Portanza

La portanza in Fisica, e in particolare in fluidodinamica, è la spinta che riceve un'ala o una vela per effetto della differenza di pressione tra la superficie inferiore e quella superiore. Quando tale differenza genera una forza verso il basso si parla di deportanza.

 

Se vi siete mai chiesti come fanno gli aerei a volare, in questa lezione troverete la risposta. Vedremo infatti che cos'è la portanza, un'altra conseguenza della legge di Bernoulli come l'effetto Magnus. :)

 

Esattamente come nel caso della precedente lezione anche qui non entreremo nel merito di una trattazione matematica e non presenteremo alcuna formula della portanza, dal momento che l'esposizione risulterebbe piuttosto complicata.

 

Nota bene: attenzione a non confondere la portanza fluidodinamica con la portanza strutturale. Quando si parla di coefficiente di portanza (come nel caso della portanza di un terreno) ci si riferisce alla capacità massima di carico di una struttura, che nulla ha a che fare con la fisica del volo di cui tratteremo qui di seguito. ;) 

 

Definizione di portanza

 

Come abbiamo già anticipato la portanza è un effetto fisico, o più precisamente una forza, che è alla base del volo degli aerei e di qualunque struttura alare in grado di volare. Più precisamente possiamo dare la seguente definizione di portanza: la portanza è una spinta che si genera per via di una differenza di pressione sulle due superfici delle ali di un aereo, superiore ed inferiore.

 

 

Portanza

 Il principio fisico della portanza.

 

Spiegazione fisica sulla portanza

 

Per spiegare la causa fisica della portanza dobbiamo fare riferimento alla legge di Bernoulli. Il profilo alare degli aerei (ispirato alle ali degli uccelli) è strutturato in modo che l'aria scorra al di sopra e al di sotto dell'ala con due velocità diverse. In particolare sulla parte superiore l'aria scorre più velocemente rispetto alla parte inferiore.

 

Dalla legge di Bernoulli sappiamo che ad una maggiore velocità corrisponde una minore pressione e viceversa, per cui l'aria esercita sull'ala una forza dal basso verso l'alto maggiore rispetto alla forza di pressione esercitata dall'alto verso il basso. La differenza tra queste due forze, generatasi dalla differenza di pressione, si chiama portanza.

 

Portanza e deportanza

 

Come potete facilmente immaginare, la portanza trova tantissime applicazioni in natura e in ambito meccanico. Qui ci concentriamo su due esempi: il primo riguarda il moto degli aerei, il secondo gli alettoni delle auto da corsa. Il secondo esempio ci permetterà di introdurre un'ulteriore specificazione e di distinguere tra portanza e deportanza.

 

 

1) La portanza è la forza che spinge gli aerei verso l'alto in fase di decollo e li mantiene in quota durante il viaggio, controbilanciando la forza di gravità. Se pensate al peso che può avere un aereo di linea, vi renderete conto di quanto possa essere intensa la forza generatasi grazie alla particolare forma delle ali. I motori dell'aereo dunque non fanno nulla per farlo alzare da terra ma hanno solo il compito di spingerlo in avanti per fargli acquistare velocità; è l'aria a fare il resto.

 

La portanza non dipende solo dalla forma del profilo alare, ma anche dall'inclinazione dell'ala rispetto alla direzione di volo. A seconda dell'angolo di inclinazione, si può ottenere una portanza maggiore o minore o addirittura contraria, con la pressione maggiore che spinge dall'alto verso il basso. Inclinando le ali con diversi angoli rispetto all'orizzontale gli aerei riescono ad affrontare i diversi momenti del viaggio, dal decollo all'atterraggio. Se le ali mantenessero sempre la stessa inclinazione, si avrebbe una spinta verso l'alto continua e l'aereo non riuscirebbe mai a viaggiare parallelamente al suolo.

 

 

2) Lo stesso profilo alare che contraddistingue gli aerei, e che permette di sfruttare la portanza per regolare il moto, si ritrova sugli alettoni delle auto da corsa. Qui però lo scopo è completamente diverso. Nelle monoposto di Formula 1, ad esempio, l'alettone posteriore ha la stessa forma dell'ala di un aereo, con la differenza che è montato sottosopra. L'ultima cosa che si vuole infatti è che la monoposto prenda il volo!

 

In questo caso non si vuole generare una portanza che spinga verso l'alto, bensì una che spinga verso il basso e che schiacci la monoposto a terra. Si crea così una spinta verso il basso che prende il nome di deportanza o, in modo equivalente, carico aerodinamico. In questo modo, con le gomme maggiormente compresse sull'asfalto, si aumenta l'aderenza della vettura, la sua capacità di affrontare le curve ad alte velocità e quindi le sue prestazioni in pista.

 

 


 

Qui abbiamo finito. Rimane una terza applicazione dell'equazione di Bernoulli, quella relativa al tubo di Venturi, di cui ci occupiamo nella prossima lezione. Nel caso vi vogliate reperire esercizi svolti vi invitiamo come al solito ad usare la barra di ricerca interna; qui su YM ci sono migliaia di esercizi risolti e spiegati nel dettaglio. ;)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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Tags: significato della portanza e portanza di una vela o di un'ala.