Il volo degli uccelli - stsbc

More documents

Recommendations

Info

Il volo degli uccelli 2.5) Forze agenti su un’ala: portanza, resistenza, forza peso e spinta Fin dai tempi più remoti l’uomo ha cercato di inseguire un grande sogno: quello di librarsi in aria e volteggiare come un uccello. Basti pensare agli innumerevoli (e a volte anche drammatici) tentativi falliti nei secoli proprio per soddisfare questo suo desiderio. Il primo prototipo di macchina motorizzata realmente in grado di volare (anche se per pochi secondi) si librò nell’aria grazie ai fratelli Wright il 17 dicembre 1903: consisteva in un biplano di carta e legno con alla guida un uomo che tendeva corde e pulegge per gestire la planata. Oggigiorno le cose stanno un po’ diversamente, e molte persone non ricordano nemmeno il nome dei pionieri che, grazie al loro lavoro, ci permettono di godere dei vantaggi dell’aereo, il mezzo di trasporto civile più rapido e strabiliante che l’uomo abbia mai inventato. L’immagine di un falco e quella di un aereo da turismo in volo ci appaiono ovviamente diverse, suggerendoci che nessun nesso li accomuni. Orbene, i metodi con cui i due riescono a restare in aria non sono poi così differenti tra loro: infatti, il principio che ne sta alla base è lo stesso. Ogni ala, sia essa animale o progettata dall’uomo, ha una struttura ben definita: deve avere una sagoma che costringa l’aria a scorrere più velocemente sulla superficie superiore rispetto a quella inferiore. Questa differenza di velocità crea una differenza di pressione positiva diretta verso l’alto, generatrice della forza atta a sostenere il corpo in aria; questa forza è appunto detta portanza. L’altra forza principale che agisce su un’ala è la resistenza dell’aria, che può essere suddivisa in resistenza di profilo e resistenza indotta. La prima può essere ulteriormente scomposta in resistenza di attrito e resistenza di scia (o forma). 2.5.1) Resistenza di attrito: La resistenza di attrito è dovuta alla frizione delle molecole d’aria con la superficie alare. Queste frizioni portano alla formazione di uno strato limite in cui la velocità dell’aria varia da 0 (sulla superficie) a v. Dipende chiaramente dalla rugosità e dalla forma della superficie sulla quale scorre, e rappresenta la maggior parte della resistenza dovuta alla viscosità. 2.5.2) Resistenza di scia (o forma): La resistenza di scia deriva dalle turbolenze che nascono sulla superficie superiore dell’ala quando lo scorrimento del fluido non è più di tipo laminare. Nel caso ideale di un fluido non viscoso la somma dell’energia potenziale e dell’energia cinetica resta costante, vale a dire che nelle linee di flusso a contatto con la superficie queste due forme di energia sono continuamente trasformate a seconda del profilo alare che sono costrette a seguire, senza dispersioni in attrito. Ciò consente alle molecole d’aria di viaggiare anche contro variazioni di pressione notevoli, modificando la loro velocità ma mantenendo una linea di flusso “pulita” che segue interamente il contorno del corpo. Con l’inserimento del fattore viscosità le faccende si complicano, in quanto parte dell’energia cinetica dev’essere impiegata per vincere la forza di attrito nello strato limite adiacente al dorso dell’ala. Così facendo non è più possibile effettuare una totale riconversione dell’energia cinetica in energia potenziale. Inoltre, le molecole d’aria che dissipano gran parte della loro energia cinetica in attrito si trovano ad affrontare dei forti aumenti di pressione che impediscono loro di proseguire, facendole ripiegare e creando così una scia turbolenta. Quando si è confrontati con situazioni di questo genere la portanza scema drasticamente e ci si viene a trovare in una situazione di stallo. Questo tipo di resistenza dipende dalla pressione che le linee di flusso adiacenti all’ala sono costrette a sopportare. Descritto a parole può risultare di problematica comprensione, consideriamo quindi a tal proposito le figure 3a e 3b: 14
Il volo degli uccelli Immagine 3a: Linee di flusso in regime laminare Abbiamo detto che le molecole di un fluido ideale seguono perfettamente il profilo dell’ala, entro alcuni limiti ciò avviene anche con i fluidi come l’aria e l’acqua come nella figura 3a. Immagine 3b: Linee di flusso in regime turbolento Quando invece le differenze di pressione alle quali le particelle sono sottoposte sono troppo elevate ciò non è più possibile, portandoci alla situazione riprodotta nell’immagine 3b. Si notano bene i vortici che si vengono a creare sul dorso dell’ala, pieghe di linee di flusso a contatto con altre più forti. Tutto questo non avviene nei fluidi ideali, perché le turbolenze sono una conseguenza diretta dell’attrito superficiale. 2.5.3) Resistenza indotta: Oltre alle resistenze dovute alla viscosità appena prese in esame, l’ala deve sottostare a un’altra forza generata dalla sua azione sul fluido, più precisamente dalla portanza. Abbiamo visto che la portanza è una forza che scaturisce da una differenza di pressione tra il dorso e il ventre dell’ala, di conseguenza l’aria cercherà di compensare questo scompenso spostandosi dalla zona ad alta pressione a quelle di bassa pressione, cioè dall’intradosso all’estradosso. Questo è possibile solo agli estremi dell’ala, dove l’aria riesce a sgattaiolare dal ventre al dorso dell’ala. Vengono così a crearsi dei vortici marginali di intensità proporzionale alla differenza di pressione. Nella figura 4 è rappresentato uno studio condotto dalla NASA a riguardo, nel quale delle colonne di fumo colorato emesse da terra vengono turbate dall’arrivo di un piccolo aereo da agricoltura. Il velivolo in planata aumenta al massimo la superficie di lavoro dell’ala alzando il muso, questa manovra va a generare una forte differenza di pressione tra l’intradosso e l’estradosso accrescendo così l’effetto di portanza. Questa forza è direzionata verso il retro dalla posizione dell’aereo, andando a diminuire la velocità e permettendo l’atterraggio. In questa situazione la grande pressione sul ventre dell’ala crea dei vortici marginali molto ampi, dai quali (grazie all’aiuto del colorante) si deduce facilmente come si formino. 15
Page 1 and 2: Foresti Danilo Il volo degli uccell
Page 3 and 4: Indice Il volo degli uccelli Indice
Page 5 and 6: Prefazione Il volo degli uccelli Co
Page 7 and 8: 1.) Introduzione Il volo degli ucce
Page 9 and 10: 2.) Come si comporta un fluido? 2.1
Page 11 and 12: Il volo degli uccelli Immagine 1: I
Page 13: Il volo degli uccelli più un largo
Page 17 and 18: Il volo degli uccelli Con l’ausil
Page 19 and 20: Il volo degli uccelli Il punto d’
Page 21 and 22: 3.) Il volo 3.1) Premesse Il volo d
Page 23 and 24: Il volo degli uccelli con le quali
Page 25 and 26: Il volo degli uccelli Questi uccell
Page 27 and 28: 4.) Uno sguardo al passato 4.1) Int
Page 29 and 30: Il volo degli uccelli approvvigiona
Page 31 and 32: Il volo degli uccelli Immagine 23:
Page 33 and 34: Il volo degli uccelli muscolare; po
Page 35 and 36: Il volo degli uccelli meno della fo
Page 37 and 38: Il volo degli uccelli La struttura
Page 39 and 40: 6.) Penne e piume 6.1) Le penne: st
Page 41 and 42: Il volo degli uccelli • Penne tim
Page 43 and 44: Il volo degli uccelli facendo si mu
Page 45 and 46: Ringraziamenti Il volo degli uccell
Page 47 and 48: Bibliografia Libri e altre fonti: I
Page 49: Il volo degli uccelli Immagine 28:

Il volo degli uccelli - stsbc

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?