Una precisa spiegazione matematica può essere fornita in linea di principio dalle cosiddette equazioni di Navier-Stokes, che hanno più lettere greche dell’elenco telefonico di Atene e sono così ostiche da mandare in palla i computer più potenti del mondo se non vengono semplificate con opportune assunzioni.
Per fortuna esiste anche una spiegazione abbastanza intuitiva, che fa riferimento al teorema di Bernoulli e che viene usata quasi sempre per spiegare il volo nei manuali divulgativi.
Disgraziatamente questa spiegazione ha l’inconveniente di essere sbagliata, o almeno enormemente incompleta: se fosse corretta, tra le altre cose, gli aerei non potrebbero volare capovolti!
In pratica è impossibile spiegare in modo discorsivo la forza che tiene in aria gli aerei e che viene chiamata portanza, senza semplificare le cose fino al punto di ignorare qualche aspetto fondamentale.
Quello che possiamo fare qui è accennare ai meccanismi principali che entrano in gioco, senza pretendere di comprenderne a fondo le cause:
1) la differenza di pressione tra l’aria sopra e sotto l’ala, che è causata sia dalla forma dell’ala sia dall’angolo di attacco, cioè l’angolo tra la superficie dell’ala dell’aereo e la direzione dell’aria che la colpisce.
Abbiamo una dimostrazione pratica di come intervenga l’angolo di attacco quando sporgiamo un braccio fuori dal finestrino della macchina, tenendo la mano prima parallela al suolo e poi ruotandola in modo che l’aria colpisca il palmo: sentiremo una forza che tende a sollevare la mano.
2) la deflessione dell’aria, cioè il fatto che l’ala (per varie ragioni tra le quali la forma dell’ala stessa e la viscosità dell’aria) tende a deviare l’aria verso il basso e per il principio di azione e reazione riceve una spinta verso l’alto.
Possiamo avere un’idea di questo fenomeno se mettiamo la parte convessa di un cucchiaino sotto il flusso d’acqua di un rubinetto e notiamo che, al contrario di quanto ci potremmo aspettare, il cucchiaino viene attirato e non allontanato dal getto, mentre il getto stesso viene deviato seguendo la curvatura del cucchiaino.
Le altre forze in gioco nel volo di un aereo sono la spinta generata dal motore, la resistenza dell’aria, e la gravità che spinge l’aereo verso il basso a causa del suo peso.
Dosando opportunamente la spinta (agendo sul motore) e la portanza (agendo sull’assetto dell’aereo) il pilota può bilanciare le quattro forze e guidare l’aereo nel modo desiderato.
Equazioni e meringhe
In pratica le forze in gioco sono così complesse che è impossibile calcolarle esattamente ed è indispensabile fare delle assunzioni semplificatrici per trovare dei risultati che siano non esatti ma “abbastanza buoni”: è per questo che in pratica il progetto viene definito solo dopo molte prove sperimentali in galleria del vento, dove viene confrontata l’efficacia di profili alari diversi studiando il modo in cui deviano il flusso d’aria e le forze scambiate.
Come è possibile che l’aviazione si basi tuttora su una comprensione così approssimativa delle forze in gioco? Non è necessario conoscere a fondo la coagulazione termica delle proteine per cucinare una meringa: gli ingegneri sono soddisfatti se hanno abbastanza conoscenze pratiche da costruire cose che funzionino, e lasciano che a interrogarsi sul perché siano gli scienziati e i filosofi.
In pratica le forze in gioco sono così complesse che è impossibile calcolarle esattamente ed è indispensabile fare delle assunzioni semplificatrici per trovare dei risultati che siano non esatti ma “abbastanza buoni”: è per questo che in pratica il progetto viene definito solo dopo molte prove sperimentali in galleria del vento, dove viene confrontata l’efficacia di profili alari diversi studiando il modo in cui deviano il flusso d’aria e le forze scambiate.
Come è possibile che l’aviazione si basi tuttora su una comprensione così approssimativa delle forze in gioco? Non è necessario conoscere a fondo la coagulazione termica delle proteine per cucinare una meringa: gli ingegneri sono soddisfatti se hanno abbastanza conoscenze pratiche da costruire cose che funzionino, e lasciano che a interrogarsi sul perché siano gli scienziati e i filosofi.
