Fisica e ambiente - Parte II

1. Fisica e ambiente - Parte II Rischi ambientali da agenti fisici – naturali – artificiali Monitoraggio ambientale Misure assistite da computer controlli di processo

2. Rischi da agenti fisici naturali • Problema non recente: a rischi di origine naturale è esposto anche l’uomo “non tecnolo-gico”, per il solo fatto di vivere su questa terra • Rischi attribuiti all’azione di forze malevole o al volere divino • Spiegazione scientifica: solo con l’uso del metodo scientifico è possibile dare una spiegazione razionale e prendere contromisure

3. Rischi da urto meccanico • cadute dovute alla gravità • urti in velocità contro ostacoli fissi o mobili • Analisi “non fisica”: valutazione empirica delle conseguenze  rimedi empirici • Analisi “fisica”: • Energia potenziale  Energia cinetica Lavoro di deformazione  Danno fisiologico • Ruolo delle strutture e dei materiali

4. Rischi da folgorazione • Analisi “non fisica”:essere colpiti dal fulmine era opera di Zeus o di chi altro, e non c’era scampo • Analisi “fisica”: • Alte d.d.p. provocano scariche tra le nubi (lampi) o tra le nubi e la terra (fulmini), con passaggio di correnti impulsive molto elevate • Una persona in piedi configura un cammino preferenziale per la scarica • Una punta metallica configura un cammino ancora più preferenziale e funziona da parafulmine

5. Rischi da esposizione al sole• Troppo sole: arrossamento, “colpo di calore”• Poco sole: pallore, rachitismo • Analisi “non fisica”: i fatti precedenti, insieme a tanti altri, portano a una lettura “magica” dell’influenza del sole, lo trasformano in una divinità da adorare • Analisi “fisica”: la componente U.V. (ultravioletta) della radiazio-ne solare è responsabile sia di effetti positivi (sintesi della vitamina D, …) sia di effetti negativi (eritema solare, insorgenza di melanomi, …).

6. Rischi da esposizione alle “Radiazioni Ionizzanti” • Analisi “non fisica”:impossibile, perché il fenomeno è del tutto misterioso, neanche ipotizzabile dall’uomo “pretecnologico” – radioattività naturale (Bécquérel, 1896) – raggi cosmici (Hess, 1912) • Analisi “fisica”:comincia con grande intensità solo in tempi relativamente brevi (dopo la seconda guerra mondiale). Con il senno di poi possiamo pensare che difetti genetici causati dall’esposizione a radiazioni ionizzanti siano stati interpretati come effetto di maledizioni divine

7. Rischi da agenti fisici artificiali • La fisica aiuta a rimediare a guai che essa stessa ha contribuito a creare • Diatriba non risolta (e forse non risolubile): la scienza (e la fisica in particolare) è “neutra” o no? • Sarebbe utile introdurre tra le materie di studio di un corso di laurea in Fisica anche “Etica della Scienza”?

8. Rischi da urto meccanico • Eventi di urto molto più frequenti, e con elevate energie cinetiche in gioco. • Analisi fisica molto accurata • Protezioni “Hardware” passive (casco, cinture di sicurezza, veicoli a “deforma-zione controllata” …) e attive (airbag, …) • Protezioni “Software”: norme per la sicurezza del traffico, sui luoghi di lavoro, nel tempo libero.

9. Rischi da elettricità • Folgorazione da apparati sotto tensione: • In casa • Sul luogo di lavoro • Nel tempo libero • Effetti dell’esposizione a campi elettro-magnetici a bassa frequenza (elettrodotti, apparecchiature) e ad alta frequenza (telecomunicazioni, …) • Analisi fisica: • E’ molto accurata a livello di base • Effetti biologici ed epidemiologici ancora controversi

10. Rischi da radiazioni ionizzanti • Grande numero di sorgenti artificiali di radiazioni ionizzanti • Tubo a raggi X (Roentgen, 1897) • Acceleratori di particelle (ciclotrone – Lawrence, 1932; betatrone – Wideroe, 1932; …) • Radioattività artificiale (neutrone, 1932) • Reattore nucleare (Fermi, 1942) • Bomba nucleare a fissione (1945) e a fusione (1952) • Analisi fisica: • Molto accurata a proposito dell’interazione fra radiazione e materia • Ancora controverse le norme di prevenzione e le dosi ammesse

11. Rischi da radiazioni non ionizzanti • UV artificiale • Meno ozono in stratosfera  più UV nella radiazione solare al suolo • Esposizione alle lampade dei “solaria” • Esposizione a UV parassiti da varie sorgenti (saldatura, lampade a scarica) • Rumore da svariatissime sorgenti • Analisi fisica • Analisi fisica accurata, comprese misure di mitigazione (filtri, rumore in controfase, …)

12. Misura e monitoraggio • Rivelatori di radiazioni non ionizzanti di tipo elettromagnetico • Dagli ELF alle microonde: • Sostanzialmente antenne • Dall’I.R. all’U.V.: • Rivelatore “storico” • lastra fotografica • Rivelatore a vuoto • cellula fotoelettrica • Tubo fotomoltiplicatore • Rivelatore a stato solido • Fotoresistore • Fotodiodo • Fototransistor • CCD • CMOS

13. Misura e monitoraggio • Radiazioni non ionizzanti di tipo elastico (rumore) • Sensore di base: • Microfono, cioè dispositivo che converte vibrazione meccanica in segnale elettrico • Strumento completo • Fonometro (con o senza analisi spettrale) • Aspetto fisico ed aspetto normativo

14. Misura e monitoraggio • Radiazioni ionizzanti (I) • Rivelatore “storico”: • Lastra fotografica (Bécquérel, 1896) • Rivelatori a ionizzazione a gas: • Elettroscopio • Camera a ionizzazione • Rivelatore proporzionale • Rivelatore Geiger-Müller

15. Misura e monitoraggio • Radiazioni ionizzanti (II) • Rivelatori a ionizzazione a stato solido: • A giunzione N-P • A Germanio iperpuro • Rivelatori a raccolta di luce (o a “scintil-lazione”): • Solidi • Liquidi • Plastici • Gassosi

16. Misura e controllo assistiti da computer (I)

17. Misura e controllo assistiti da computer (II) • Fisica sperimentale delle grandi macchine • Fisica sperimentale in genere • Fisica applicata alla medicina • Diagnostica • Terapia • Fisica ambientale • Controlli di processo