Quesito per esperti

Il forum di Base5, dove è possibile postare problemi, quiz, indovinelli, rompicapo, enigmi e quant'altro riguardi la matematica ricreativa e oltre.

Moderatori: Gianfranco, Bruno

Pasquale
Livello 12
Livello 12
Messaggi: 2854
Iscritto il: mer mag 25, 2005 2:14 am

Quesito per esperti

Messaggio da Pasquale »

Secondo voi, il mare si trova allo stesso potenziale elettrico della terra oppure no?
Se una persona è immersa in mare, presumo che si trovi al suo stesso potenziale: in questo caso, se casca un fulmine in acqua, salvo che non caschi in testa alla persona, questa si prende la "scossa", oppure no? Perché ?
_________________

$\text { }$ciao Immagine ciao
E' la somma che fa il totale (Totò)

Jumpy94
Livello 4
Livello 4
Messaggi: 103
Iscritto il: dom ago 27, 2006 11:27 am
Località: Pietradefusi

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Jumpy94 »

Seppure non sono un'esperto, ritengo che il pontenziale del mare ( suppongo tu intenda compresi gli ocenai etc.. ) sia lo stesso delle terre emerse, perché se così non fosse dovrebbero esistere forti campi elettrostatici tra mare e terra, cosa che potrebbe certamente essere ossevata da semplici apparecchiature. Comunque sono certo del fatto che la superfice della terra sia con buonissimissima approssimazione equipotenziale. La domanda sui fulmini che " cascano " dal cielo mi sembra un pò ingenua, almeno nel modo in cui è stata posta. Quella dei fulmini è una questione delicata ed ancora misteriosa, per cui ancora non mi pronuncio e si dovrebbe meditare sopra per un pò.
CIAO...
Una vita senza ricerca
non è degna di essere vissuta.
Socrate

franco
Livello 9
Livello 9
Messaggi: 1439
Iscritto il: mar dic 12, 2006 12:57 pm
Località: Bèrghem (Sardegna)

Re: Quesito per esperti

Messaggio da franco »

Anch'io sono ben lungi da essere un esperto ma alla prima domanda mi sento di rispondere SI.
Se mare e terra fossero a potenziale elettrico differente dovremmo sentire la scossa tutte le volte che mettiamo la mano nell'acqua tenendo i piedi a terra e mi sento di dire che a fronte di prove sperimentali che ho portato avanti per ormai quasi 50 anni la cosa è da escludere.

Per quanto riguarda il secondo aspetto non escluderei il rischio di una "scossa" quando il fulmine, pur non colpendo direttamente il povero bagnante, cade nelle sue immediate vicinanze.
Penso che cariche elettriche si muovano radialmente dal punto di contatto nella massa d'acqua circostante all'interno della quale si genera quindi una differenza di potenziale. Se il bagnante è prossimo al punto di caduta del fulmine la differenza di potenziale fra il suo punto più vicino al fulmine (diciamo la mano sinistra) ed il punto più lontano (diciamo il piede destro) comporterà un passsaggio di corrente; bisogna vedere se l'amperaggio è abbastanza da poter essere percepito come una scossa. Consideranto che la resistività dell'acqua marina è estrememente bassa sono abbastanza propenso a credere che gli effetti sul bagnante siano trascurabili ma non voglio (ne posso) avventurarmi in calcoli.

ciao
Franco

ENGINEER
noun. (en-juh-neer)
someone who does precision guesswork based on unreliable data provided by those of questionable knowledge.
See also wizard, magician

Pasquale
Livello 12
Livello 12
Messaggi: 2854
Iscritto il: mer mag 25, 2005 2:14 am

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Pasquale »

Come sospettavo: se ti casca un fulmine vicino, non c'è differenza se ti trovi in acqua o se sei sulla terra ferma; è solo una questione di quanto ti trovi vicino, considerati gli altissimi voltaggi in ballo (penso sull'ordine di qualche centinaio di migliaia).
Normalmente, si è portati a pensare che, se ci sono nuvoloni in arrivo, siccome l'acqua è bagnata, meglio scappare, ma ho l'impressione che l'acqua del mare sia più conduttrice della terraferma che ha varia composizione e conduttività disomogenea, per cui dovrebbe essere più vantaggioso trovarsi in acqua.
Ad ogni buon fine, per finire al cimitero, è sufficiente essere attraversati da pochi mA.
In sostanza, a lume di naso, sulla terraferma dovrebbe essere più facile essere attraversati, oltre che direttamente dalla scarica, anche da correnti indotte, per cui dovrebbe essere meglio buttarsi in acqua, piuttosto che restare sulla spiaggia (ammesso che queste siano le uniche alternative). D'altra parte, facendo riferimento a quanto osservava Franco, sulla terraferma è più sicuro che vi siano parti dl corpo a potenziale diverso da quello di terra.
Dopo aver espresso questo pensiero, sono stato ampiamente deriso, da cui il quesito.
_________________

$\text { }$ciao Immagine ciao
E' la somma che fa il totale (Totò)

infinito
Livello 5
Livello 5
Messaggi: 339
Iscritto il: mer mag 25, 2005 5:02 pm

Re: Quesito per esperti

Messaggio da infinito »

Anch'io non sono un esperto di fulmini (e devo dire che l'elettromagnetismo, nonostante tutto, non è la parte della fisica che conosco meglio), ma, come gli altri, mi sento di fare alcune considerazioni.



Il voltaggio

Pasquale ha scritto “... considerati gli altissimi voltaggi in ballo (penso sull'ordine di qualche centinaio di migliaia)...”, ma su Wikipedia leggo «differenza di potenziale 1-10 × 109 V» Fulmine

Franco ha scritto che “sulla base di prove sperimentali” si sente di escludere che ci sia una differenza di potenziale fra terra e mare, e io ho capito che che altrimenti “si sentirebbe quando si entra in acqua”.
Io credo che non sia così semplice né sentire tale eventuale differenza (basta pensare che se tocco la batteria di una macchina (12 V) in genere non riesco a percepire nessuna differenza di potenziale (pur ESSENDO CONVINTI che ci sia), figuriamoci una differenza di 1 V o meno (anche se la presenza dell'acqua salata potrebbe aumentare di molto la sensazione)).
Ciononostante resto convinto che non ci sia differenza di potenziale significativa, per il solo motivo che un conduttore IN CONDIZIONI STATICHE è un corpo equipotenziale.

Però se si considera che 12 V “non si avvertono neppure”, che 220 V “possono costituire un serio pericolo mortale” e che ci son stati molti incidenti in cui sono morte persone solo per aver avvicinato un lungo “filo” conduttore (per esempio una canna da pesca, il braccio di una ruspa, o altro) a un filo dell'alta tensione, credo che non si possa pensare di conoscere sperimentalmente che cosa sia una scarica di miliardi di volt e di valutare “banalmente” i suoi effetti.
Non per niente il fulmine resta ancora uno dei fenomeni elettrici “macroscopici” meno conosciuti.




La conduzione

Quello che dite sembra convincente, ma credo che nella conoscenza comune della pericolosità di trovarsi nella vasca da bagno piena d'acqua mentre vi cade un fon acceso (basta che sia collegato alla presa di corrente) vi sia molto di vero (non so invece della tecnica di “pesca” con cui si stordiscono i pesci per mezzo della corrente).
Mentre a quanto avete scritto, non dovrebbe essere molto pericoloso, dal momento che quando il fon tocca l'acqua questa farebbe subito un corto circuito, senza interessare significativamente chi è a mollo.
La spiegazione potrebbe trovarsi nel fatto che l'acqua pura è un isolante, mentre l'acqua di mare è un conduttore …, ma non credo che valga la pena fare fatica a cercare di dimostrare il contrario: l'acqua che è nella vasca è sicuramente un conduttore, e comunque questo esempio “vanifica” tutti i discorsi sulla non pericolosità di trovarsi in mare al momento in cui vi cade un fulmine, o semplicemente due fili di corrente a 220 V (il fulmine è un fenomeno estremamente più complesso, sconosciuto, intenso e pericoloso).



La pericolosità

Un'idea potrebbe essere quella che se sono in mare, che è un accettabile conduttore, gli effetti del fulmine possono raggiungermi facilmente, mentre se mi trovo nell'aria (sulla terraferma), che è un isolante, questo non può succedere. Ma evidentemente l'aria non è così isolante, altrimenti il fulmine (che è “anche” una corrente elettrica) non esisterebbe neppure. Non sono discorsi puramente teorici, ma sono supportati da quanto “si dice”, cioè che generalmente chi è colpito da un fulmine non è colpito dalla “colonna principale”, ma da rami “secondari”, che sono molto meno potenti e che credo si possano interpretare come dovuti alla conduzione dell'aria.

Altrimenti si potrebbe anche dire che stare sotto gli alberi quindo “piovono fulmini” sia meno pericoloso che stare all'aperto, dal momento che un albero bagnato è un conduttore, e che il fulmine dovrebbe seguire il suo tronco, invece stando all'aperto ...

In questo caso (cioè quando ci capisco così poco) credo che l'idea di seguire i consigli comuni (uscire dall'acqua, non mettersi sotto gli alberi, ecc.) rappresenti la soluzione “più sicura”, anche se è sempre meglio farlo, ma attuando anche altre strategie “che ci convincano”.



In pratica

Dopo tanta teoria aggiungo che comunque anch'io ho pensato qualcosa di simile a Pasquale, e che proprio per questo più di una volta sono rimasto in acqua ben più degli altri. Poi però sono uscito, sia per rispetto alla moglie, sia perché credo nelle considerazioni che ho riportato sopra …
… e a ben guardare se son rimasto in acqua, oltre alla plausibilità delle argomentazioni, è stato anche perché mi sembrava molto improbabile che venisse un fulmine proprio in quei momenti e proprio lì.


Infinito.
Gaspero

Pasquale
Livello 12
Livello 12
Messaggi: 2854
Iscritto il: mer mag 25, 2005 2:14 am

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Pasquale »

Sante parole Gaspero, specialmente se a parlare sono le mogli.
Dicevo 10^5 per dire tanto e invece finiamo su 10^9, peggio ancora.
Qualcuno afferma che nell'acqua ci sarebbe anche il pericolo di finire lessi nell'acqua riscaldata.
Non ci resta che sperimentare.....dove sei Galileo?
_________________

$\text { }$ciao Immagine ciao
E' la somma che fa il totale (Totò)

franco
Livello 9
Livello 9
Messaggi: 1439
Iscritto il: mar dic 12, 2006 12:57 pm
Località: Bèrghem (Sardegna)

Re: Quesito per esperti

Messaggio da franco »

In questo momento sono un po' troppo lontano dal mare per fare esperimenti e fra una settimana, quando raggiungerò la mia famiglia sull'isola, spero di non avere temporali!

Per non restare però con questo dubbio assillante ho azzardato qualche calcolo; mi scuso in anticipo per le approssimazioni e gli eventuali errori ma lo spirito è solo semiserio.

Intanto ho ipotizzato una condizione come quella rappresentata in figura:
Immagine

L'uomo indossa una muta stagna perfettamente isolante dalla quale fuoriescono solo le mani ed i piedi; le mani sono alla distanza D dal punto di caduta del fulmine ed i piedi sono alla distanza D+L.

La differenza di potenziale fra mani e piedi dovrebbe (se ho ripescato correttamente nell'aramdio dei ricordi) essere:
$\Delta V = \int\limits_D^{D + L} {{{I\rho dx} \over {2\pi x^2 }}} = {{I\rho } \over {2\pi }}\left( {{1 \over D} - {1 \over {D + L}}} \right)$

La corrente che attraversa il corpo unano sarà quindi pari a
$I' = {{\Delta V} \over R} = {{I\rho } \over {2\pi R}}\left( {{1 \over D} - {1 \over {D + L}}} \right)$

Avendo indicato con R la resistenza elettrica del corpo dell'uomo.

Sostituisco qualche valore trovato in letteratura:
I = 200000 A (su Wikipedia dice che l'intensità di corrente è fra 2 e 200 kA)
$\rho$= 0,2 ohm*m
L = 2,2 m
R = 100 ohm
(quest'ultimo valore è il più incerto; la resistenza "convenzionale" del corpo umano è di 1000 ohm in condizioni di asciutto; per sicurezza l'ho ridotta ad un decimo)

posso quindi tracciare questo grafico di I' in funzione di D:

Immagine

Da qualche parte ricordo che la corrente elettrica era potenzialmente latale sopra la soglia di 25 mA che corrisponde ad una distanza D pari a 75 m.
Per stare sotto la soglia di percezione di 5 mA bisogna che il fulmine cada ad oltre 160 m di distanza dal bagnante.

- - - - - - - -

Al di la di questi calcoli, sui quali non garantisco nulla, ritengo che il motivo per non fare il bagno durante un temporale possa essere anche un altro:
Una testa bagnata che sbuca da una superficie piana è a tutti gli effetti assimilabile ad una "punta" e come tale rischia di attirare le saette (per lo stesso principio del parafulmine che non ricordo gran che ma mi pare vertesse sulla polarizzazione delle molecole dell'aria).

boh! mi fermo qui.

ciao
Franco

ENGINEER
noun. (en-juh-neer)
someone who does precision guesswork based on unreliable data provided by those of questionable knowledge.
See also wizard, magician

Pasquale
Livello 12
Livello 12
Messaggi: 2854
Iscritto il: mer mag 25, 2005 2:14 am

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Pasquale »

A parte le possibili imprecisioni e dimenticanze dichiarate, mi pare notevle ed apprezzabile l'approccio di Franco al problema: dunque un doveroso plauso.
Il problema non è semplice da esaminare, considerate anche le possibili variabili: ad esempio, nella pratica il corpo può trovarsi più o meno immerso; normalmente i piedi non sono allo stesso livello della testa o delle mani; la scarica tenderebbe a distribuirsi sulla superficie, oppure ad inoltrarsi in profondità?
Anche sulla terra ferma la testa sarebbe bagnata in caso di pioggia ed in questo caso il fulmine preferirebbe cascare sulla testa bagnata di un uomo in piedi sulla spiaggia, oppure sulla testa bagnata di un uomo immerso in acqua?
Si potrebbe imbastire un esperimento, sostituendo le persone con degli appositi strumenti, in modo da poterne ricavare delle informazioni probabilistiche e delle indicazioni per i bagnanti?
Scusa Franco: se, come hai affermato, svolgi un certo tipo di attività da oltre 50 anni, allora qualche annetto più di me devi averlo e questo mi consola non poco.
_________________

$\text { }$ciao Immagine ciao
E' la somma che fa il totale (Totò)

franco
Livello 9
Livello 9
Messaggi: 1439
Iscritto il: mar dic 12, 2006 12:57 pm
Località: Bèrghem (Sardegna)

Re: Quesito per esperti

Messaggio da franco »

Ho detto quasi 50 anni :evil: , (ma non li dimostro :D ).

ciao
Franco

ENGINEER
noun. (en-juh-neer)
someone who does precision guesswork based on unreliable data provided by those of questionable knowledge.
See also wizard, magician

infinito
Livello 5
Livello 5
Messaggi: 339
Iscritto il: mer mag 25, 2005 5:02 pm

Re: Quesito per esperti

Messaggio da infinito »

Scusa Franco, ma non riesco a seguirti (sono davvero ignorante riguardo l'elettromagnetismo … e non solo): non conosco la tua formula e non sono certo di quello che ho inteso,

Ciononostante mi pare di averci visto un errore importante:

credo che nella tua formula (integrale) I dovrebbe essere l'intensità della corrente che attraversa il corpo, e non quella del fulmine.

Inoltre la famosa enorme differenza di potenziale dovrebbe essere quella dalle nuvole alla terra (o all'acqua).

Non lo so, ma a naso credo che il corpo umano non sia un conduttore ohmico, e che quindi non si possa applicare la formula V=R·I .

Resta comunque il fatto che non solo il fulmine, ma tutto il fenomeno della “scossa mortale” presa nell'acqua resta per me un mistero.
Gaspero

franco
Livello 9
Livello 9
Messaggi: 1439
Iscritto il: mar dic 12, 2006 12:57 pm
Località: Bèrghem (Sardegna)

Re: Quesito per esperti

Messaggio da franco »

Gaspero,

Ho omesso un commento che forse ti ha portato fuori strada.

La resistività $\rho$ che compare nell'ntegrale è quella dell'acqua marina. Con l'integrale calcolo la differenza di potenziale fra due punti del mare giacenti sulle semisfere di raggio rispetivamente D e D+L generata dalla scarica elettrica del fulmine (ecco perchè metto tutti i 200 kA nel calcolo).

Per quanto riguarda la differenza di potenziale fra nuvole e terra "francamente me ne infischio". So per certo che c'è ma il mio scopo non è verificare in che modo la scarica si propaga nell'aria. Mi concentro quindi su quello che avviene nell'acqua dove un "osservatore" che nulla sa dell'esterno può vedere solo una gran quantità di cariche elettriche che "entrano" in un determinato punto.

In questo calcolo trascuro l'influenza della presenza dell'uomo: so bene che non è esatto ma:
a. sono abbastanza confidente del fatto che non ci sia un impatto notevole (del resto il corpo umano è in gran parte costituito da acqua salata)
b. tale sensazione è confermata dal risultato (approssimato) dei calcoli: già a 10 metri il corpo umano è attraversato "solo" da 1 A (rispetto ai 200 kA che attraversano la massa d'acqua è trascurabile)
c. è già tanto che mi ricordo qualcosa visto che è dai tempi dell'università che non pratico questi argomenti (e ormai ho quasi 50 anni), non saprei proprio come fare a tenere conto della "perturbazione" creata dall'ometto nel campo elettrico nell'acqua :oops:

ciao
Franco

ENGINEER
noun. (en-juh-neer)
someone who does precision guesswork based on unreliable data provided by those of questionable knowledge.
See also wizard, magician

Pasquale
Livello 12
Livello 12
Messaggi: 2854
Iscritto il: mer mag 25, 2005 2:14 am

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Pasquale »

Tuoni e fulmini, Franco! Mi dispiace di averti invecchiato, ma avevo considerato il tuo QUASI di ordine infinitesimale e riferito al solo studio; non avrei creduto che 50 anni di studio equivalessero a 50 anni di vita (o quasi), o meglio che avessi iniziato a studiare appena nato, anzi prima ancora, quando vagavi nel mondo delle idee.
In realtà hai ragione, perché a pensarci bene e ripensarci meglio, nel proprio piccolo, ognuno inizia a studiare sin dal momento del concepimento (quasi nove mesi prima di nascere), anche se nutro il vago sospetto che venga concepito addirittura "già studiato". :idea:
_________________

$\text { }$ciao Immagine ciao
E' la somma che fa il totale (Totò)

infinito
Livello 5
Livello 5
Messaggi: 339
Iscritto il: mer mag 25, 2005 5:02 pm

Re: Quesito per esperti

Messaggio da infinito »

Ah, ho capito, Franco.

Il ragionamento mi pare corretto, anche se confermo la mia ignoranza in materia (queste cose tu non le hai praticate dai tempi dell'università, ma io praticamente non le ho mai fatte).


Da quello che ho capito sei riuscito a trovare un approccio concreto al problema:
BRAVISSIMO!
(Io non credo che avrei trovato il modo.)

Invece per il commento
...Al di la di questi calcoli, sui quali non garantisco nulla, ritengo che il motivo per non fare il bagno durante un temporale possa essere anche un altro:
Una testa bagnata che sbuca da una superficie piana è a tutti gli effetti assimilabile ad una "punta" e come tale rischia di attirare le saette (per lo stesso principio del parafulmine che non ricordo gran che ma mi pare vertesse sulla polarizzazione delle molecole dell'aria)....
non credo che una testa che spunta dall'acqua (parlo di dove "non si tocca") sia molto più alta delle onde circostanti, e queste sono più "puntose" (escludendo nasi pinocchiosi).
Gaspero

Daniela
Livello 6
Livello 6
Messaggi: 456
Iscritto il: lun nov 21, 2005 9:40 am

Re: Quesito per esperti

Messaggio da Daniela »

non sono assolutamente esperta ma vorrei dire lo stesso la mia.
Innanzitutto dov'e' finito il medico? Mi pare che a fisica 2 mi abbiano insegnato che non e' banale mettere in relazione differenza di potenziale ne' intensita' di corrente con i danni che una scarica elettrica causa ad un umano che, poveraccio, la subisce, e che al piu' si puo' tenere presente che generalmente, ma non sempre, le scariche in corrente continua sono piu' pericolose di quelle in alternata; Enrico ci puoi confermare se chi teneva il corso parlava a vanvera oppure sapeva il fatto suo?
Io personalmente potendo scegliere non andrei in acqua dal momento che su una superficie uniforme sono io a rompere la simmetria e quindi mi aspetto che un fulmine abbia piu' probabilita', non solo di colpirmi, ma anche di cadermi vicino cosa che nell'acqua salata e' probabilmente quasi altrettanto pericolosa. Sulla terra, a parte che si puo' restare illesi nonostante scariche elettriche paurose si verifichino a pochi decimetri da noi, ma soprattutto c'e' pieno di percorsi preferenziali per una scarica, e per giunta, se mi trovo in mezzo a un temporale, e' probabile che possa creare io stessa un tale percorso, ad esempio facendo un bel mucchietto dei metalli che ho addosso (come minimo orologio, cellulare, fibbie varie....) e allontanandomi un po'. Non ritengo che sia particolarmente protettiva la presenza di onde anche piu' alte di quanto io sporgo dall'acqua, in quanto queste hanno soltanto l'effetto di modificare la forma della superficie equipotenziale, mentre io, con la mia conduttivita' differente, sono l'impurezza e la rottura di simmetria che rischio di attirarmi addosso la scarica.
Daniela
"L'essenza della libertà è la matematica"

delfo52
Livello 9
Livello 9
Messaggi: 1556
Iscritto il: mer mag 25, 2005 4:19 pm
Località: bologna

Re: Quesito per esperti

Messaggio da delfo52 »

chiamato in ballo, mi tocca deludere le aspettative.
I danni da "fulmine" sono nel complesso poco studiati in medicina. Alla prova dei fatti, o si tirano le cuoia, anche per correnti non esagerate (watt, ampere, o volt che siano...), o si sopravvive con danni del tipo di ustioni.
La morte, il più delle volte , è una morte "elettrica" nel senso di una aritmia cardiaca indotta dal passaggio della corrente.
Non chiedetemi di più.....
Enrico

Rispondi