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Titolo: Comportamenti magnetici

Abbiamo una spira di corrente disposta ad una certa altezza dal terreno
disposta parallelamente ad esso (cioè con asse verticale).
Al di sopra della spira viene fatta cadere una pallina di materiale ferroso
che passa dentro la spira e poi ne esce per finire sul terreno.
La velocità con cui tale pallina tocca terra è uguale a quella che avrebbe
se la spira non vi fosse oppure il passaggio attaverso la spira costituisce
una specie di attrito?

Sb ha scritto:

E' sicuramente minore, per piu' ragioni.
1. La pallina si avvicina alla spira e poi si riallontana: quindi si
magnetizza e poi si smagnetizza (se 'e di ferro dolce).
In questo processo viene dissipata energia per isteresi nella pallina.
2. La pallina e' conduttrice, e attraversando un campo magnetico viene
percorsa da correnti indotte (le cosiddette "correnti parassite").
Dato che la pallina ha certo una conducibilita' finita, le correnti
dissipano energia per effetto Joule.
3. La pallina si magnetizza (diventa un magnete) e quindi induce una
corrente addizionale nella spira.
Qui le cose si complicano un po', perche' non sappiamo *come* viene
mantenuta la corrente nella spira: forse con una pila (generatore di
f.e.m. costante)?
In questo caso la corrente indotta agisce anche sulla pila, e i
calcolo e' meno banale; ma il risultato e' che c'e' sempre una
dissipazione di energia addizionale.
Alla fine, in tutti i casi l'energia viene dissipata a spese
dell'energia cinetica della pallina.
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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Sb ha scritto:
 > ...
 > ... però credo sarebbe più corretto impostare il ragionamento in
 > modo un po' diverso.
 >
 > Il ragionamento di E. Fabbri è: "ci sono delle dissipazioni di energia
 > che vanno a carico dell'energia cinetica della pallina, dovendo
 > rimanere immutata l'energia complessiva" ragionamento certamente
 > corretto. Io credo però che la perdita di velocità della pallina possa
 > derivare solo dalle forze che agiscono sulla pallina e quindi sono
 > queste forze da investigare. La conservazione dell'energia sarà solo
 > una conseguenza delle trasformazioni che si svolgono, conseguenza che
 > possiamo stabilire solo a posteriori.
Premessa: sebbene questo post porti la data del 12, io l'ho visto
solo ieri. Non so da che dipenda, ma lo stesso e' capitato anche per
altri post.
La questione di che cosa sia "piu' corretto" puo' essere materia di
ampia discussione.
Sicuramente il 20-mo secolo ha visto uno spostamento di peso nella
fisica dalle forze all'energia: addirittura in m.q. il concetto di
forza non esiste, e anche in relativita' generale la forza di gravita'
e' "abolita".
Ma anche restando alla fisica classica, gli argomenti basati su
leggi di conservazione sono oggi considerati piu' potenti e profondi;
non credo che molti fisici concorderebbero nell'asserzione
 > La conservazione dell'energia sarà solo
 > una conseguenza delle trasformazioni che si svolgono
trasformazioni nelle quali, se capisco bene, il ruolo primario debbono
averlo le forze.
Nella visione piu' pragmatica, diremo che sono aprocci equivalenti, e
si adotta l'uno o l'altro a seconda di quale ci porta piu' rapidamente e
facilmente al risultato cercato.
 > Riprendo i punti
 > ...
 > Calcolando le energie connesse a queste forze (cosa che io non so fare
 > e comunque credo oggettivamente difficile) si scoprirebbe che
 > l'energia complessiva del sistema si conserva.
Certo, a patto di tener conto dell'energia dissipata in calore.
E questo nell'ambito dell'elettromagnetismo classico _e' un teorema_.
Lo sottolineo per dopo.
 > Io credo che non sia indifferente usare questo procediemento piuttosto
 > che quello indicato da E. Fabbri, dal momento che il principio di
 > conservazione dell'energia non è "necessario", non è stato cioè
 > dimostrato che esso è necessariamente valido sempre e comunque, ma
 > potrebbe astrattamente esistere qualche fenomeno in cui l'energia non
 > si conserva e quindi questo va verificato a posteriori (anche se
 > naturalmente è altamente improbabile che l'energia aumenti o
 > diminuisca, soprattutto in fenomeni così semplici).
Non sono d'accordo: nella fisica che conosciamo la conservazione
dell'energia e' una legge *necessaria*.
In primo luogo perche' e' un teorema, come ho notato sopra.
Poi perche' ha un significato profondo, connesso la "stabilita'" delle
leggi fisiche rispetto a traslazioni nel tempo (la fisica domani e' la
stessa di oggi).
 > Mi risulta, tra l'altro, di un qualche fenomeno transitorio, nella
 > fisica delle particelle, nel corso del quale l'energia dapprima
 > diminuisce per poi ritornare al livello iniziale. Mi dispiace non
 > poter essere più preciso (ma quelli più bravi di me avranno subito
 > capito di cosa si tratta) però la cosa era importante proprio perchè
 > dimostrava una (sia pur limitata e circoscritta) invalidità proprio
 > della conservazione dell'energia.
Anche questo non e' vero!
L'energia si conserva _rigorosamente_ anche in m.q.
Quella che puo' non conservarsi (ed e' anche ovvio) e' solo una
"parte" dell'energia, quella in cui si trascura l'interazione fra le
particelle che partecipano alla reazione.
Comunque non mi sembra un argomento rilevante, visto che nei fenomeni
di cui si parlava la m.q. non gioca alcun ruolo.
P.S. Il mio cognome si scive con una sola "b".
Visto che lo indico per esteso, mi piacerebbe che venisse riportato
esattamente. Grazie.


 esattamente. Grazie.
Prendo nota e chiedo scusa.

 leggi di conservazione sono oggi considerati piu' potenti e profondi;
Tempo fa chiesi in che modo si poteva fare uno "schema delle forze"
per spiegare la <forza risultante verso l'alto> che si ha deformando
la superficie di un fluido verso l'interno (il classico caso
dell'insetto che cammina sull'acqua) e tu mi rispondesti:
"In casi del genere la via d'uscita sta nel cercare un approccio piu'
globale, in termini di energia.
Per portare una molecola in superficie occore fare lavoro ... (snip)"
la risposta (e la domanda) completa è qua:
http://groups.google.it/groups?hl=it&lr=&ie=UTF-8&frame=right&th=4894cb2eaed5096e&seekm=ad7aff87.0306221305.649ccefe%40posting.google.com#link2
leggendo questo post mi è tornata a mente la tua spiegazione, che mi è
stata sempre fornita anche dalle altre persone competenti a cui ho
posto lo stesso quesito.. credi (ovviamente rivolgo la domanda a
tutti) che non ci sia realmente una spiegazione in termini di "somma
di forze" del fenomeno?
Scusate se cambio argomento in-thread.. ma questa domanda è un pallino
che vorrei togliermi una volta per tutte..
Grazie
Davide (2° anno fisica)


No, il principio di Heisenberg non viola la conservazione dell'energia. 
In certe operazioni matematiche nella teoria dei campi si permette 
all'energia di non conservarsi, ma e' solo un artificio che scompare 
quando dal calcolo si ottengono le quantta' osservabili. In altre 
parole, non esistono situazioni fisicamente realizzabili (nei sistemi 
isolati) in cui l'energia non si conserva. Penso che la cosmologia sia 
una possibile eccezione, am passo la palla a chi ne sa di piu'.
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia

 isolati) in cui l'energia non si conserva.
Per quello che ricordo la cosa veniva descritta proprio come una scomparsa
FISICA dell'energia, non come un artificio matematico, altriemnti non
avrebbe avuto senso in quel tipo di lezione.  Forse ho una cassetta con
quella lezione, proverò a controllare.


Concordo in pieno. Si puo' semplificare, non barare.


 di forze" del fenomeno?
...
Ciao Davide, vedo che la tua domanda e' rimasta senza risposta.
Direi che sicuramente la descrizione in termini di energia e' 
traducibile in una descrizione in termini di somma delle forze.
Naturalmente, sia in termini di energia che di forze occorre 
preliminarmente decidere quale e' il livello di descrizione del problema.
Per spiegare gli insetti che camminano e' in gran parte sufficiente una 
descrizione in termini di continuo: la superficie dell' acqua viene 
considerata come una membrana elastica  piana all' equilibrio. Se questa 
viene deformata localmente dalla zampa dell' insetto che spinge in giu' 
la tensione superficiale su ogni elementino deformato avra' una 
componente ortogonale alla superficie (verso l' alto) che si oppone ad 
un ulteriore deformazione della stessa (non so se ti e' familiare il 
concetto di tensione di una superficie elastica). Quindi, almeno entro i 
limiti di validita' del modello elastico la descrizione in termini di 
forze e' tranquilla.
Naturalmente c'e' un livello piu' complesso di descrizione che e' quello 
molecolare. Questo interviene sia quando si vuol ricavare la tensione 
interfacciale acqua-aria e aqua-zampa da un modello delle interazioni 
molecolari, sia quando di vuole indagare sui motivi per un limite di 
validita' del modello elastico (se l' insetto pesasse troppo o se la 
tensione interfacciale tra acqua e zampe fosse inadeguata, la membrana 
superficiale si romperebbe e il tapino  affogherebbe!).
Non penare pero' che queste poche righe esaurisacno un argomento 
affascinante e complesso come quello del moto degli insetti sull' acqua:
dopo aver capito la base del sostentamento, occorre anche capire come 
fanno a muoversi. Qui le cose cominciano a diventare abbastanza piu' 
complesse e sono tuttora materia di studio. Un' idea dell' attuale 
livello di comprensione la puoi avere dalla pagina seguente:
http://www-math.mit.edu/~dhu/Press/MIT%20leaps%20to%20solution%20of%20walking-on-water%20mystery.htm
Giorgio

Sb ha scritto:
 > ...
 > Era una lezioncina tenuta dal prof. Piazzoli durante un convegno del
 > Cicap.
 > Mi pare che c'entrasse in qualche modo Eisenberg (ma su questo potrei
 > sbagliare).
Questo e' plausibile, perche' da quello che capisco il discorso doveva
vertere appunto sul primcipio d'indeterminazione (applicato
all'energia).
 > Piazzoli diceva testualmente "č il primo colpo inferto al principio di
 > conservazione dell'energia" (di questo invece sono sicuro). Ed
 > effettivamente, per come veniva illustrato, l'esperimento produceva
 > risultati davvero significativi. Se poi Piazzoli dice bugie o chi ha
 > fatto l'esperimento ha sbagliato i calcoli non lo so. Piů di questo
 > non so dire.
Non conosco Piazzoli di persona, ma solo di nome.
D'altra parte una "lezioncina" al Cicap forse non era la sede piu'
adatta per discorso preciso, e quando si scivola nel divulgativo non
di rado si dicono cose che sarebbe meglio non dire...
Come ho gia' detto, l'energia si conserva *esattamente*, anche in m.q.
Spero che Piazzoli non abbia detto il contrario, perche' e' un errore
bello e buono.
E' vero che nella storia della m.q. c'e' stato un momento in cui sono
state avanzate ipotesi di non conservazione (da personaggi di primo
piano: Bohr, Kramers, Slater) ma poi sono rientrate.
Quanto all'applicazione dell'indeterminazione per energia-tempo, e'
questione assai sottile, e non posso entrare in maggiori dettagli; non
so se qualcun altro vorrra' intervenire...


 Se intendi il magnetismo in generale, e' una questione diversa.
Ora si apre un'altra voragine..... Io ho sempre sentito parlare solo di
magnetismo della materia. C'è un altro imbroglio in agguato?

Davide Venturelli ha scritto:
 > leggendo questo post mi č tornata a mente la tua spiegazione, che mi č
 > stata sempre fornita anche dalle altre persone competenti a cui ho
 > posto lo stesso quesito.. credi (ovviamente rivolgo la domanda a
 > tutti) che non ci sia realmente una spiegazione in termini di "somma
 > di forze" del fenomeno?
Scusa se non ho risposto prima, ma per le solite misteriose ragioni, il
tuo post a me e' apparso con enorme ritardo.
Giorgio Pastore ha scritto:
 > Naturalmente, sia in termini di energia che di forze occorre
 > preliminarmente decidere quale e' il livello di descrizione del
 > problema.
Questa e' un'osservazione sacrosanta, che specialmente chi sta alle
pirme armi facilmente dimentica...
 > Per spiegare gli insetti che camminano e' in gran parte sufficiente
 > una descrizione in termini di continuo: la superficie dell' acqua
 > viene considerata come una membrana elastica piana all' equilibrio.
 > ...
 > (se l' insetto pesasse troppo o se la tensione interfacciale tra
 > acqua e zampe fosse inadeguata, la membrana superficiale si romperebbe
 > e il tapino affogherebbe!).
Ecco, pero' a me pare che il modello elastico abbia un grave difetto:
a chi non sappia come stanno le cose, suggerisce che la tensione
cresca con la deformazione, il che non e'.
Basta pensare all'esempio di un palloncino di gomma: man mano che lo
si gonfia occorre fare un sforzo sempre maggiore, e se si misurasse la
pressione dell'aria interna, si troverebbe che cresce.
Invece con le bolle di sapone succede tutto il contrario: e' noto il
giochetto delle due bolle collegate da un tubicino: quella piccola si
riduce, e quella grande cresce, il che dimostra che li' la pressione
va al rovescio: e' piu' grande nella bolla piu' piccola.
Ma tornando alla tensione superficiale, questa non dipende dall'area
dell'interfaccia: su ogni elemento del contorno agisce sempre una
forza costante, che e' appunto la t. superf., definita come "forza per
unita' di lunghezza".
La cosa si spiega facilmente in termini di energia, come forse avevo
gia' detto: se si aumenta l'area, si amumenta proporzionalmente
l'energia d'interfaccia; per questo aumento occorre un lavoro che e'
proporzionale allo spostamento del bordo, quindi la forza e' costante.
Quello che dice Giorgio e' ovviamente corretto: se la superficie e'
curva, la forze al bordo hanno una componente (verso l'alto, nel caso
dell'insetto) che puo' compensare il peso dell'insetto.
Invece non direi mai che "la membrana superficiale si rompe"! In
effetti *non si rompe mai*, e questa e' una differenza essenziale
rispetto alla membrana elastica. Non c'e' un "carico di rottura"...
Pensate a un caso semplice: una pallina pesante che "non si bagna",
per es. di polietilene (opprtunamente appensantita, in modo da farle
avere una densita' media maggiore dell'acqua).
Proprio perche' la forza e' costante, la massima componente verso
l'alto si ha quando il bordo della porzione di superficie dove l'acqua
e' a contatto con la pallina forma una semisfera, perche' allora la
forza e' verticale.
La forza totale e' allora 2*pi*r*tau, e se questa e' minore di mg, non
si puo' avere equilibrio.
A parita' di densita', m va come r^3, quindi e' chiaro che c'e' un
raggio massimo perche' una pallina possa essere sorretta dalla t.
superficiale.
Se si supera questo raggio, che cosa succede? La pallina affonda, la
"membrana", anziche' strapparsi, si chiude sulla pallina, per cui la
risultante della t. sup. diventa nulla.
A quel punto la pallina affonda, e l'interfaccia si e' divisa in due
(strappata?): una circonda completamente la pallina, e l'altra
ridiventa piana, alla superficie libera dell'acqua.
Tornando al discorso "forza o energia?" consiglio comunque a Davide di
abituarsi al piu' presto a ragionare con l'energia, perche' - come ho
gia' scritto - nella fisica oggi ha carattere piu' fondamentale, senza
contare che in molti casi e' piu' semplice...



Nessun imbroglio, e' solo che campi magnetici si possono generare anche 
al di fuori della materia condensata. Una particella carica che si muove 
genera un campo magnetico. Vedila come un pezzettino di corrente elettrica.


 contare che in molti casi e' piu' semplice...
Ok, ma in termini di energia globale del sistema ho compreso la
spiegazione, pero' se "freezo" il sistema e voglio capire quali sono
le forze in gioco.. non capisco molto bene.
Ma forse ho trovato la via d'uscita... devo considerare la reazione
vincolare dovuta all'incompressibilità del fluido sottostante alle
molecole sui bordi della buca.. che quindi non possono cadere per via
del loro peso e hanno una risultante verso il centro di curvatura
della cavità... prima pensavo solo a forze intermolecolari attrattive
e consideravo inconsciamente la possibilità delle molecole di
superficie di abbassarsi "compenetrando"..
Ciao e grazie,
Davide