Perché gli aerei volano?

Poter volare è stato uno dei grandi sogni degli esseri umani fin da quando abitano il nostro pianeta. Quali leggi lo rendono possibile? Una pista: sono implicati un inglese, un svizzero ed un rumeno. Vuoi saperne di più? Te lo raccontiamo qui.

Fernando Llorente Fernando Llorente Lorenzo Pasqualini 14 Set 2019 - 17:05 UTC
El avión Airbus A380.
L'Airbus A380. Fonte: Wikipedia.

Gli esseri umani hanno da sempre il sogno di volare, e grazie al miglioramento delle tecnologie e alle leggi della fisica ci sono riusciti. Il 27 aprile del 2005, l'Airbus A380 (considerato l'aereo commerciale più grande del mondo) ha realizzato il suo primo volo, riuscendo a sollevare in volo le sue 421 tonnellate.

Forze in gioco

Ci sono quattro forze che agiscono sull'aereo durante il volo: due in orizzontale in senso opposto, alla spinta dei motori che lo spingono in avanti si oppone la resistenza dell'aria; e due in verticale, anche queste in senso opposto, il peso che spinge l'aereo verso il basso al quale si oppone la portanza che tiene sospeso l'aereo.

Quando le forze orizzontali sono uguali, c'è un equilibrio fra di loro, e l'aereo continua a muoversi in avanti in modo uniforme (stessa velocità). Quando le forze si disequilibrano, le condizioni cambiano, ed un aumento della spinta porterà ad una accelerazione, mentre un aumento della resistenza porterà a una decelerazione.

Con le forze verticali accadrà qualcosa di simile: se sono uguali, l'aereo non cambia di livello, ma un aumento della portanza porterà ad una ascesa, mentre la diminuzione porterà ad una discesa del velivolo.

Fino ad ora abbiamo già incontrato uno dei nostri personaggi, si tratta dell'inglese Isaac Newton, visto che abbiamo applicato le sue tre leggi, e stiamo anche vincendo la legge di gravità.

Alte e basse pressioni

Una delle parti principali di un aereo sono le ali, perché producono la forza di portanza che permette volare, ed in particolare il loro disegno, visto che la parte superiore è maggiormente deformata rispetto a quella inferiore ed il punto di attacco è arrotondato.

La forma differente fra le due parti dell'ala fa sì che l'aria che passa sopra, abbia più superficie da attraversare fino ad arrivare alla fine, facendo sì che questa corrente d'aria si acceleri, viaggiando a maggior velocità di quella di sotto. E qui troviamo il nostro secondo personaggio, lo svizzero Daniel Bernoulli, con la sua equazione di Bernoulli, per la quale se un fluido si muove con maggior velocità ha una pressione più bassa. In questo modo si crea una differenza di pressione fra l'aria che si trova sopra (basse pressioni), mentre sotto le ali si producono alte pressioni. Come conseguenza si crea una forza sotto l'ala, portanza, che la spinge verso l'alto.

Effetto Coanda

Ed il bordo di attacco arrotondato delle ali porta sulla scena il nostro terzo personaggio. il rumeno Henri Coanda, con il suo effetto Coanda, nel quale una corrente di un fluido, aria nel nostro caso, tende ad essere attratta da una superficie (l'ala) vicina alla sua traiettoria. Ancor meglio se curva, perché il fluido percorrerà in quel caso tutta la sezione della superficie.

Relizziamo un esperimento per capire meglio: useremo un piccolo asciugacapelli, una candelina di quelle che si usano per i compleanni e due oggetti con stessa superficie, uno di forma piana e altro di forma cilindrica. La candelina accesa la posizioneremo a un lato dello schermo piano, all'altro lato l'asciugacapelli acceso, e potremo vedere che la candela non si spegne. Se invece sostituiamo lo schermo con uno di forma cilindrica, vedremo che la candela si spegne.

De izquierda a derecha, Isaac Newton, Daniel Bernoulli y Henri Coanda.
Da sinistra a destra, Isaac Newton, Daniel Bernoulli e Henri Coanda. Font: Wikipedia.

L'aria in questo secondo caso si sta "aggrappando" alla superficie arrotondata e riesce a raggiungere la parte di dietro. Nel nostro caso l'aereo, riesce a far sì che l'aria della parte superiore dell'ala percorra tutta la sua superficie e migliora così l'effetto di portanza.

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