Effetto Marangoni: la fisica delle lacrime del vino

Versate un buon vino rosso in un calice, fatelo roteare e osservate il bordo: dopo qualche istante, sopra il livello del liquido, si formano archi trasparenti che si gonfiano in goccioline e ricadono lentamente, come una pioggia in miniatura. Sono le celebri "lacrime del vino", dette anche archetti o gambe. Dietro questo piccolo spettacolo da tavola si nasconde un principio fisico tutt'altro che banale, l'effetto Marangoni, che governa fenomeni che vanno dalla saldatura dei metalli all'asciugatura dei film sottili.

Una scoperta del 1855 (e un nome italiano)

Il primo a dare una spiegazione corretta fu il fisico britannico James Thomson, fratello maggiore di William Thomson (Lord Kelvin), in un articolo del 1855: le lacrime, intuì, nascono da differenze di tensione superficiale fra acqua e alcol. Il fenomeno prese però il nome dal fisico italiano Carlo Marangoni, che lo studiò in modo sistematico nella sua tesi di laurea all'Università di Pavia, pubblicandone i risultati nel 1865. Da allora si parla di "flusso di Marangoni" ogni volta che un liquido si muove lungo una superficie spinto da un gradiente di tensione superficiale, come spiega la voce Marangoni effect.

Il motore nascosto: alcol che evapora

La chiave è che acqua e alcol hanno tensioni superficiali molto diverse: quella dell'acqua è alta, quella dell'etanolo decisamente più bassa. Quando il vino bagna la parete del calice, un sottilissimo film risale per capillarità. Da quel film l'alcol, più volatile, evapora più rapidamente dell'acqua. Il liquido che resta è quindi più ricco d'acqua e ha una tensione superficiale maggiore: tira a sé il liquido circostante, più alcolico e "debole", richiamando altro vino verso l'alto. La tensione superficiale, in pratica, funziona come una rete elastica che si contrae dove è più forte.

Il film continua così a salire finché, accumulato troppo liquido, la gravità vince: si formano le gocce che scivolano giù, lasciando il posto a nuove lacrime. È un ciclo che si autoalimenta finché c'è alcol da far evaporare; ecco perché i vini più alcolici e i distillati mostrano archetti più marcati. Contrariamente a una credenza diffusa, le lacrime non misurano la "qualità" del vino, ma soprattutto il suo tenore alcolico e la presenza di zuccheri e glicerolo, che ne aumentano la viscosità.

Lo stesso identico principio si osserva con un esperimento casalingo: bagnate un piatto con un velo d'acqua, cospargetelo di pepe e toccate il centro con uno stuzzicadenti intinto nel sapone. Il pepe schizzerà di colpo verso i bordi. Il sapone abbassa la tensione superficiale al centro e il liquido circostante, dove la tensione è ancora alta, si ritrae trascinando tutto con sé. È il flusso di Marangoni allo stato puro, lo stesso che tiene in piedi le pareti delle bolle di sapone grazie alla cosiddetta elasticità di Gibbs-Marangoni.

Non solo vino: dove l'effetto Marangoni conta davvero

Il flusso di Marangoni è una forza onnipresente nei processi in cui contano superfici e gradienti. Nella saldatura e nella fusione dei metalli determina come si muove il bagno fuso e quindi la forma del cordone di saldatura. Nell'industria dei semiconduttori e dei rivestimenti guida l'asciugatura dei film sottili, decidendo se restano uniformi o si formano aloni e difetti. Lo stesso meccanismo spiega il fastidioso "anello del caffè" che resta quando una macchia si asciuga, ed è sfruttato perfino in microfluidica per spostare minuscole gocce senza parti meccaniche. In assenza di gravità, sulla Stazione Spaziale Internazionale, la convezione di Marangoni diventa addirittura il principale modo in cui il calore rimescola un liquido, tanto da essere oggetto di esperimenti dedicati per migliorare la crescita dei cristalli e il raffreddamento dei materiali fusi.

Una fisica ancora viva

Nonostante la spiegazione di base abbia oltre 150 anni, le lacrime del vino continuano a incuriosire i ricercatori. Uno studio pubblicato su Scientific Reports nel 2015 ha mostrato che il fenomeno dipende in modo sottile dalla concentrazione di alcol e che esiste una soglia sotto la quale le lacrime non si formano affatto. Più di recente, ricerche raccolte in una rassegna su Advances in Colloid and Interface Science hanno descritto come, in certe condizioni, il film di vino non salga in modo regolare ma generi vere e proprie onde d'urto sulla parete del bicchiere, una dinamica più complessa di quanto Thomson potesse immaginare.

Capire questi flussi non è un puro vezzo accademico. Gli stessi gradienti di tensione superficiale che disegnano le lacrime sul vetro decidono se una vernice si stende uniforme o si raggrinzisce, se una goccia di inchiostro per stampanti deposita un punto netto o sbavato, se il rivestimento di un farmaco si essicca senza crepe. Studiare il vino, in fondo, è un modo economico e visibile per osservare leggi che valgono per processi industriali da miliardi di euro.

La prossima volta che farete roteare un calice, insomma, starete osservando un piccolo laboratorio di fluidodinamica: lo stesso principio che, su scala industriale, salda i metalli e asciuga i microchip si manifesta, silenzioso e gratuito, sul vetro davanti a voi.