Le affascinanti e inquietanti nuvole di Kelvin-Helmholtz

tratto da www.quantizzando.org
di Sandro Ciarlariello

Stiamo andando verso l’estate e, dopo un lungo inverno, probabilmente l’ultima cosa di cui volete sentire parlare sono le nuvole. Ma oggi non parleremo di nuvole in generale. Parleremo di nuvole abbastanza particolari, le nuvole di Kelvin-Helmholtz.
Cominciamo dalle basi. Ecco subito una foto di queste nuvole:

Le avete mai viste in cielo? Forse sì, comunque, la domanda ora è: come si formano queste nubi? Proviamo a rispondere.

Il fatto che queste nuvole si chiamino di Kelvin-Helmholtz è dovuto ad un fenomeno di fisica dei fluidi chiamato instabilità di Kelvin-Helmholtz, appunto dal nome dei due scienziati che hanno studiato questa roba.

Quando due strati d’aria a contatto hanno diverse velocità, quello che accade è che si crea una turbolenza dovuta proprio a questa differenza di velocità. Le due parti a contatto tra i due strati cominciano pian piano a penetrarsi l’una con l’altra, a causa principalmente delle forze d’attrito in gioco. Ovvero, ciò che accade è semplicente che i due strati si tirano uno verso l’altro e quello che ne risulta è un piccolo vortice ondoso. Ciò che ho appena scritto dovrebbe essere più chiaro nella prossima immagine:

Cerchiamo ora di spiegare il perché del senso di rotazione. Assumiamo, come nell’immagine qui sopra, che lo strato superiore abbia una velocità minore rispetto a quello inferiore. Per capire perché lo strato meno veloce va giù, bisogna scomodare un vecchio post di Quantizzando, quello in cui parlavo di quando la nonna annaffia il prato e fa uscire l’acqua più velocemente ostruendo il tubo parzialmente con un dito.

Questo accade perché la fisica dei fluidi ci insegna che la quantità totale di acqua che attraversa un certo volume in un certo tempo (quella che si chiama “portata”) deve essere costante. Pensateci, è una cosa che ha senso, altrimenti vorrebbe dire che improvvisamente l’acqua deciderebbe di andare più veloce di sua spontanea volontà! Tradotto in quantità più comode, se un tubo ha una sezione più piccola, l’acqua va più veloce e la pressione del fluido è minore, e viceversa.

Dunque, se avete capito la storia del tubo con l’acqua allora avete già compreso tutto. Lo strato con velocità minore si trova in una zona di pressione maggiore e quindi spinge verso lo strato più veloce, formando così il vortice tipico che si può osservare nelle nubi di Kelvin-Helmholtz.
Naturalmente, se invertissimo gli strati, mettendo quello più veloce sopra e quello più lento sotto, ecco che avremmo un vortice nell’altra direzione.

Insomma, non volevo rovinare la meraviglia e la bellezza delle nuvole in cielo. Però, ora volete mettere quando i vostri amici vi indicheranno “Oh, guarda che nuvole strane!” e voi, rendendomi orgoglioso e da bravi lettori di Quantizzando, potrete dire, ostentando una certa disinvoltura, che tali nuvole si sono formate a causa di una differenza di velocità tra i due strati di aria a contatto.
Perché, si sa, è bello vedere e osservare la Natura all’opera, ma ancor più bello è sapere e capire come la Natura funziona.