5.1 L’impenetrabilità

Sai già che i solidi e i liquidi sono impenetrabili, lo hai sperimentato quando hai calcolato il volume di un sasso. Quando però ci si riferisce a un aeriforme, qualcuno potrebbe pensare che, poiché si attraversa facilmente, sia penetrabile.

L’aria è penetrabile?

Se capovolgi un bicchiere in una vaschetta con acqua in modo che intrappoli il tappo di sughero ( a ) e spingi il bicchiere verso il basso tenendolo verticale, vedrai che il tappo finisce sul fondo ( b ). L’aria contenuta nel bicchiere impedisce l’entrata dell’acqua che viene spinta nella vaschetta.
Se vuoi vedere l’aria uscire dal bicchiere basta inclinarlo un po’ ( c ): in questo modo l’acqua riesce a entrare nel bicchiere e a spingere fuori l’aria. L’aria dunque occupa uno spazio che non può essere contemporaneamente occupato da altri corpi: l’aria è impenetrabile.

Nell'esperienza quotidiana è difficile accorgersi di tale proprietà: quando sposti un oggetto o te stesso da un posto all'altro l’aria non oppone alcuna resistenza, poiché è libera di muoversi.
Se però il movimento di un corpo è molto veloce, come quando corri o vai in bicicletta, ti accorgi della resistenza dell’aria; è per questo motivo che le automobili da corsa o gli aerei devono avere una forma adatta, detta aerodinamica, a spostare l’aria. Tutti i corpi sono quindi impenetrabili; i liquidi e gli aeriformi si possono attraversare solo perché si spostano grazie al fatto che le loro molecole hanno una certa libertà di movimento.

Quali stati fisici sono incomprimibili?

Se provi a comprimere un sasso, dell’acqua e dell’aria in una siringa tappata con un dito, vedrai che solo l’aria può essere compressa perché è l’unica a diminuire il suo volume iniziale.

Solo gli aeriformi sono comprimibili: il fenomeno si può spiegare perché le molecole degli aeriformi sono molto distanti tra loro ed è possibile avvicinarle con la compressione. Tuttavia man mano che il volume diminuisce aumenta lo sforzo che occorre per premere lo stantuffo. Se alla fine dell’esperimento lasci andare di colpo lo stantuffo nella siringa con aria sperimenterai un’altra proprietà: l’elasticità. L’aria si comporta come una molla che si lascia comprimere, ma, una volta lasciata libera, torna alla forma iniziale.

Sicuramente avrai già osservato i gas che fuoriescono dalle ciminiere ( 6 ): di solito sono più scuri dell’aria e se ne intuisce il movimento; molto lentamente si mescolano con l’aria e si diffondono.

Perché avviene la diffusione?

Puoi sperimentare la diffusione versando alcune gocce d’inchiostro nell’acqua ( 7 ). Dopo un po’ di tempo vedrai l’inchiostro diffondersi andando a colorare tutta l’acqua. La diffusione avviene perché le molecole che formano la materia allo stato aeriforme e liquido sono in costante movimento. Nei solidi tale fenomeno avviene solo in determinate condizioni, con temperature e pressioni elevate. Le leghe metalliche sono un esempio di diffusione tra solidi: l’ottone ( 8 ) si ottiene diffondendo rame e zinco quando sono fusi e perciò allo stato liquido; successivamente la lega si solidifica.