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la forma aerodinamica
nome
la forma aerodinamica
descrizione
articolo base sui concetti di aerodinamica
autori
annina motta, antonella ponti, clarissa steiner, Dario Colombo, debby viganò, jessica alberti, Maria Fumagalli, Michele De Angelis, ottorino piccinato, piero bertè, russel davidson
questa pagina è stata redatta con lo scopo di illustrare i principi generali che regolano l'aerodinamica e la ricerca della migliore forma aerodinamica

l'obiettivo non è quello di trattare la materia in modo scientifico, ma semplicemente quello di illustrare il frutto di queste ricerche e il design di oggetti che nascono da principi aerodinamici e quindi non devono la propria forma a sole esigenze di natura estetica

l'aerodinamica è la parte della meccanica che studia il moto dell'aria e le forze che questa esercita sui corpi in quiete o in moto relativo rispetto ad essa

molti di noi sono pronti a pensare che un oggetto appuntito abbia un'ottima forma aerodinamica, e che quindi, muovendosi all'interno del fluido (aria nel nostro caso) riesca ad esprimere il massimo dell'efficienza aerodinamica

ora vediamo perché invece non è così avvalendoci di qualche immagine che ci aiuti a comprendere meglio i principi essenziali

per comodità nostra nel disegnare, e tua nel leggere le immagini, queste ultime ti saranno proposte con l'oggetto fermo e un flusso d'aria che gli va incontro da sinistra a destra, mentre nella realtà è l'oggetto che si muove all'interno del fluido

quindi nella prima immagine vediamo un oggetto giallo dalla forma appuntita e un flusso d'aria che gli va incontro

sempre per comodità di rappresentazione il flusso è rappresentato da linee parallele (per il momento) che stanno per incontrare l'oggetto
poiché l'oggetto è impenetrabile le linee divengono e si comprimono lungo le pareti dell'oggetto stesso
immagina che il fluido - nel nostro caso è aria - si comporti come gomma elastica, e cioè che si deformi per poi tornare allo stato originale; ciò avviene perché la massa d'aria non è presente solo nelle immediate vicinanze del nostro oggetto, ma invece lo circonda e lo sovrasta per decine di chilometri

l'aria, pur essendo un gas e quindi possedendo un peso specifico molto basso, ha comunque un proprio peso che è calcolato in circa 10 chilogrammi ogni centimetro quadro

quindi l'aria esercita una pressione il cui valore, espresso in "atmosfere", è di 1 atmosfera oppure circa 1.000 millibar o 1 bar

in pratica significa che, a causa della presenza di questo spessore di aria sopra di noi, ogni centimetro quadrato del nostro corpo e di tutti gli oggetti che ci circondano subiscono la pressione appunto di una atmosfera

tornando al nostro oggetto in movimento, anche gli strati d'aria che vengono allontanati dalla propria posizione originale tendono a ritornare nella posizione precedente perché spinti dalla pressione di una atmosfera da tutte le direzioni

è importante che comprendiamo questo meccanismo, che magari ci sembra nascosto in quanto l'aria è impalpabile e trasparente, ma ha comunque una propria densità, anche se decisamente inferiore a un oggetto di metallo o legno o plastica

torniamo al nostro oggetto in movimento

dicevamo che, poiché l'oggetto è impenetrabile, le linee divengono e si comprimono lungo le pareti dell'oggetto stesso

poi però, nel momento in cui l'oggetto non è più presente, l'aria tende a rioccupare lo spazio dietro all'oggetto in movimento

ma l'aria, pur essendo molto "elastica", non riesce a farlo subito ma a una certa distanza in funzione della forma dell'oggetto e della sua velocità

quindi dietro all'oggetto si viene a creare una zona in cui l'aria è estremamente rarefatta rispetto alla parte frontale: alcuni parlano di "vuoto" ma in realtà non si tratta di vuoto ma di una forte depressione, cioè di bassa pressione

ma se l'oggetto in movimento subisce una pressione nella parte anteriore, dovuta all'impatto con l'aria, e una depressione nella zona posteriore, allora significa che l'oggetto tende ad occupare lo spazio in cui la pressione è inferiore, cioè la zona dietro all'oggetto stesso

quindi è come che l'oggetto venisse "aspirato" dal "vuoto" che lui stesso crea durante l'avanzamento; ed ecco che l'oggetto viene rallentato due volte: prima dall'impatto frontale con l'aria e poi dalla sua aspirazione verso la bassa pressione che si crea dietro di lui

abbiamo rappresentato la "aspirazione" verso il "vuoto" con una freccia rossa e tratteggiata rivolta all'indietro: utilizzeremo la stessa freccia anche nelle immagini successive
questo è il motivo per cui un oggetto a coda tronca non è molto aerodinamico: lascia un grosso "vuoto" dietro di sé

se volessimo progettare una forma aerodinamica dovremmo ridurre il più possibile l'area di "vuoto" che si forma alle spalle dell'oggetto, di seguito raffigurata in grigio
se riuscissimo ad impedire che dietro all'oggetto si creasse il cosiddetto vuoto con vortici d'aria (dannosi) e forti discontinuità nell'andamento dei flussi d'aria, allora saremmo in grado di ottenere un oggetto che non viene "aspirato" indietro ma che, anzi, permette ai flussi d'aria di scorrere lungo le sue pareti e ricongiungersi alle sue spalle con il minor numero possibili di vortici
l'ideale quindi sarebbe la creazione di una forma che va a riempire tutta la zona bianca rappresentata dalla figura sopra, e cioè questa qui sotto
questa forma viene chiamata goccia o anche ala perché è la tipica sezione dell'ala di aeroplano

quindi è sfatato il mito degli oggetti a punta, che sembrano efficienti dal punto di vista aerodinamico ma che in realtà non lo sono affatto

ora che sappiamo che la forma a goccia/ala è tra le più aerodinamiche che conosciamo (la scienza è in continua evoluzione, per cui è possibile che in futuro possano esistere varianti migliori...) andiamo a scoprire perché un aereo vola!