Perché un aereo riesce a volare…

Quali sono le leggi della fisica che permettono a un "bestione" come un Boieng 747 di quasi 400 tonnellate di volare senza problemi?

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Un Boeing 747 con passeggeri e carburante supera abbondantemente il peso di 380 tonnellate. Eppure riesce a volare tranquillamente a 10.000 metri di quota. Come fa un bestione simile a decollare e volare senza precipitare e schiantarsi al suolo?
Una delle principali ragioni di questo apparente miracolo sono le ali che fendono l’aria e la terza legge del moto di Newton che afferma che se un corpo A effettua una forza su un corpo B, allora il corpo B esercita su A una forza uguale e contraria. Anche gli oggetti immobili sono soggetti alla terza legge della dinamica. Un libro poggiato su un tavolo non cade a terra perché c’è il tavolo che lo spinge su con la stessa intensità.
L’ala dell’aereo fende l’aria, quella che scivola sopra l’ala all’inizio viene sparata verso l’alto (davanti l’ala ha uno spessore maggiore) poi ricade verso il basso e quando arriva al bordo di uscita, la forma dell’ala fa in modo che quest’aria venga spinta più in basso rispetto alla quota alla quale era entrata.
A questo punto entra in scena la terza legge di Newton attraverso la portanza che iper semplificando è la spinta verso l’alto dell’aria sotto le ali del velivolo. Entrando in un’interpretazione più tecnica il moto relativo del velivolo rispetto all’aria interessa una certa massa di fluido. In particolare la massa d’aria per unità di tempo che investe il corpo è data dal prodotto della densità dell’aria per la velocità di volo (velocità asintotica) e per un’”area di attraversamento” che è funzione essenzialmente della forma del corpo e, in particolare per un velivolo, della superficie alare.
La massa d’aria “spinta” verso il basso dal moto dell’aereo dipende anche dalla sua stazza. Per fare un esempio un Cessna 172, un piccolo aereo, quando vola a 204 chilometri all’ora, “pompa” verso il basso da 3 a 5 tonnellate di aria al secondo! La massa d’aria spinta in basso da un Boeing è di diverse centinaia di tonnellate al secondo.
Un’altro fattore importante che spiega il volo degli aerei è il cosiddetto angolo di attacco. Le ali infatti non sono perfettamente parallele al suolo ma sono inclinate verso l’alto, in genere di circa 4 gradi quando l’aereo è in quota e vola orizzontale. L’angolo di incidenza, come si traduce correttamente in italiano l’espressione inglese angle of attack, è fondamentale nello sviluppo delle forze dinamiche di portanza e resistenza, in quanto i rispettivi coefficienti dipendono solo da forma e angolo di incidenza dell’oggetto investito dalla corrente.
Le ali leggermente inclinate hanno il vantaggio di far si che l’aria messa in movimento fornisca una spinta maggiore verso l’alto, aumentando così la portanza. Questo è il motivo per cui un aereo in decollo è fortemente inclinato: così riesce a sfruttare al massimo sia la superficie delle ali che l’angolo di attacco (o incidenza se preferite in italiano) per ottenere il massimo della portanza.
Un ruolo prezioso nella fase di atterraggio e di decollo lo giocano i flap. L’ipersostentatore è un organo mobile connesso alle ali e comune a molti aeroplani. In italiano viene spesso indicato con il termine anglosassone flap, se l’elemento è posto sul bordo d’uscita, o slat (in italiano alula) se l’ipersostentatore è posto sul bordo d’attacco.
Si tratta insomma di una sorta di appendici mobili che cambiano la forma delle ali. In questo modo si convoglia sotto l’ala una quantità di aria maggiore e si ottiene così una spinta verso l’alto più forte. Durante il volo di crociera invece i flap vengono riabbassati per evitare l’aumento della resistenza dell’aria che si opporrebbe al moto dell’aereo. La loro funzione si è esaurita ed un ulteriore uso significherebbe soltanto un maggior “spreco” di carburante.

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