Vooooolareeee … oh-oh!

Vooooolareeee … oh-oh!

Avete mai giocato all’aeroplanino? Da un’automobile in corsa tirate giù il finestrino e mettete fuori la mano parallelamente al terreno. Poi, accompagnando il tutto con il tipico verso onomatopeico “uuueeeeeoooooobrrrr”, cominciate a inclinarla leggermente lasciandovi trasportare dall’aria.

Un oggetto che si muove in un fluido viene colpito da una miriade di particelle che tendono a fermarlo. L’opposizione al moto aumenta con la violenza degli urti e con il loro numero. Ovviamente i fisici, nonostante i loro superpoteri, non riescono a vedere le singole particelle e quindi si inventano le forze. Grandezze vettoriali, “freccine” se preferite, che rappresentano le interazioni nel mondo che ci circonda. Mi permetto di utilizzare la parola inventano perché, passeggiando per strada, non vedrete mai queste frecce passare come se foste sotto l’attacco di una tribù apache. Si tratta però di una rappresentazione estremamente efficace che, almeno nella testa di noi fisici, è reale.

Nel caso del moto in un fluido, agisce la forza di attrito viscoso, che dipende dalla velocità (per l’esattezza dal suo quadrato), dalla superficie che si oppone al moto e dalla densità del fluido. Per farne esperienza, basta giocare all’aeroplanino chiedendo all’autista di accelerare, cambiare l’inclinazione della mano e… andare sott’acqua (magari scendendo dall’auto!). Questa forza si traduce in una spinta sia indietro che verso l’alto (la sua intensità dipende dall’inclinazione della mano/ala rispetto al suolo). Tutto ciò è all’origine della portanza dell’ala di un aereo: quando supera il peso… si vola!

Conclusioni: innanzitutto, per volare, più si è pesanti, più si deve andare veloce. Ma, data la dipendenza quadratica dalla velocità, raddoppiando la massa basta aumentare la velocità del 40%. Poi, più è rarefatta l’aria meno portanza si genera; quindi, per volare in alta quota, si deve andare più veloci: a 12 km di altezza, visto che la densità si riduce a un quarto, la velocità di crociera dovrebbe raddoppiare. E poi, aumentando la superficie delle ali aumenta la portanza. Ancora, aumentando l’inclinazione dell’ala, diminuisce la portanza e aumenta l’effetto frenante… sino allo stallo. Infine, volare lentamente è meno dispendioso in termini di energia, ma sicuramente più pericoloso.

Curiosità: un’aquila, che ha una massa 3 milioni di volte maggiore di quella di un moscerino, vola solo 5 volte più veloce. Sempre l’aquila, che ha una massa 100 000 volte più piccola di quella di un Boeing, vola solo 10 volte più lentamente. Se lo Pteranodonte fosse vissuto ai nostri tempi, con una velocità di planata di 7 m/s (la metà di quella di un’aquila) avrebbe avuto grossi problemi a volare controvento… Ma all’epoca, per fortuna, l’assenza di calotte polari ghiacciate comportava una minor differenza di temperatura tra i poli e l’equatore, con conseguente presenza di molto meno vento! E poi, non conoscendo le leggi della fisica, mica sapeva a che difficoltà andava incontro…

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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, dicembre 2015 – ed. Dedalo.