5.2 Il Problema di Roberto
(come salvare i pesci nello stagno)

Nel giardino di Roberto c’è un piccolo stagno nel quale vivono pesci rossi.
Il problema che si pone Roberto è: come fanno a sopravvivere i pesciolini, se l’inverno è rigido e l’acqua si congela?

Interviene Andrea, il fratello maggiore, che lo rassicura con le seguenti considerazioni.
Supponiamo che inizialmente la temperatura dello stagno sia 10°C. Quando la temperatura esterna diminuisce comincia a raffreddarsi l’acqua che si trova in vicinanza della superficie, ma, mentre diminuisce la temperatura, a causa del comportamento anomalo dell’acqua (vedi grafico della densità dell’acqua in funzione della temperatura nell’intervallo 10°C-0°C) la densità cresce e raggiunge il massimo intorno ai 4°C.
L’acqua in superficie scende quindi verso il fondo e sale acqua a temperatura maggiore. E questo si ripete fino a quando tutta l’acqua dello stagno ha raggiunto la temperatura di 4°C. A questo punto l’acqua in superficie può raffreddarsi ulteriormente fino a 0°C e si può formare uno strato di ghiaccio, che è tanto più spesso, quanto più l’inverno è rigido.
Nell’interno dello stagno l’acqua mantiene una temperatura di circa 4°C e i pesciolini possono sopravvivere tranquilli, aspettando il disgelo.