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perché un aereo vola
nome
perché un aereo vola
descrizione
articolo base sui concetti di aerodinamica e portanza
autori
annina motta, antonella ponti, clarissa steiner, Dario Colombo, debby viganò, jessica alberti, Maria Fumagalli, Michele De Angelis, ottorino piccinato, piero bertè, russel davidson
come sempre premettiamo che questa pagina è stata redatta con lo scopo di illustrare i principi generali che regolano l'aerodinamica, e la spiegazione del perché un aereo vola, in modo discorsivo e non scientifico

prima di affrontare l'argomento ti invitiamo a leggere la pagina dedicata alla forma aerodinamica per ottenere informazioni utili alla comprensione di questa pagina

abbiamo visto che la migliore forma aerodinamica è quella a goccia, o ala, perché i flussi dell'aria devono scorrere lungo l'oggetto senza creare vortici dannosi all'efficienza aerodinamica; e abbiamo anche visto che gli stessi flussi devono ricongiungersi alle spalle dell'oggetto in modo fluido e regolare
la forma gialla rappresentata qui sopra è un'ottima forma aerodinamica perché permette all'oggetto di avanzare (verso sinistra) senza vortici e con flussi regolari

ora ci interessa che, sempre per una miglior comprensione di questa pagina, tu dia un'occhiata alla nostra pagina che parla del tubo di venturi e che spiega, per sommi capi, le differenze di pressione che un fluido dove subire mentre attraversa un tubo a sezione variabile

in pratica avviene che, contrariamente a quanto si potrebbe immaginare, la pressione diminuisce lungo la strozzatura, mentre invece aumenta la velocità: non a caso questo principio viene chiamato viene chiamato paradosso idrodinamico, perché sembra andare contro ogni senso logico comune
il paradosso idrodinamico evidenzia il fatto che dove la sezione del tubo è maggiore abbiamo una pressione maggiore (+p) e una velocità inferiore (-v) rispetto alla strozzatura in cui la pressione scende (-p) e la velocità aumenta (+v)

torniamo alla nostra forma a goccia o ala, che d'ora in poi chiameremo "ala", presentandoti due nostri cari amici; sono due moschini (sì, proprio due moschini!): mosquito pino e mosquito gino

per noi saranno semplicemente pino e gino e verranno rappresentati come due cerchietti/puntini neri

importante: fermati un attimo e rifletti su quanto detto finora, e pensa al principio secondo il quale in un flusso d'aria che è costretto ad aumentare la propria velocità a causa di una strozzatura vi è una pressione inferiore (ricorda il paradosso!) rispetto a un flusso che invece diminuisce la velocità perché passa in una sezione più grande e quindi con una pressione maggiore

non proseguire la lettura se non hai ben presente questo principio altrimenti non riuscirai a comprendere tutto quanto è scritto nelle righe successive

ultima premessa: ricorda sempre che, per semplicità di rappresentazione, consideriamo che siano i flussi d'aria (le righe blu) a muoversi attorno l'oggetto (giallo), mentre invece è quest'ultimo che sta avanzando all'interno del fluido (guarda la freccia rossa) come se fossimo all'interno di una galleria del vento in cui l'oggetto sta fermo e l'aria si muove
pino e gino si trovano a sinistra, quindi davanti all'ala che si muove da destra verso sinistra

poiché i flussi scorrono lungo il profilo dell'ala, pino e gino si ritroveranno poi alle spalle dell'ala nella stessa identica posizione e soprattutto nello stesso momento: questo è un passaggio fondamentale per capire quelli successivi; ripetiamo: pino e gino seguono i flussi dell'aria e, prima o poi, si ritroveranno nella stessa identica posizione in cui erano prima di incontrare l'ala gialla

è proprio così perché abbiamo visto che l'aria è un fluido molto elastico, "gommoso", che si allarga e si restringe ma che... prima o poi ritornerà allo stato iniziale di quiete anche per la pressione atmosferica che fa sì che tutto torni alle condizioni iniziali

ora, se guardiamo ancora la figura sopra, possiamo immaginare che i mosquito pino e gino si spostano dalla loro posizione originale per far passare l'ala: pino in alto, gino in basso

e quindi seguono la traiettoria indicata in blu: abbiamo tolto tutte le altre linee blu dei flussi d'aria per rendere il concetto il più semplice possibile

guarda bene la forma dell'ala: non solo è aerodinamica ma è anche simmetrica, cioè la curvatura superiore è identica a quella inferiore; questo concetto è fondamentale per comprendere il volo!

durante il passaggio dell'ala pino e gino hanno seguito un percorso identico e hanno quindi raggiunto la stessa velocità: stesso percorso, stessa velocità

ora invece complichiamo un po' le cose e disegniamo un'ala asimmetrica, il cui profilo è più bombato nella parte superiore rispetto a quella inferiore

infatti, guardando la figura sottostante, vedi chiaramente che la misura "a" è decisamente maggiore di "b"
cosa ne possiamo dedurre?

ne deduciamo che pino ha percorso una distanza maggiore dell'amico gino perché si è allontanato di più dalla linea centrale che divide le due sezioni gialla e fucsia (le abbiamo colorate diversamente proprio per evidenziare questo aspetto)

quindi, se pino e gino devono assolutamente trovarsi nella stessa posizione prima e dopo il passaggio dell'ala, e se pino ha percorso una distanza maggiore, è evidente che pino ha percorso il suo tratto a una velocità maggiore: è stato obbligato a farlo se voleva incontrare gino dopo il passaggio dell'ala

è davvero evidente? per noi sì, ma se a questo punto hai dei dubbi rileggi questi ultimi passaggi, e non proseguire la lettura se non sei pienamente convinta/o

rivediamo la stessa immagine...

pino è stato più veloce di gino perché a > b (a è maggiore di b): una maggiore distanza nella stessa unità di tempo equivale a una maggiore velocità

e allora?

allora questo significa che, se riguardi l'immagine del paradosso idrodinamico, a una maggior velocità del flusso corrisponde una minor pressione del fluido stesso

significa che lungo il percorso di pino, che è più veloce, si crea una diminuzione di pressione (+ v -p) mentre lungo il percorso di gino, che è meno veloce, si crea un aumento di pressione (- v + p)

se ne può dedurre che si è creata una minor pressione in alto e una maggior pressione in basso: la differenza di pressione spinge l'ala verso l'alto (immagine sotto, freccia bianca in alto): l'ala si alza, quindi l'aereo vola!
riassumendo: dando per scontato il paradosso sulle pressioni, e intuendo che pino e gino viaggiano a velocità diverse, otteniamo una differenza di pressione tale per cui, durante il suo avanzamento, l'ala si alza

ovviamente ciò avviene se la differenza di pressione è maggiore del peso dell'ala

eh sì perché la forza di gravità c'è, esiste, e non si può annullare

quindi, se l'ala pesa 100 chili e la differenza di pressione è di 90... l'ala non si alza

ma se riusciamo a progettare un profilo asimmetrico per cui l'ala subisce una spinta verso l'alto maggiore del peso dell'ala stessa, ecco che decolliamo

e non dimentichiamo che l'altra componente essenziale per il decollo è la velocità: se l'aereo resta fermo nell'hangar o lungo la pista non decollerà mai...

ma più aumentiamo la velocità più aumentano le probabilità di staccarsi dal suolo

detto questo, vediamo come possiamo far crescere la spinta verso l'alto variando la forma e la posizione dell'ala: lo facciamo nella pagina denominata "come aumentare l'efficienza di un'ala"

fuori onda...

gino: "la vogliamo smettere con queste dimostrazioni assurde? l'ultima volta ho rischiato di essere colpito da un'elica, grrr"

pino: "gino svegliati: nonostante io debba essere sempre più veloce di te non ho mai rischiato nulla! forse sarebbe meglio che togliessi il sombrero:-)"

nessun animale è stato maltrattato durante la produzione di questo articolo: tutti i mosquito godono tuttora di ottima salute