| Riferimento | Pascal (Pa) | Terapascal (TPa) |
|---|---|---|
| Atmospheric pressure at sea level | 101325 Pa | 0.000000101325 TPa |
| Healthy blood pressure (120 mmHg) | 16000 Pa | 0.000000016 TPa |
| A car tyre | 220000 Pa | 0.00000022 TPa |
| A racing bicycle tyre | 600000 Pa | 0.0000006 TPa |
Il pascal è l’unità di pressione del Sistema internazionale e si scrive Pa. È definito come un newton di forza distribuito su un metro quadrato, e porta il nome di Blaise Pascal, i cui esperimenti con i barometri negli anni quaranta del Seicento stabilirono che l’aria pesa e che la sua pressione cala con la quota. La Conferenza generale dei pesi e delle misure adottò il nome nel 1971.
È un’unità notevolmente piccola. La pressione atmosferica al livello del mare è di 101 325 pascal, sicché la pressione sotto cui tutti vivono è un numero di sei cifre, e quasi ogni uso pratico dell’unità porta perciò un prefisso. Quella scomodità non è un difetto di progetto ma una conseguenza della coerenza: il newton e il metro quadrato furono fissati prima, e il pascal è ciò che esce dividendo l’uno per l’altro.
L’acustica è il campo in cui i pascal nudi suonano naturali. La pressione di riferimento della scala dei decibel è di venti micropascal, presi come il suono più debole che un orecchio giovane e sano possa rilevare, e una conversazione ordinaria si aggira sui 0,02 pascal di pressione sonora. La soglia del dolore sta vicino ai 63 pascal, sicché l’intero campo dell’udito umano copre circa sei ordini di grandezza in questa unità.
Gli oggetti di tutti i giorni danno il senso della scala. Un foglio di carta da ufficio posato piatto preme sul tavolo con circa 0,8 pascal. Una brezza leggera esercita qualche pascal su una parete, e la differenza di pressione che muove la ventilazione di un edificio sta di norma fra dieci e cinquanta. Tutto ciò che una persona avverte come forza si conta già a migliaia.
Le forme con prefisso svolgono il lavoro vero. La meteorologia usa gli ettopascal, numericamente identici ai vecchi millibar, sicché una lettura di 1013 in un bollettino non richiese di reimparare nulla. L’ingegneria usa i chilopascal per le pressioni di pneumatici e fluidi, e la scienza dei materiali i megapascal e i gigapascal per resistenza e rigidezza, essendo un megapascal un newton per millimetro quadrato.
Il pascal compare inoltre ovunque si intenda una tensione anziché una pressione, poiché le due hanno le stesse dimensioni. Modulo di Young, carico di snervamento e sforzo di taglio si danno tutti in pascal o nei suoi multipli, ed è per questo che una sola unità abbraccia la pressione di uno pneumatico e la rigidezza dell’acciaio.
Un pascal equivale a 1 newton per metro quadrato, a 0,01 millibar, a circa 0,0000099 atmosfere o a circa 0,000145 libbre per pollice quadrato.
Il terapascal è un’unità di pressione pari a mille gigapascal, scritto TPa. Sono dieci milioni di bar. Nulla di ciò che gli ingegneri costruiscono lavora a questa pressione, e l’unità appartiene piuttosto a due angoli assai distinti della scienza: la rigidezza dei materiali più tenaci conosciuti e l’interno dei pianeti grandi.
Le nanostrutture di carbonio l’hanno messa sulla carta. Un nanotubo di carbonio a parete singola ha un modulo di Young vicino a un terapascal, e un foglio di grafene altrettanto, il che ne fa i materiali più rigidi mai misurati rispetto al loro peso. Il diamante, a lungo il riferimento, si colloca a 1,2 terapascal. Quelle tre cifre sono la ragione per cui l’unità compare del tutto nella scienza dei materiali.
La rigidezza a questo livello non è la stessa cosa della resistenza. Un nanotubo si oppone enormemente all’allungamento, ma una fibra reale fatta di molti di essi cede a una tensione assai più bassa, perché i tubi scivolano l’uno sull’altro. Confondere un modulo di un terapascal con una resistenza a rottura di un terapascal è uno degli errori più comuni nei racconti divulgativi su questi materiali.
L’interno dei pianeti raggiunge pressioni di terapascal autentiche. Il centro di Giove è stimato a tre o quattro terapascal, e i nuclei di giganti gassosi più grandi oltre. In tali condizioni l’idrogeno si comporta come un metallo, ed è ciò che genera il campo magnetico del pianeta, sicché l’unità descrive uno stato della materia e non un carico su una struttura.
I laboratori vi arrivano ormai per brevi istanti. La compressione d’urto guidata da laser e le tecniche magnetiche impulsive spingono i campioni nella gamma del terapascal per nanosecondi, abbastanza a lungo da registrare come rispondano densità e struttura di un materiale. Quegli esperimenti sono l’unica prova diretta disponibile sulla materia nelle condizioni dell’interno dei pianeti giganti.
Per dare la scala, un terapascal è dieci milioni di volte la pressione atmosferica e circa tre volte la pressione al centro della Terra. Il numero smette di essere qualcosa che una persona possa sentire e diventa la descrizione di ciò che fanno gli atomi quando li si stringe abbastanza da cambiarne la chimica.
Un terapascal equivale a 1 000 000 000 000 di pascal, a 1000 gigapascal, a 10 000 000 di bar o a circa 145 milioni di libbre per pollice quadrato.