La fisica nelle cose di ogni giorno by James Kakalios

autore:James Kakalios [Kakalios, James]
La lingua: ita
Format: epub
ISBN: 9788858427712
editore: Einaudi
pubblicato: 0101-01-01T00:00:00+00:00

Se vogliamo lasciare la superficie terrestre, che sia su una mongolfiera o a bordo di un jet supersonico, è necessario che un maggior numero di molecole dell’aria colpiscano il fondo del nostro velivolo piuttosto che la parte superiore, producendo una forza ascensionale sbilanciata; e se questa forza è maggiore del nostro peso, ci solleverà sempre piú su e lontano.

Le mongolfiere e i dirigibili si alzano per lo stesso motivo per cui i cubetti di ghiaccio galleggiano nel nostro drink anziché posarsi sul fondo del bicchiere: una differenza di densità produce una forza ascensionale detta «spinta di galleggiamento». La grandezza della forza ascensionale dipende dalle dimensioni dell’oggetto, ossia da quant’è il fluido o l’aria spostati dal suo volume. Se il peso dell’oggetto è maggiore del peso del mezzo che sposta, affonderà; se è piú leggero, galleggerà2. Perché una mongolfiera si sollevi da terra, la si riempie di un gas (di solito aria calda o elio) che ha una massa per volume (densità) inferiore a quella dell’atmosfera circostante. Per volare in un apparecchio con una densità maggiore di quella dell’aria bisogna darsi un po’ piú da fare per ottenere dall’atmosfera una forza ascensionale.

Le ali di un aereo sono sagomate e ricurve, con un profilo piú ampio nella parte superiore, cosicché l’aria che si muove al di sotto dell’ala è deviata in basso e l’aria che si muove al di sopra gira in su. L’aria sotto l’ala è compressa in un volume minore e, quando ciò accade, spinge sull’ala nella direzione opposta. Qui sfruttiamo la terza legge del moto di Newton: a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria, ovvero, le forze vanno in coppia. Non possiamo spingere contro qualcosa senza che quella spinga a sua volta contro di noi. Questa deviazione dell’aria che si muove crea una pressione maggiore (forza per superficie) sotto l’ala. Sopra l’ala, viceversa, l’aria si muove in una zona piú vasta, il che fa diminuire la pressione. Piú l’aereo va veloce e piú è l’aria deviata al secondo, e maggiore è la differenza di pressione tra la parte superiore e inferiore dell’ala. Tale differenza di pressione provocata dallo sforzo di deviare il flusso dell’aria porta a una forza ascensionale netta. A una velocità sufficientemente sostenuta, questa forza ascensionale può essere maggiore del peso dell’aereo.

Come fa l’aereo o muoversi cosí veloce da ottenere una spinta verso l’alto? Di nuovo, il principio operativo è la terza legge di Newton dell’azione e reazione. Ai primordi dell’aeronautica (e ancora oggi per gli aerei piú piccoli), la velocità dell’apparecchio derivava dalla spinta in avanti ottenuta dalla rotazione delle eliche. In questi velivoli le pale sono sagomate e montate a un angolo tale da essere essenzialmente delle ali rotanti che raccolgono una gran quantità d’aria e la deviano dietro di sé. Ciò crea una differenza di pressione per tutta la larghezza della pala dell’elica che la spinge in avanti, nella direzione del moto dell’aereo che avanza. Piú rapida è la rotazione delle pale, maggiore è l’aria che deviano dietro di sé, e piú veloce va l’aereo nella direzione desiderata.

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