Perchè i fili delle cuffie del cellulare si intrecciano e i cavi del pc si aggrovigliano sempre?

Trovare i fili delle cuffie ,del cellulare o del vostro lettore mp3, intrecciati è una esperienza che prima o poi capita a tutti. Per quale oscuro maleficio i fili tendono a intrecciarsi in una maniera che più ingarbugliata non si può? La scienza ci può aiutare a capire il perchè avviene questo increscioso evento.

Foto di cavi intrecciati

Per comprendere l’argomento avrete bisogno di alcuni concetti di Fisica che possono risultare non subito chiari, ma proveremo ad introdurli nel discorso in modo da permettere a tutti di comprendere questo breve articolo. Iniziamo dalla definizione disistema fisico‘. In Fisica si definisce sistema, una porzione di spazio delimitato di cui si intende studiarne le proprietà, un sistema ad esempio potrebbe essere composto da un insieme di elementi generalmente delle masse (oggetti) dentro un contenitore, oppure il contenuto di una bombola di gas che per l’appunto delimita in uno spazio le molecole di un gas.

Una particolare branca della Fisica che prenderemo in considerazione per la nostra spiegazione è la Termodinamica che si occupa dello studio dei processi fisici dal punto di vista energetico. Ogni sistema è caratterizzato da una energia che è data dalla somma dei diversi tipi di energia presenti nel sistema. Il sistema scambia con l’ambiente circostante esterno l’energia mediante il calore e il lavoro. Lo stato di un sistema è l’insieme delle proprietà fisiche (le variabili) che descrivono il sistema ad un determinato tempo e livello di energia, un sistema può quindi assumere diversi stati al variare delle grandezze fisiche nel tempo.

Definiamo lequilibrio termodinamico come lo stato in cui il sistema si trova in un equilibrio meccanico (la somma delle forze è 0), termico (tutte le parti che compongono il sistema si trovano alla stessa temperatura) e chimico (quando non si verificano reazioni chimiche) e ha quindi la minima energia.

Definiamo infine la multistabilità come uno stato di stabilità che però non è quello a minima energia assoluta (equilibrio termodinamico).

Prendiamo un esempio legato alla vita di tutti i giorni che chiarirà meglio questi concetti. Pensate alla pentola che usate per cucinare la pasta, supponiamo che sia piena d’acqua e lasciata per ore sul tavolo, una pentola con dell’acqua rappresenta un “sistema” infatti le molecole che formano l’acqua sono circoscritte in uno spazio delimitato. Questo sistema (detto aperto, in quanto può scambiare con l’ambiente esterno materia ed energia) sarà in equilibrio con l’ambiente circostante e avrà una certa energia (minima essendo in equilibrio termodinamico), se poniamo la pentola sul fuoco verrà trasferita dell’energia all’acqua che inizierà a bollire, il sistema sarà in uno stato di energia maggiore al precedente. Lo stato che descrive il sistema è formato dalla misura delle proprietà fisiche “temperatura” e “pressione” ad un dato tempo.

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Fatta questa lunga introduzione avete ora a disposizione gli strumenti per comprendere il perchè i fili si intrecciano.  La risposta è tratta dal documento “Ordine,Caos e Complessità” del professore di fisica Enrico Santamato l’Università degli Studi di Napoli Federico II

Consideriamo l’insieme dei fili su un tavolo come un sistema fisico.

I fili che collegano il PC alla stampante, al monitor e alle altre periferiche hanno un minimo di energia gravitazionale quando poggiano tutti sul tavolo senza sovrapporsi l’un l’altro. Eppure sappiamo bene che questi cavi sono perennemente intrecciati e quanta fatica ci vuole per districarli. Il motivo per cui i fili tendono ad intrecciarsi è che l’insieme degli stati a fili intrecciati è molto più numeroso (tali stati intrecciati sono molto più probabili) che l’insieme degli stati, di minima energia con tutti i fili posti a contatto del tavolo. Poiché gli stati a fili intrecciati non corrispondono al minimo assoluto dell’energia gravitazionale, essi sono stati di equilibrio metastabile. Se si facesse vibrare il tavolo con intensità sufficiente, i fili tenderebbero a cadere man mano verso il tavolo fino a districarsi. Questo principio è lo stesso che usiamo quando agitiamo un sacco, poniamo, di noci per meglio assestarle. Nell’assestamento, le noci cadono mediamente verso il basso, diminuendo la loro energia potenziale gravitazionale.

Bibliografia:

http://www.didichim.org/download/Villani2_Lettura%20guidata.pdf

http://www.news.unina.it/doc/santamato.pdf

http://aulascienze.scuola.zanichelli.it/esperto-fisica/2012/04/05/cos-un-sist…

http://dcssi.istm.cnr.it/Carlucci/12_chimica.pdf

http://online.scuola.zanichelli.it/amaldi-files/Cap_15/PrincipioZeroTermodina…

http://www.torinoscienza.it/eventi/metastabilita_nei_materiali_relazione_tra_…

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