Conversione da Megapascal a Nanopascal

Informazioni sul Megapascal (MPa)

Il megapascal è un’unità di pressione pari a un milione di pascal, scritto MPa. Sono dieci bar, ed è esattamente un newton per millimetro quadrato. Quest’ultima identità è la ragione del predominio dell’unità in ingegneria: una tensione calcolata da una forza in newton e da un’area in millimetri quadrati esce in megapascal senza alcuna conversione.

La resistenza dei materiali si esprime in esso quasi senza eccezioni. Un acciaio da costruzione comune snerva a 355 megapascal, gli acciai legati ad alta resistenza oltre mille, le leghe di alluminio fra 200 e 500, e il calcestruzzo strutturale da 25 a 50 in compressione. Poiché sono proprio quelle cifre che un progettista confronta con una tensione calcolata, il megapascal è l’unità in cui si prescrive gran parte del mondo costruito.

I disegni strutturali scrivono spesso N/mm², e le due cose sono la stessa. Alcune norme nazionali preferiscono una forma e altre l’altra, ma una lamiera marcata 355 N/mm² e una marcata 355 MPa portano acciaio identico. Sapere che si tratta di una sola unità fa sparire ciò che sembra una discordanza fra disegni di paesi diversi.

Anche l’oleodinamica lavora a queste pressioni. Le macchine da cantiere funzionano a venti o trentacinque megapascal, le presse industriali più in alto, e il taglio a getto d’acqua raggiunge quattrocento, pressione alla quale un filo d’acqua di una frazione di millimetro taglia l’acciaio. Recipienti in pressione, condotte e stoccaggio di idrogeno si progettano e si collaudano tutti rispetto a cifre di questo intervallo.

Sopra il megapascal, il gigapascal subentra per la rigidezza anziché per la resistenza. Il modulo di Young dell’acciaio è circa 200 gigapascal, quello dell’alluminio 70 e quello del calcestruzzo 30, e quelle cifre descrivono quanto un materiale si deforma, non quando si rompe. Tenere la resistenza in megapascal e la rigidezza in gigapascal è una convenzione che rende le due facili da distinguere a colpo d’occhio.

Per convertire, un megapascal è dieci bar, 145 libbre per pollice quadrato e poco meno di dieci atmosfere. Quest’ultimo paragone merita di essere tenuto: una pressione di un megapascal è circa dieci volte quella che l’aria esterna esercita, il che colloca anche pressioni industriali modeste in una prospettiva umana utile.

Un megapascal equivale a 1 000 000 di pascal, a 10 bar, a 1 newton per millimetro quadrato o a circa 145 libbre per pollice quadrato.

Informazioni sul Nanopascal (nPa)

Il nanopascal è un’unità di pressione pari a un miliardesimo di pascal. Il suo simbolo è nPa. Segna l’estremo lontano della scala delle pressioni, la regione in cui l’idea di pressione come spinta su una superficie smette di servire e diventa un’affermazione su quanto poche siano le particelle presenti.

La dimora più netta dell’unità è il vuoto estremamente spinto. Il vuoto comune di laboratorio arriva ai millipascal; l’ultra alto vuoto, usato dalla fisica delle superfici e dai tubi di fascio degli acceleratori di particelle, arriva ai micropascal. Sotto si stende il vuoto estremamente spinto, in nanopascal e meno, e raggiungerlo richiede una camera a tenuta, ore di cottura a duecento gradi per cacciare il gas dal metallo stesso, e pompe che intrappolano le molecole invece di spingerle.

A quelle pressioni una camera non è vuota. Un nanopascal contiene ancora qualcosa come un quarto di milione di molecole per centimetro cubo, il che pare moltissimo finché non lo si confronta con i venticinque miliardi di miliardi che stanno nello stesso volume d’aria di una stanza. Ciò che conta non è il numero ma il libero cammino medio: una molecola viaggia ormai migliaia di chilometri prima di urtarne un’altra, sicché batte sulle pareti molto prima d’incontrare una vicina.

È proprio questo il punto. La scienza delle superfici richiede che un campione resti pulito per l’intera durata di un esperimento, e alle pressioni ordinarie una superficie appena fatta si ricopre di uno strato di gas adsorbito in circa un nanosecondo. A un nanopascal la stessa superficie resta pulita per giorni. Il vuoto non è lì per togliere aria ma per comprare tempo.

Lo spazio offre il confronto naturale. L’orbita terrestre bassa si aggira sul micropascal, ancora densa abbastanza perché l’atmosfera freni i satelliti e finisca per farli cadere. Lo spazio interplanetario si conta in nanopascal. Lo spazio interstellare sta assai più in basso, intorno al femtopascal, che nessuna pompa terrestre ha mai eguagliato: i migliori vuoti di laboratorio restano più densi dello spazio fra le stelle.

La pressione di radiazione cade in terreno simile. La luce solare su una superficie perfettamente assorbente, alla distanza della Terra, esercita circa 4,5 micropascal, e alla distanza dei pianeti esterni scende ai nanopascal. Le vele solari lavorano con questi numeri, ed è per questo che devono essere enormi e leggere per raccogliere una forza utilizzabile.

Un nanopascal equivale a 0,000000001 pascal, a 0,001 micropascal, a 1000 picopascal o a circa 0,000000000000145 libbre per pollice quadrato.