Energia dalle vibrazioni, l’idea viene da un gioco

Trento. L’asticella si mette a girare come un’elica quando il pezzo di legno, su cui è fissata, viene fatto vibrare. È la “magia” di un gioco tradizionale, diffuso soprattutto in Asia e conosciuto con vari nomi: Notched Stick, Hui game, Girigiri−Garigari, Gee−haw whammy diddle, Bozo−bozo. Un divertimento per generazioni di bambini e di bambine, ma anche un oggetto di studio intrigante per la comunità scientifica che nel suo funzionamento trova dimostrazione di alcune leggi fondamentali della fisica. Risale, infatti, al 1937 uno dei primi studi, mentre il più recente è stato pubblicato oggi dalla rivista “Plos One”.
L’articolo uscito su “Plos One” (con il titolo “The Notched Stick, an ancient vibrot example”) è stato scritto da Claudio Della Volpe e Stefano Siboni professori del Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e meccanica dell’Università di Trento, e con Marica Broseghini (allora dottoranda, ora ricercatrice all’Institute of Coastal research del Helmholtz-Zentrum di Geesthacht) e Clara Ceccolini (allora laureanda triennale, ora alla magistrale di Energetica).
Spunto dello studio? Una manifestazione cittadina (le Feste Vigiliane organizzata a Trento nella ricorrenza del patrono, San Vigilio), alla quale tre anni fa era presente un falegname locale (Silvio Menestrina di Aldeno, comune a dieci chilometri dal capoluogo) con i suoi manufatti. «Rimasi molto colpito da quel piccolo gioco di legno, pensavo ci fosse un trucco» racconta Claudio Della Volpe. «Quando ho capito che era la vibrazione a far girare l’elica, ho pensato che attraverso questo gioco avremmo potuto spiegare in modo semplice le leggi sulla fisica che regolano il movimento e le condizioni che permettono la conversione di vibrazioni meccaniche in un movimento rotatorio».
Il gruppo è arrivato a risultati che aprono la strada allo sviluppo di nuove tecnologie per l’industria. «Lo studio del modo in cui il Notched Stick converte una forza vibrante in un movimento rotatorio – spiega Della Volpe – permette di studiare lo sviluppo di nuove tecnologie capaci di trasformare anche le vibrazioni acustiche in energia meccanica. Un esempio di applicazione? Facilitare l’avvitamento delle viti comuni o impedirne l’allentamento».
Il lavoro del gruppo di ricerca si è articolato in tre fasi. Innanzitutto un’analisi qualitativa di alcuni modelli di gioco, poi la dimostrazione sperimentale (documentata attraverso una serie di video) del loro funzionamento, infine la descrizione del processo attraverso alcune equazioni matematiche.
Dagli esperimenti emerge che non ha importanza la forma dei pezzi del gioco (possono essere a base quadrata, rettangolare o circolare) né il materiale usato (legno, plastica, metallo): questi dettagli non cambiano il meccanismo che porta le vibrazioni a trasformarsi in movimento rotatorio. Il dispositivo si comporta un po’ come il vecchio hula-hoop, un altro gioco comune ma basato su una fisica complessa, solo che in questo caso ha un asse orizzontale.

L’articolo è stato pubblicato oggi da Plos One con il titolo “The Notched Stick, an ancient vibrot example”.
È stato scritto da Marica Broseghini e Clara Ceccolini coordinate da Stefano Siboni e Claudio Della Volpe, entrambi docenti del DICAM
Il lavoro è disponibile in open access all’indirizzo: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0218666

Foto, Notched Stick Uni Trento/© Giovanni Cavulli.