Le dimensioni contano: le economie di scala, dal molto grande al molto piccolo – Physics World

Centocinquant’anni fa negli Stati Uniti, la potenza combinata di quattro robusti cavalli attaccati a un aratro non superava i 3 kilowatt – e più della metà dell’intera forza lavoro lavorava nelle fattorie. Oggi anche il più piccolo trattore John Deere produce 120 kilowatt e circa l'1.3% dei lavoratori è impiegato in agricoltura. Ciò significa che in quel periodo la potenza nominale delle macchine agricole è stata moltiplicata per 40 e la forza lavoro rurale è stata divisa per 40, il che non è certo una coincidenza.

Nei trasporti, sia le navi moderne che i grandi aerei di linea possono generare fino a 90 megawatt. Ciò le rende quasi 1000 volte più potenti di una tipica piccola automobile e 100,000 volte più potenti di una ruota idraulica del 19° secolo. E queste non sono nemmeno le macchine più potenti in circolazione: alcuni motori a vapore che generano elettricità funzionano oggi a 1000 megawatt. Mettendo da parte l’impatto ambientale, questi enormi aumenti di potere hanno portato un eccesso di cibo e beni di consumo a prezzi accessibili in una società prevalentemente urbana, con un maggiore accesso alle informazioni e alla mobilità.

Lo scienziato e politico ceco-canadese Vaclav Smil analizza questa crescita di scala e di potere nel suo ultimo libro Dimensioni: come spiega il mondo. Smil è un autore prolifico che ha già pubblicato più di 40 libri su argomenti che vanno dall'energia e la produzione alimentare all'innovazione tecnica e alle politiche pubbliche. In questo lavoro, rivisita alcuni di questi territori, collegandoli insieme con una discussione sulle dimensioni, anche se potrebbe essere più accurato dire che il libro riguarda le proporzioni.

Taglia non è così banale quanto semplicemente un elenco di cose che sono diventate molto grandi nel corso dei secoli. Vengono discussi i limiti fisici di tale crescita: la dimensione delle petroliere, ad esempio, è spesso espressa in tonnellaggio di portata lorda (dwt), e le dimensioni di queste navi sono aumentate costantemente da circa 20,000 dwt dopo la seconda guerra mondiale a circa 300,000 dwt entro l'anno successivo. gli anni '1970. Non ci sono limitazioni ingegneristiche per renderli più del doppio di quelle dimensioni, eppure ciò non è successo. Smil sottolinea che ciò è dovuto al fatto che solo una manciata di porti in acque profonde nel mondo possono ospitare tali mega-navi, e non sarebbero in grado di passare attraverso i canali di Suez o di Panama.

All'estremità opposta della scala dimensionale, discute Smil La legge di Moore, in cui l'ingegnere Gordon Moore predisse nel 1965 il rapido raddoppio del numero di componenti inseriti in un microchip. Un grafico del numero di transistor in funzione del tempo mostra che la legge è stata mantenuta per molti decenni, ma che c’è stato un leggero livellamento dal 2008. Smil collega questo calo al lavoro dell’ingegnere elettrico statunitense Robert Dennard, che ha dimostrato che come i transistor diventano più piccoli, possono essere fatti funzionare più velocemente senza aumentare il consumo energetico complessivo, ma questo effetto di scala aveva già iniziato a raggiungere il suo limite negli anni ’1990. I futuri miglioramenti potrebbero anche essere controllati sia dai limiti naturali della litografia, dalla tecnica di stampa a luce ampiamente utilizzata, sia dagli enormi investimenti necessari per sviluppare un nuovo impianto di produzione.

Taglia va anche oltre la semplice analisi della tecnologia. Nel tentativo di apprezzare la scala umana in tutti gli aspetti del design, Smil inizia con una lunga discussione sui giganti incontrati in i viaggi di Gulliver. Apprendiamo che, nonostante i tentativi di Jonathan Swift di costruire il suo mondo fittizio con una certa plausibilità, una moderna comprensione dei materiali rivela che i suoi giganti non sarebbero stati in grado di camminare in posizione eretta. Peggio ancora, il loro rapporto massa-superficie avrebbe reso loro molto difficile raffreddarsi, un problema rispecchiato nei lillipuziani significativamente più piccoli, che avrebbero dovuto mangiare quasi costantemente per mantenere la temperatura corporea.

La natura frammentaria degli argomenti nel libro potrebbe impedirgli di presentare una tesi coerente, ma non per questo è meno divertente. La lunga discussione sulle distribuzioni normali e su come si applicano a questioni diverse come la distribuzione del reddito, così come le altezze dei giocatori di basket, è sia istruttiva che divertente. Mi è piaciuta anche la sezione sul corpo umano e sull'attrattiva percepita, che porta ad un'analisi di come siamo rappresentati nei dipinti. Ciò a sua volta ci porta a un meraviglioso sfogo sulla presunta ubiquità della “sezione aurea” nell’arte e nel design. Smil affronta questo concetto con un certo scetticismo, concludendo che il cosiddetto rapporto non può essere espresso esattamente come una frazione, e quindi non è nemmeno veramente un rapporto.

Tutto sommato, sospetto che molti Mondo della fisica i lettori sarebbero felicissimi di trovare questo libro ad aspettarli sotto l’albero di Natale. In effetti, sarebbe un materiale di lettura perfetto per chiunque ami l'analisi matematica del mondo che lo circonda e si ritrovi con un po' di tempo libero.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/size-matters-the-economies-of-scale-from-the-very-big-to-the-very-small/