In realtà, sembra un miracolo. Una macchina alata che pesa decine e persino centinaia di tonnellate, superando la gravità, si alza facilmente e si libra nel cielo come un uccello. Qual è la forza che la tiene in aria?
Istruzioni
Passo 1
Un po' di storia
Nel 1738 lo scienziato svizzero Daniel Bernoulli elaborò una legge a lui intitolata. Secondo questa legge, con un aumento della portata di un liquido o di un gas, la pressione statica in essi diminuisce e viceversa, con una diminuzione della velocità, aumenta.
Nel 1904, lo scienziato russo N. E. Zhukovsky sviluppò un teorema sulla forza di sollevamento che agisce su un corpo in un flusso piano parallelo di gas o liquido. Secondo questo teorema, un corpo (ala) situato in un mezzo liquido o gassoso in movimento è soggetto a una forza di sollevamento, il cui valore dipende dai parametri del mezzo e del corpo. Il risultato principale del lavoro di Zhukovsky è stata la formula per il coefficiente di portanza.
Passo 2
Forza di sollevamento
Il profilo dell'ala dell'aereo è asimmetrico, la sua parte superiore è più convessa di quella inferiore. Quando l'aereo si muove, la velocità del flusso d'aria che passa dalla parte superiore dell'ala è superiore alla velocità del flusso che passa dal basso. Di conseguenza (secondo il teorema di Bernoulli) la pressione dell'aria sotto l'ala dell'aeromobile diventa maggiore della pressione sopra l'ala. A causa della differenza di queste pressioni, si genera una forza di sollevamento (Y) che spinge l'anta verso l'alto. Il suo valore è:
Y = Cy * p * V² * S / 2, dove:
- Cy - coefficiente di portanza;
- p è la densità del mezzo (aria) in kg/m³;
- S - superficie in m²;
- V è la velocità del flusso in m/s.
Passaggio 3
Sotto l'influenza di forze diverse
Diverse forze agiscono su un aereo in movimento nello spazio aereo:
- la forza di spinta del motore (elica o jet) che spinge in avanti l'aeromobile;
- resistenza frontale diretta all'indietro;
- la forza di gravità della Terra (peso dell'aeromobile), diretta verso il basso;
- sollevare spingendo l'aereo verso l'alto.
Il valore di portanza e resistenza dipende dalla forma dell'ala, dall'angolo di attacco (l'angolo con cui il flusso incontra l'ala) e dalla densità del flusso d'aria. Quest'ultimo, a sua volta, dipende dalla velocità dell'aeromobile e dalla pressione atmosferica.
Passaggio 4
Quando l'aereo accelera e la sua velocità aumenta, la portanza aumenta. Non appena supera il peso dell'aereo, decolla verso l'alto. Quando l'aereo si muove orizzontalmente a velocità costante, tutte le forze sono bilanciate, la loro risultante (forza totale) è zero.
La forma dell'ala è scelta in modo tale che la resistenza sia la più bassa possibile e la portanza il più alta possibile. La portanza può essere aumentata aumentando la velocità di marcia e l'area alare. Maggiore è la velocità di movimento, minore può essere l'area alare e viceversa.
