Fisica del volo

 


Fisica del volo

 

Questo sito utilizza cookie, anche di terze parti. Se vuoi saperne di più leggi la nostra Cookie Policy. Scorrendo questa pagina o cliccando qualunque suo elemento acconsenti all’uso dei cookie.I testi seguenti sono di proprietà dei rispettivi autori che ringraziamo per l'opportunità che ci danno di far conoscere gratuitamente a studenti , docenti e agli utenti del web i loro testi per sole finalità illustrative didattiche e scientifiche.

Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).

 

Fisica del volo

 

TIPI DI VOLO


Un oggetto volante (essere vivente o corpo artificiale) si può considerare come una sorta di bilancia sospesa in aria ed in movimento.Affinché avvenga il volo è necessario sia equilibrare il peso con una forza di sostentazione detta portanza, sia generare il moto di traslazione con una forza motrice detta spinta che contrasti la forza di attrito o resistenza nel mezzo.

Nel seguito sono presentati in modo schematico, semplificato, qualitativo e con una visione naturalistica alcuni tipi di volo.

 
 
 
 
Caduta libera

Qualsiasi oggetto, indipendentemente dalla sua forma e massa, cade nel vuoto quasi lungo la perpendicolare al suolo attratto dalla forza gravitazionale terrestre.

Il moto è quasi uniformemente accelerato (a=g= 9,8 m/s2)

Nell’aria il fenomeno è più complicato poiché esiste l’attrito.In genere il moto è vario (si pensi ad una foglia che cade).La velocità dipende sia dalla forma e superficie che dal peso del corpo. Nel momento in cui la resistenza ed il peso si equilibrano si raggiunge una velocità limite (circa costante).Per esempio, se un uomo si lancia da un aereo raggiunge una velocità massima di circa 180 chilometri all’ora mentre con il paracadute rallenta fino a circa 25 chilometri all’ora. Una goccia d’acqua in poco più di 2 secondi raggiunge e mantiene una velocità di circa 12 metri al secondo.  Un martin pescatore si getta perpendicolarmente nell’acqua con velocità di circa 70 chilometri all’ora. Molti frutti e semi hanno forme particolari per rendere massimo l’attrito con l’aria. In questo modo si comportano sia come paracadute che come vela. Il volo in caduta (quasi) libera è utilizzato dai rapaci. Essi con maestria incredibile deformano il loro corpo in modo opportuno. Così facendo scivolano lungo “piani inclinati” con angoli variabili. Questo comportamento rende ottimale la velocità e il tempo di cattura della preda.

  Volo aerostatico

Per tanto tempo gli studiosi (Leonardo da Vinci compreso) hanno pensato che gli esseri volanti “nuotassero” nell’aria.E’ una interpretazione sbagliata perché in generale la forza di Archimede che agisce sui corpi volanti è trascurabile. Però se riempiamo un pallone con Idrogeno (densità di circa 0.09 Kg/m3) o con elio (densità di circa 0.18 Kg/m3) o con aria calda oltre i 70° C (densità di circa 1 Kg/m3) si genera un oggetto voluminoso a densità minore rispetto a quello dell’aria circostante (densità di 1,2 Kg/m3 a 20 C°).In queste condizioni la forza di Archimede diventa notevole ed il pallone può salire in cielo.

In natura si verifica un fenomeno simile nelle correnti termiche.

L’aria, scaldandosi al suolo, forma un flusso ascendente. Certi tipi di uccelli, gli alianti e i parapendii utilizzano questo fenomeno, infatti salgono procedendo lungo curve ad elica.

Per interpretare questo movimento si consideri che ogni tratto di curva può essere pensato come un piccolo piano inclinato. La forza della corrente in salita si può scomporre ed una componente è responsabile dell’ascesa dell’aereo mobile.  


Volo per mezzo del vento

Molti uccelli, insetti, ragni, semi… sono trasportati dal vento.La forza applicata è proporzionale al quadrato della velocità del vento e dipende dalla forma e superficie espositiva del corpo: una farfalla, per esempio, può utilizzare la spinta sul retro deformando in maniera opportuna le ali. Anche in questo caso per la comprensione del fenomeno si può utilizzare la scomposizione vettoriale.Una componente della forza del vento diventa la portanza ed un’altra la forza motrice.

Una applicazione interessante è quella dell’aquilone che è nato dall’osservazione sul volo delle foglie.La forza del vento che agisce sulla velatura si scompone originando una portanza ed una forza trainante equilibrata tirando il cavo.

 

L’ aquilone è interessante dal punto di vista storico, infatti i primi voli umani si sono ottenuti con questo dispositivo. Oggi la sua evoluzione è il deltaplano che permette all’uomo di planare o volare se è applicato un motore ad elica. Il parapendio si può invece considerare un ibrido tra un paracadute ed un deltaplano.

 

Volo planato

E’ il volo che avviene quando non è applicata la forza motrice.Il corpo volante scivola lungo un’ideale piano inclinato con angolo di inclinazione minimo. Anche in questo caso la scomposizione vettoriale serve a farci comprendere come la forza di attrito generata dal vento relativo crei una portanza.

Questo tipo di volo è stato utilizzato fin dai tempi remoti: si pensi per esempio a specie di dinosauri come lo Pterodon (rettile bipide con gli arti superiori trasformati in ali) e l’ Archaeopterix. (anello di congiunzione tra rettili e uccelli).

Oggi lo si può osservare nel volo dei pesci e degli scoiattoli volanti. Spesse volte è alternato a quello battente; per esempio nei gabbiani e nelle farfalle.

 

Volo librato

E’ il tipico volo dell’elicottero, del colibrì, della sirfide, della sfinge … nel momento del decollo e quando sono sospesi a mezz’aria. Questo tipo di volo è la manifestazione lampante del principio d’azione e reazione già enunciato da Leonardo da Vinci.Il corpo volante genera un flusso d’aria verso il basso fino ad ottenere, in virtù del principio di conservazione della quantità di moto, una portanza che equilibra il peso.

 

 
Volo attivo

Come possiamo spiegare il volo di un albatros e quello di un aereo?Esiste un principio unitario per spiegare il fenomeno del volo? Nella ricerca del urphänomene (fenomeno originario o idea che è alla base del tutto) con una forma mentis alla Goethe si può utilizzare il teorema di Bernoulli.Questo non è altro che il principio di conservazione dell’energia esteso al caso dei fluidi ideali in moto.Come corollario si deduce che nella zona in cui l’aria si muove velocemente la pressione diminuisce. Gli esperimenti proposti nella scheda illustrano proprio questo fenomeno. In particolare, se si soffia in modo perpendicolare ad un semicilindro sospeso ad un sistema a bilancia, questo si solleva.

In queste condizioni geometriche e fisiche si è generata un’ala con rispettiva portanza. Infatti, poiché la parte superiore curva ha lunghezza maggiore rispetto a quella inferiore piatta, ne consegue che la velocità dell’aria soffiata è diversa. Precisamente quella sulla superficie curva è maggiore.Si genera quindi una differenza di pressione tra la superficie inferiore e quella superiore ed entrambe con quella atmosferica.

Se ora si applicano i principi di azione-reazione e quello della conservazione dell’energia meccanica si crea un oggetto volante. Infatti l’aria spostata dal motore permette la traslazione del corpo ed incidendo sulle ali genera la sua sospensione.

Gli esseri viventi volanti frutto di una lunga evoluzione (maggiore di 300 milioni di anni) hanno sviluppato ali ottimali non solo per struttura, peso e profilo, ma soprattutto perché esse servono a produrre spinta e portanza insieme. Queste possono essere variate in modo opportuno modificando la forma stessa dell’ala.


SEMPLICI ESPERIENZE QUALITATIVE

 

PER COMPRENDERE IL VOLO

 

Il movimento dell'ala contro l'aria è grande quanto quello dell'aria contro l'ala.

"Leonardo da Vinci"

Ti affascina il volo delle farfalle, delle rondini, dei semi di "soffione"…?

Fai un disegno qui sotto di un corpo volante e scrivi un tuo pensiero sul volo.


 

 

 

 

 

 

 

.................................................................

.................................................................

.................................................................

Tutti gli uomini in ogni tempo e luogo si sono stupiti davanti a questo fenomeno. Molti hanno cercato di studiarlo ed imitarlo. I primi furono i taoisti cinesi, più tardi Leonardo da Vinci. Oggi "volerai" con la mente alla ricerca dei principi che spiegano il meccanismo fisico del volo. Questo modo di volare è importantissimo perché permette di progettare e costruire aquiloni, paracaduti, deltaplani, parapendii, mongolfiere, dirigibili, aeromobili a spinta umana, alianti, elicotteri, aeroplani a motore ed infine astronavi che viaggiano nello spazio …Ma soprattutto perché ci fa comprendere la complessità e la bellezza della Natura.

 

         Premessa fondamentale:

Seguiamo Leonardo

Quando esegui gli esperimenti ti diverti moltissimo ...

Ma non basta! Non è questo lo scopo!

Sperimentare vuole dire imparare, conoscere e comprendere.

Imita, dunque, lo stile di Leonardo che si può riassumere in:                  

  • Osservazione attenta e ripetuta dei fenomeni.
  • Disegno, descrizione e tentativo di comprensione dei medesimi.           
  • Progettazioni ulteriori.

In parole semplici, dopo che hai letto attentamente le istruzioni e hai eseguito l'esperimento con calma e pazienza, fai un semplice disegno schematico, descrivi ciò che hai osservato e fornisci una spiegazione logica. Usa per ogni esperimento e relativa mini-relazione una singola pagina di quaderno.

Nel seguito è riportato un esempio che devi usare sempre negli esperimenti successivi, seguendo lo schema:

  • Istruzioni
  • Descrizione
  • Disegno
  • Conclusioni
                

Esperienza n° 1

Istruzioni:

Tieni con le mani un quaderno, una gomma, una pallina sospesi a mezz'aria e adesso lasciali.

Descrizione:

Gli oggetti cadono verso il basso.

Disegno:


Conclusioni:

Esiste, per ogni oggetto, il peso, cioè la forza di attrazione terrestre. Gli oggetti si dirigono quindi verso il suolo.

 

 

 

Fonte: http://share.dschola.it/viasanthia/orto/Dispense/FISICA%20DEL%20VOLO.doc

Sito web: http://share.dschola.it/

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

Parola chiave google : Fisica del volo tipo file : doc

 

 

 

Visita la nostra pagina principale

 

Fisica del volo

 

Termini d' uso e privacy

 

 

 

 

Fisica del volo