita o un gelato, magari artigianale. E magari qualcuno potrebbe decidere di farselo da se, riscoprendo un effetto noto già ad Aristotele e però oggi chiamato effetto Mpemba dal nome dello studente della Magamba Secondary School, Erasto Mpemba, in Tanganyika (Tanzania), che lo osservò nel 1963 durante un compito scolastico che prevedeva proprio la preparazione di una vaschetta di gelato!
Non è difficile immaginare il giovane Mpemba che, in ritardo rispetto ai suoi compagni, mettendo il composto ancora caldo nel congelatore, un po' perplesso si accorse che il suo gelato si era indurito prima di quello dei suoi compagni, che invece avevano iniziato il raffreddamento di un prodotto a una temperatura più bassa. L'effetto Mpemba, che venne descritto dallo studente in un articolo del 1969 scritto insieme a Denis Osborne⁽¹⁾, è dunque l'effetto per cui l'acqua calda, sotto opportune condizioni, si raffredda prima di quella fredda. Quali siano queste condizioni e quindi perché avvenga tale effetto non sembra ancora chiaro⁽²⁾; ciò che è certo, però, è che l'esperimento può essere ripetuto ancora oggi e sempre in una classe di una scuola superiore, proprio comeha fatto Concetto Giannino alla Quintino Cataudella di Scicli.
Lo studio dell'effetto nasce all'interno di un progetto che Concetto ha portato avanti, nel 2004, nella sua scuola, denominato progetto Marliani-Mpemba, che si è sviluppato nei punti seguenti:

• uso di strumenti d'interazione asincrona (e-mail e mailing list) e sincrona (chat) in internet;
• compiere ricerca in rete tramite i motori di ricerca;
• lavorare in un ambiente web aperto e condiviso da più utenti;
• costruire un CD ipertestuale con la raccolta dei documenti multimediali prodotti;
• applicare il metodo scientifico in un caso concreto di ricerca;
• riprodurre sperimentalmente il fenomeno del superaffreddamento;
• preparare una miscela frigorifera NaCl-ghiaccio e capire il processo di raffreddamento prodotto dall'aggiunta di sale nel ghiaccio;
• meccanismi che innescano la solidificazione;
• ruolo dell'evaporazione nel raffreddamento di un liquido;
• comprendere l'effetto Mpemba.

In poche parole un progetto completo, che unisce le potenzialità fornite dalla tecnologia di rete e non solo per fornire ai ragazzi un modo alternativo per imparare la fisica da una parte e farsi un'idea di cosa vuol dire fare ricerca in laboratorio dall'altra. Al di là delle connessioni con il mondo dell'insegnamento e dell'e-learning, di tutti i punti sopra indicati, mi soffermerò sul superraffrddamento o supercongelamento dell'acqua.

Nell'immagine qui sopra vedete il congelamento istantaneo dell'acqua superraffreddata non appena viene inserito nella provetta un piccolo pezzo di ghiaccio. Vediamo ora come ottenere l'acqua superraffreddata: basta mettere in una provetta dell'acqua distillata e quindi in un freezer⁽⁶⁾.