Sono le onde sonore a spiegare la sincronizzazione di due pendoli

La sincronizzazione spontanea di due pendoli appesi alla stessa parete, un fenomeno finora sfuggito a una spiegazione esauriente, è dovuta allo scambio di onde sonore. Lo ha dimostrato un modello teorico poi verificato sperimentalmente

Il pendolo è un sistema fisico semplice, il suo moto è regolato dalla forza di gravità che agisce costantemente verso il basso e dalla forza di attrito nel punto in cui esso è vincolato e dell'aria. Ma se si appendono alla stessa parete due pendoli, inizialmente non sincronizzati, dopo un breve periodo iniziano spontaneamente a oscillare all'unisono.

Questo fenomeno, descritto per la prima volta nel Seicento dal matematico, astronomo e fisico olandese Christiaan Huygens, non ha mai trovato una spiegazione esauriente. Ora sulla rivista "Scientific Reports"Henrique Oliveira e Luis Melo dell'Università di Lisbona in Portogallo, sostengono che è causato dallo scambio di impulsi sonori tra i due pendoli.

La sincronizzazione di processi periodici è un fenomeno rilevante non solo per la fisica ma anche per la fisiologia e la biologia. Il fenomeno più evidente è quello del ritmo circadiano, cioè della regolazione di molti processi metabolici dell'organismo degli esseri umani e di molti animali in accordo con l'alternanza giorno-notte. Anche a livello cellulare, molti processi elementari ad andamento ciclico devono essere sincronizzati tra loro per procedere nel modo corretto.

Nei sistemi meccanici, la sincronizzazione di molti processi periodici non è ancora del tutto compresa, tanto che a volte si producono effetti drammatici e inaspettati, come nel caso del Millenium Bridge, un ponte pedonale costruito a Londra per celebrare l'inizio del nuovo millennio.

Nel giorno dell'inaugurazione, nel 2000, decine di migliaia di persone iniziarono a percorrerlo da entrambi i lati, fino a quando il ponte iniziò a oscillare lateralmente formando una forma "a esse", con spostamenti che arrivarono a 20 centimetri. Solo successivamente, studiando il fenomeno, si comprese che camminando, le persone imprimono sul suolo una forza laterale periodica, e che in quell'occasione, per qualche evento esterno fortuito hanno iniziato a camminare in modo sincronizzato, producendo un effetto collettivo devastante per il ponte.


Il prototipo di tutte le sincronizzazioni dei fenomeni periodici è quello dei due pendoli appesi alla stessa parete. Nel 1655 Huygens notò che se anche non sono inizialmente sincronizzati, trascorso un certo tempo iniziano a oscillare in modo sincronizzato ma in versi opposti, cioè "in opposizione di fase". Se poi si perturba il moto dei pendoli, a un certo punto ritornano a oscillare in sincronia. Se invece vengono separati in due pareti diverse, si sfasano di alcuni secondi.

Nel loro studio, Oliveira e Melo hanno elaborato un nuovo modello teorico del sistema, ipotizzando che tra i due pendoli avvengano scambi di impulsi sonori che ne perturbano il movimento fino a portarli a oscillare in sincronia. Il modello è risultato in ottimo accordo con i dati sperimentali, ottenuti dagli stessi autori registrando le oscillazioni di due pendoli fissati a una sbarra di alluminio, a sua volta fissata a una parete. In sostanza, ogni pendolo trasmette un impulso sonoro per ogni ciclo, che produce un cambiamento nelle velocità di oscillazione dell'altro pendolo.

Fonte Le Scienze