Nubi, pompe e trombette da stadio

Cosa accomuna alcune strutture meteorologiche, le pompe da bicicletta e le trombette da stadio? Sono tutti fenomeni che sottintendono alla stessa legge fisica, cioè la legge dei gas nel caso adiabatico. Tutti noi, e soprattutto i ciclisti, sanno bene che dopo aver gonfiato le ruote della bicicletta, la pompa si riscalda. Ed i tifosi conoscono bene il fatto che la bomboletta delle trombette da stadio si raffredda di colpo quando le suoniamo.

Ma cosa vuol dire adiabatico? Una trasformazione si dice adiabatica quando non avviene scambio di calore con l'esterno, o perchè il sistema è ben isolato, o perchè il tutto avviene con una elevata rapidità. Ciò vuol dire che il calore prodotto o sottratto dal sistema rimane all'interno del sistema stesso, dato che non può essere ceduto o acquistato da corpi esterni.

La legge che regola le trasformazioni adiabatiche afferma che il prodotto tra il volume di un gas e la sua temperatura rimane costante, vale a dire che se il gas aumenta di volume, la sua temperatura deve diminuire. E questo è proprio il caso della trombetta da stadio: premendo il bottone, il gas viene espulso rapidamente dalla bomboletta, espandendosi (oltre naturalmente a produrre il fragoroso suono). Avendo aumentato rapidamente il volume, per la legge adiabatica la temperatura del gas deve diminuire, producendo un raffreddamento della bomboletta e quindi della nostra mano. L'effetto opposto si ha con la pompa della bicicletta: le continue compressioni fanno diminuire il volume dell'aria all'interno della pompa, con il conseguente riscaldamento della stessa.

Ma la stessa legge si applica anche a fenomeni di dimensioni ben più grandi, come quelli meteorologici: in una bassa pressione, l'aria è costretta a salire, ma salendo incontra zone a pressione più bassa (visto che la pressione cala con la quota) e quindi si espande. L'aumento di volume, come nel caso della trombetta, determina una diminuzione della temperatura della massa d'aria stessa, fino a che non viene raggiunta la temperatura di saturazione ed il vapore contenuto inizia a condensare, formando le nubi.

Dall'altro lato, in una zona di alta pressione, l'aria è costretta a scendere verso la superficie terrestre, incontrando via via  zone a pressione più alta. Questa compressione riduce il volume della massa d'aria, la quale, come nel caso della pompa, si riscalda. Questo aumento di temperatura asciuga la massa d'aria, inibendo la formazione di nubi e regalandoci così le condizioni di tempo soleggiato tipico delle alte pressioni. Ecco in pratica spiegato perchè in caso di bassa pressione il tempo è brutto, mentre in caso di alta pressione il tempo è bello. Ma la stessa legge spiega anche il perchè i venti di caduta (tipo il foehn alpino o il garbino appenninico) sono venti caldi e secchi, oltre che intensi.