Cosa sono i fiocchi di neve?

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1 I FIOCCHI DI NEVE

2 Come si forma? La neve si forma nell'alta atmosfera, quando il vapore acqueo, a temperatura inferiore a 0 C fa avvenire il brinamento, passando dallo stato gassoso a quello solido e riuscendo a raggiungere il terreno senza fondere.

3 Cosa sono i fiocchi di neve? La neve è una forma di precipitazione nella forma di acqua ghiacciata cristallina, sono una moltitudine di minuscoli cristalli di ghiaccio tutti aventi di base la forma esagonale ma ognuno di tipo diverso.

4 Tipi di geometrie

5 La geometria dei cristalli Data la simmetria iniziale esagonale della struttura cristallina del ghiaccio comune (derivante direttamente dalla struttura molecolare dell'acqua), i bracci del cristallo di neve crescono indipendentemente in un ambiente che è ritenuto molto variabile in temperatura, umidità e così via.

6 I cristalli di ghiaccio hanno tre assi sul piano di base (assi a) separati di 120, e un asse perpendicolare al piano di base (asse c); quelli a forma piatta si formano in seguito all'evoluzione lungo l'asse a, mentre i cristalli aghiformi si formano seguendo la direzione dell'asse c.

7 Rappresentazione virtuale di cristalli di neve: l esagono di base.

8 Rappresentazione virtuale di cristalli di neve: lo sviluppo in verticale.

9 Rappresentazione virtuale di cristalli di neve: lo sviluppo in verticale.

10 Rappresentazione virtuale di cristalli di neve: lo sviluppo in orizzontale.

11 A seconda delle condizioni atmosferiche vi è alternanza/prevalenza dello sviluppo orizzontale/verticale che porta alle varie forme dei cristalli.

12 Utilizzi della neve Usi sportivi: come sci e snowboard. Come mezzo di trasporto: ad esempio le slitta. Fini ludici: lanciarsi palle di neve o costruire un pupazzo di neve.

13 La neve artificiale In certe situazioni atmosferiche, soprattutto per cause sportive c è la necessità di creare neve artificiale. Per neve artificiale si intende una neve prodotta con mezzi artificiali atti a trasformare, in determinate condizioni climatiche, una certa quantità di acqua in neve.

14 Formazione della neve artificiale Utilizzando acqua e aria compressa nelle giuste proporzioni è possibile ottenere nuclei di congelamento dalla forma e dalla struttura adeguata per fornire supporto allo sviluppo del cristallo di neve. Immettendo poi una certa quantità di acqua in atmosfera si ricrea ciò che avviene in natura all interno di una nuvola: attorno ai nuclei di congelamento si deposita l acqua e si formano i cristalli di neve, che per effetto della gravità si depositano al suolo.

15 Immettendo poi una certa quantità di acqua in atmosfera si ricrea ciò che avviene in natura all interno di una nuvola: attorno ai nuclei di congelamento si deposita l acqua e si formano i cristalli di neve, che per effetto della gravità si depositano al suolo.

16 Quello che fa un cannone per la produzione di neve non è altro che riprodurre più velocemente ed in qualsiasi condizione ciò che avviene in natura: naturalmente occorre che la temperatura e l umidità dell aria siano nelle condizioni ideali perché la trasformazione del cristallo possa avere luogo.

17 Per questo motivo parlare di neve artificiale può essere fuorviante, in quanto di artificiale c è solo il mezzo utilizzato per la produzione di neve mentre, a tutti gli effetti, la neve prodotta è completamente naturale.

18 Che cos è lo sci?

19 Lo sci è una trave che è soggetta a flessioni e torsioni. Idealmente, lo sci deve presentare una buona flessione ma deve resistere alla torsione.

20 Lo sci nasce come mezzo di trasporto per non sprofondare nella neve. Il peso della persona viene distribuito su una superficie maggiore di quella delle piante dei piedi e quindi la pressione esercitata sulla neve è minore.

21 La storia. Inizialmente lo sci non ha lame, è solo una trave di legno. Poi però nel corso degli anni vengono applicate le lame a segmenti di 20 cm, affilate con una lima. Il legno in seguito viene sostituito con il lamellare e la lama, da segmentata diventa continua. Allo sci, prima in legno e metallo, viene poi aggiunta la plastica, come copertura.

22 Struttura attuale dello sci.

23 Fabbriche di sci. Le prime fabbriche di sci nascono in Austria e poi in Italia. Le prime marche di sci sono: Head,Rossignol,Völkl,Kästle,Maxel,Kneisel, Stökl,Elan ed Atomic. Alcune di queste esistono ancora oggi, altre invece hanno prodotto alcuni tipi di sci nella storia e poi hanno chiuso.

24 Laboratorio di chimica preparazione di polimeri.

25 Nell universo, tutto ciò che ci circonda è fatto di materia, esiste la materia naturale, come noi, una pianta, il nostro cane, il nostro gatto; oppure artificiale, tra le sostanze artificiali troviamo dei materiali che sono stati creati dall uomo esclusivamente per dare certe prestazioni che sono difficili da ricavare da materiali naturali. Molti di queste sostanze sono raggruppate in una sola categoria: I polimeri.

26 Un polimero è una macromolecola, cioè una molecola ad elevato peso molecolare che è composta principalmente da monomeri: essi, legandosi tra loro formano una struttura complessa, lunga e/o ramificata. Noi trattiamo i polimeri non per riconoscerne tutti i tipi che ci circondano, perché ne esistono moltissimi, ma ci atteniamo a quelli fatti specialmente per la pratica sportiva dello sci da discesa, in particolare per la superficie a contatto con la neve, per le scioline e per l'attrezzatura che bisogna avere con gli sci: parti degli scarponi, guanti e tuta.

27 Principali tipi di polimeri PVC : PoliVinilCloruro PE: PoliEtilene PET (quello dei sacchetti di nylon biodegrababili): PoliEtilenTeftalato E s e m p io d i p o lim e r o : N y lo n 6,6 ; a m m in id e

28 Le prove in laboratorio In laboratorio abbiamo preparato due polimeri abbastanza diffusi, il nylon 6,10, molto simile al 6,6 e il Gliptal. Iniziamo con il nylon 6,10. E possibile sintetizzare questo polimero dall esametilendiammina con il cloruro di sebacoile. Questo polimero fa parte della famiglia delle poliammidi a cui fa parte anche il kevlar utilizzato nella pratica dello sci. La parte divertente della sua fabbricazione è lo sfilamento

29 Fabbricazione del nylon

30 Fabbricazione del nylon

31 Fabbricazione del nylon

32 Fabbricazione del nylon

33 Fabbricazione del nylon

34 Fabbricazione del gliptal. Il gliptal (poliestere termoindurente) è un po più complicato da fare poiché necessita di una reazione di tanti componenti ben proporzionati, i componenti sono: Anidride Ftalica, Glicerina, Sodio Acetato. Il gliptal può essere utilizzato come vernice

35 Fabbricazione del gliptal

36 Fabbricazione del gliptal

37 Fabbricazione del gliptal

38 La differenza che si pone tra il gliptal e il nylon 6,10 è che uno è un polimero termoindurente, mentre l altro è un polimero elasto-plastico, infatti, una volta sintetizzato, il gliptal non può né modificare la sua struttura né risciogliersi (per ottenerlo bisogna riscaldarlo lentamente), mentre il nylon 6,10, una volta formatosi, presenta una struttura molto elastica.

39 Scienze e sport Raggio di curvatura dello sci

40 IN T R O D U Z IO N E Gli sci di una volta non avevano nessun raggio di curvatura, avevano la parte lunga tutta dritta. Con il passare del tempo, gli studi hanno dimostrato che avere lo sci con un certo raggio sul fianco permette un maggior controllo e velocità in curva. Questo nuovo sci è stato utile per i professionisti, che hanno potuto aumentare le loro prestazioni. È nato un nuovo modo di sciare, permettendo una guida più pulita, senza sbavature. Grazie alla sciancratura il sciatore è aiutato a fare la curva (come il guidatore con il servosterzo). A scuola abbiamo ricavato delle formule che ci hanno permesso di trovare il raggio di curvatura dello sci.

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42 L A S C IA N C R A T U R A S upponendo che S e T s ia n o le b a s i d i u n tr a p e z io e M,N i p u n ti m e d i d e i la ti o b liq u i, p e r r ic a v a r e la s c ia n c r a tu r a b is o g n a e ffe ttu a r e la s e g u e n te o p e r a z io n e : M N = (S + T )/2 S c = (M N -W )/2 = = ((S + T )/2 -W )/2 = = ((S + T -2 W )/2 )/2 = = (S + T -2 W )/4

43 F O R M U L A D E L R A G G IO D I C U R V A T U R A D I U N O S C I S U L P I A N O (R o ) A p p lic a n d o il s e c o n d o te o r e m a d i E u c lid e a b b ia m o p o i im p o s t a to q u e s ta p r o p o r z io n e : S c : L /2 = L /2 : (2 R S c ) D a q u e s t u ltim a s i r ic a v a la s e g u e n te f o r m u la C A H o.o R o = (4 S c ^2 + L ^2 )/( 8 S c ) E s s e n d o 4 S c ^2 t r a s c u r a b ile a c a u s a d e ll o r d in e d i g r a n d e z z a d i S c ^2 ( 1 0 ^2 m m ^2 ),m o lto p ic c o lo in c o n fr o n to a q u e llo d i L ^2 ( 1 0 ^6 m m ^2 ) s i p u ò q u in d i s e m p lific a r e la fo r m u la in : C H = L /2 AH = Sc AO = Ro R o = L ^2 / (8 S c )

44 F O R M U L A D E L R A G G IO D I C U R V A T U R A R = (L ^2 *C o s 0 )/8 (S c + (h *S e n 0 )) 0 - A n g o lo c o n c u i p e n e tr a lo s c i n e lla n e v e h - P e n e t r a z io n e d e llo s c i n e lla neve S c - s c ia n c r a t u r a L - lu n g h e z z a s c i L a fo r m u la c i è s ta ta f o r n it a d a ll in s e g n a n te s e n z a s p ie g a z io n e p e r c h é l a r g o m e n t o s v o lto e r a p e r s t u d e n t i d i 4 ta e 5 ta s u p e r io r e. N o i in v e c e e r a v a m o m is ti, d a lla p r im a a lla te r z a, s e n z a a d e g u a ta p r e p a r a z io n e.

45 I m p o s ta n d o s u E x c e l le fo r m u le p r e c e d e n te m e n te r ic a v a te e d a n d o a llo s c i u n a n g o lo d i in c lin a z io n e e u n a d e t e r m in a t a p e n e tr a z io n e a b b ia m o tr o v a to i r a g g i d i c u r v a tu r a d i a lc u n i s c i d i m a r c a, c o n d a ti t r o v a ti s u in te r n e t. C ALC O LI D EI R AG G I D I C U R VATU R A C è d a p r e c is a r e c h e g li s c i B liz z a r d 1 2 s p o r t s o n o u n v e c c h io m o d e llo e c o m e s i p u ò v e d e r e il r a g g io d i c u r v a tu r a è m o lt o g r a n d e, q u a s i in e s is te n te.

46 P R O G ETTO S C IEN Z A & S P O R T L EZ IO N I D I F IS IC A ITIS A. Vo lt a Tr ie s t e 2 2 M a g g io

47 MODELLI E CONCETTI MATEMATICI E FISICI LEGATI ALLO SCI - Il piano inclinato - Sistemi di coordinate - Equilibrio statico e dinamico dello sciatore visto come un corpo rigido su un piano inclinato - Traiettoria curvilinea e moto circolare uniforme - Equilibrio di un corpo esteso che percorre, vincolato alla base, una traiettoria curvilinea su un piano inclinato - Calcolo delle forze agenti su uno sciatore - Variazione del raggio di curvatura in funzione della geometria e dinamica dello sci - Traiettoria balistica nei salti senza rotazioni; calcolo dell'angolo di stacco nei cambiamenti di pendenza

48 ALTRI CONCETTI FISICI IMPLICATI NELLO STUDIO DELLO SCI - Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali - Forze inerziali e gravitazionali - Centro di massa - Reazioni vincolari - Momento di una forza - Condizioni per l'equilibrio di un corpo esteso - Forze di tipo elastico - Attriti e conservazione dell'energia Fondamentale è la scomposizione della forza peso nelle sue componenti: parallela al terreno e perpendicolare al terreno.

49 Uno sci dovrebbe essere costruito in modo tale che: - avendo due punti d appoggio alle estremità, imprimendo al centro la forza peso di una persona lo sci non si deve spezzare ma deve flettersi - la forza peso deve distribuirsi in due punti e di conseguenza il profilo dello sci non deve essere dritto ma opportunamente arcuato