[Fisica] Portanza

[TonyManero]

Salve a tutti, vorrei togliermi qualche curiosità/dubbio sulla portanza.
A seguito di discussione con i soliti amici che sanno sempre tutto di tutto ( ) sono saltate fuori le teorie più assurde sull'origine di tale fenomeno.

In generale su internet il discorso viene affrontato paertendo dal "teorema di Bernoulli".

Banalmente viene detto: maggiore velocità -> minore pressione. E fin qui ok... ma il bello viene qua:

Tipico caso di bernulli:

http://spazioinwind.libero.it/volore...portanza_4.jpg

Da cui, secondo me un po' troppo grossolanamente, si deriva che per un ala valga banalmente la seguente:

http://spazioinwind.libero.it/volore...portanza_5.jpg

Cioè... secondo questa spegazione semplicistica un'ala dovrebbe sostenere un aereo anche se nella posizione della foto... intendo con il sotto perfettamente parallelo al verso del moto.

A me questo sembra impossibile... qualcuno mi illumina?!

A me, a livello intuitivo, sembra che un ala debba per forza offrire un lato in cui la pressione aumenti. Un ala che ha solo un punto in cui la pressione diminuisce a mio avviso non può esistere...
Altienti funzionerebbe da ala anche un profilo a semicrechio

http://www.webfract.it/tartaruga/semicerchio.jpg



Inoltre viene spesso citata la "condizione di Kutta" che ad una prima occhiata può apparire "logica".... ma lo è veramente?! Se lo fosse avremmo trovato il modo gi generare energia infinita visto che si può far accelerare l'aria a piacere...

ESPERTO CERCASI!

[Tinne]

I primi due link non li vedo

Ti rispondo per quello che ricordo ma aspettiamo l'arrivo di qualche fisico

Bernoulli spiega la portanza con la teoria dell'ugual tempo di transito (che a quanto ho capito già conosci), secondo la quale l'aria che scorre sopra l'ala è più veloce di quella che scorre sotto, quindi quella che scorre sotto pesa di più: portanza.

Per quello che ne so questo tipo di portanza non è sufficiente per la dimensione e la velocità degli aerei che siamo abituati a vedere.

A quanto ne so funziona così: quando un fluido (aria) scorre su una superficie curva provoca un fenomeno chiamato Coandă. L'aria che incontra l'ala andrà un po' sotto l'ala e un po' sopra l'ala; quella che passerà sopra scivolerà prima verso l'alto e poi verso il basso seguendone il profilo, con un conseguente angolo di uscita rivolto verso il basso. Ovviamanete l'aria che è passata sotto l'ala andrà dritta.
Secondo la terza legge del moto di newton se l'aria che esce dalla parte superiore è spinta verso il basso, ci dovrà essere qualcosa che è spinta verso l'alto: l'ala.
Le ali, in volo orizzontale, sono inclinate verso l'alto di circa 4° (mi sembra). Ovviamente in questo modo la pressione dell'aria sarà maggiore nella parte inferiore; questa pressione spingerà l'aereo verso l'alto.

Quando l'aereo parte ha bisogno di un angolo di attacco molto accentuato; per il volo orizzontale invece è sufficente un minore angolo d'attacco ma è importantissima anche la forma dell'ala. Se l'ala fosse a semicerchio non si potrebbe avere il fondamentale effetto coanda, ne l'effetto Bernoulli.

[Wilcomir]

proprio come ti ha detto Tinne, le ali sono sostanzialmente delle grosse pompe d'aria. pompano aria verso il basso, e quindi vengono spinte verso l'alto

io personalmente (e spero di non accendere troppo gli animi ) non riesco a capire la storia dell'ugual tempo di transito... secondo me un aereo vola solo in virtù di coanda, dell'angolo d'attacco eccetera.

ciao!

[Tinne]

Originariamente inviato da Wilcomir

proprio come ti ha detto Tinne, le ali sono sostanzialmente delle grosse pompe d'aria. pompano aria verso il basso, e quindi vengono spinte verso l'alto

io personalmente (e spero di non accendere troppo gli animi ) non riesco a capire la storia dell'ugual tempo di transito... secondo me un aereo vola solo in virtù di coanda, dell'angolo d'attacco eccetera.

ciao!

Anche io la teria di Bernoulli non l'ho mai capita... l'aria che passa sopra non sa mica che quella che passa sotto ha preso una scorciatoia!

[TonyManero]

Non si finisce mai di imparare...
Quindi l'effetto Bernoulli viene messo per ora da parte... ci concentriamo sul fatto che volo perchè spingo aria verso il basso. Ma la cosa incredibile è che mi dite che spingo aria verso il basso NON perchè la parte sotto dell'ala punta verso il basso ma perchè ci punta quella sopra!!!!! Sono sempre più stupito...

A questo punto urge un aeronautico.... mi avete fatto venire ancora più curiosità!!

[Tinne]

Originariamente inviato da TonyManero

Non si finisce mai di imparare...
Quindi l'effetto Bernoulli viene messo per ora da parte... ci concentriamo sul fatto che volo perchè spingo aria verso il basso. Ma la cosa incredibile è che mi dite che spingo aria verso il basso NON perchè la parte sotto dell'ala punta verso il basso ma perchè ci punta quella sopra!!!!! Sono sempre più stupito...

A questo punto urge un aeronautico.... mi avete fatto venire ancora più curiosità!!

Una cosa non esclude l'altra. Sono entrambe le forze che tengono su l'aereo, altrienti basterebbe che l'ala fosse incurvata.

[TonyManero]

Originariamente inviato da Wilcomir

io personalmente (e spero di non accendere troppo gli animi ) non riesco a capire la storia dell'ugual tempo di transito...

non sei l'unico... io ho sempre odiata la fisica fatta dai "succede così perchè si deve rispettare la legge di pino pallino". Le particelle agiscono se spinte da forze.... non per seguire le leggi. sono le leggi che descrivono il comportamento e non il comportamento che è dovuto alle leggi!

Dunque riepilogando la portanza di un ala è data da:

- effetto Bernulli
- effetto Coanda
- semplice fatto che essendoci un angolo di incidenza spingo dell'aria verso il basso

In che misura contano questi effetti?

In particolare... considerando l'effetto Coanda su di un ala fatta così

http://spazioinwind.libero.it/volore...portanza_5.jpg

la quantità di aria che sposto verso il basso per forza di cose è la stessa che ho spostato verso l'alto, no? Ergo Conanda non si applica...

Per me un ala così semplicemente non vola.... anzi, spinge verso il basso...

[killercode]

Originariamente inviato da Wilcomir

proprio come ti ha detto Tinne, le ali sono sostanzialmente delle grosse pompe d'aria. pompano aria verso il basso, e quindi vengono spinte verso l'alto

io personalmente (e spero di non accendere troppo gli animi ) non riesco a capire la storia dell'ugual tempo di transito... secondo me un aereo vola solo in virtù di coanda, dell'angolo d'attacco eccetera.

ciao!

Beh, non funziona sempre, funziona solo se l'ala ha una forma tale "stringere" il tubo di flusso sopra l'ala in cui di conseguenza aumenta la velocità per mantenere la stessa portata

[hibone]

Originariamente inviato da Wilcomir

proprio come ti ha detto Tinne, le ali sono sostanzialmente delle grosse pompe d'aria. pompano aria verso il basso, e quindi vengono spinte verso l'alto

io personalmente (e spero di non accendere troppo gli animi ) non riesco a capire la storia dell'ugual tempo di transito... secondo me un aereo vola solo in virtù di coanda, dell'angolo d'attacco eccetera.

ciao!

Originariamente inviato da Tinne

Anche io la teria di Bernoulli non l'ho mai capita... l'aria che passa sopra non sa mica che quella che passa sotto ha preso una scorciatoia!

provo ad accennare qualcosa, presumo eh:

prima del passaggio dell'ala l'area è una massa unica: con una velocità teoricamente omogenea su tutta la massa...

lo stesso vale anche a seguito del passaggio dell'ala perchè, essendo l'aria un fluido rarefatto, il moto dell'ala non si trasmette alla massa d'aria nel suo complesso...

durante il passaggio dell'ala il fronte d'ala superiore, che ha profilo ascendente, tende a comprimere l'aria frontalmente e verso l'alto, mentre sul retro dell'ala avviene esattamente l'opposto, il profilo è discendente e l'aria viene rarefatta.

quindi l'aria tende a muoversi dal fronte al retro dell'ala, e in virtù del moto laminare, le linee di flusso seguono il profilo dell'ala...

maggiore è la distanza dall'ala e minore è la differenza di pressione fronte retro, quindi minore è la velocità che l'aria raggiunge...

il tutto nell'ottica che le particelle d'aria tendono a rimanere, all'interno della massa, in prossimità dello stesso punto...

[Tinne]

Originariamente inviato da hibone

provo ad accennare qualcosa, presumo eh:

prima del passaggio dell'ala l'area è una massa unica: con una velocità teoricamente omogenea su tutta la massa...

lo stesso vale anche a seguito del passaggio dell'ala perchè, essendo l'aria un fluido rarefatto, il moto dell'ala non si trasmette alla massa d'aria nel suo complesso...

durante il passaggio dell'ala il fronte d'ala superiore, che ha profilo ascendente, tende a comprimere l'aria frontalmente e verso l'alto, mentre sul retro dell'ala avviene esattamente l'opposto, il profilo è discendente e l'aria viene rarefatta.

quindi l'aria tende a muoversi dal fronte al retro dell'ala, e in virtù del moto laminare, le linee di flusso seguono il profilo dell'ala...

maggiore è la distanza dall'ala e minore è la differenza di pressione fronte retro, quindi minore è la velocità che l'aria raggiunge...

il tutto nell'ottica che le particelle d'aria tendono a rimanere, all'interno della massa, in prossimità dello stesso punto...

Se così fosse, fino al culmine dell'ala (A) ci sarebbe una pressione maggiore rispetto alla zona perpendicolare sulla zona inferiore (B)

Bisognerebbe calcolare quanto riesce a guadagnare la parte restante dell'ala: quella dove la pressione sulla parte superiore è inferiore alla pressione sulla parte inferiore

[Tinne]

Qui secondo me spiega molto bene:
https://lhcbweb.bo.infn.it/twiki/bin...ModelloErrato1

Forse il browser vi dirrà che il certificato non è valido... i mi sono fidato: è il sito dell'uni di bologna

[hibone]

Originariamente inviato da Tinne

Se così fosse...

aspè... non fraintendere... io solo inteso ragionare sul perchè l'aria ha velocità variabile attorno all'ala.

Il mio intento non era descrivere quantitativamente il fenomeno ma solo qualitativamente. Volevo soltanto provare a presentare il fenomeno secondo una relazione causa==>effetto, in modo da capirlo e renderlo comprensibile, o "accettabile".. Spesso infatti certi professori, sembrano scordarsi che le leggi matematiche sono solo una descrizione del fenomeno. Quando li senti parlare sembra quasi che la legge matematica sia una sorta di divinità che vincola le grandezze a fare una certa cosa, il risultato è che la causa diventa l'effetto e l'effetto la causa, e questo impedisce di capire e di apprendere...

detto questo la differenza di pressione che considero, riguarda solo il lato superiore dell'ala, il sotto è piatto, quindi lo ignoro. Io considero la variazione di pressione tra la parte davanti e quella dietro. il sotto lo ignoro, semplicemente perchè parlavo della velocità relativa degli strati d'aria.

se non si tiene conto delle diverse condizioni di moto dell'aria temo che la spiegazione sia troppo dozzinale per giungere a qualcosa, però non saprei...

[hibone]

Originariamente inviato da Tinne

Qui secondo me spiega molto bene:
https://lhcbweb.bo.infn.it/twiki/bin...ModelloErrato1

Forse il browser vi dirrà che il certificato non è valido... i mi sono fidato: è il sito dell'uni di bologna

[The Doctor 77]

l'aria è viscosa, quindi è "costretta" a seguire la geometria del profilo; la presenza del profilo perturba il campo di moto uniforme dell'aria, in termini di pressione, velocità, temperatura, etc

il profilo ha quella forma proprio per fare in modo che sul dorso, a causa della maggiore curvatura, ci sia una maggiore accelerazione delle particelle di fluido che porta, come conseguenza, ad una maggiore diminuzione di pressione rispetto a ciò che avviene sul ventre; la differenza di pressione tra dorso e ventre causa, sulla superficie, una forza aerodinamica, che ha sia una componente normale alla velocità, diretta verso l'alto, sia nella direzione della velocità, a causa del mancato recupero di pressione rispetto alle condizioni di infinito a monte provocato dal distacco dello strato limite e dalla formazione della scia, che è una regione, seppur sottile per i profili aerodinamici, in cui il moto non può più ovviamente considerarsi irrotazionale a causa della presenza di vortici, e quindi non può più essere applicato bernoulli nella forma semplificata.

provate a tenere un foglio di carta per un lato, e soffiateci sopra, vedrete il foglio sollevarsi

[Tinne]

Originariamente inviato da The Doctor 77

l'aria è viscosa, quindi è "costretta" a seguire la geometria del profilo;cut...

Scusami ma non ho capito: quel "quindi è costretta" si può spiegare col post #12 di hibone?

Originariamente inviato da The Doctor 77

...cut la presenza del profilo perturba il campo di moto uniforme dell'aria, in termini di pressione, cut...

Ma l'aria che passa sopra da cosa è costretta ad aumentare la velocità? Casomai durante la salita sulla curva dell'ala aumenterà la pressione sull'ala stessa. (come dicevo nel post #10

Originariamente inviato da The Doctor 77

...cut provate a tenere un foglio di carta per un lato, e soffiateci sopra, vedrete il foglio sollevarsi

il foglio non si solleva, sventola... prende un po' d'aria sopra quindi si abbassa, poi sotto (perchè si è abbassato) quindi si alza..ecc..ecc.

[killercode]

Originariamente inviato da Tinne

Ma l'aria che passa sopra da cosa è costretta ad aumentare la velocità? Casomai durante la salita sulla curva dell'ala aumenterà la pressione sull'ala stessa. (come dicevo nel post #10

Aumenta per colpa del restringimento del tubo di flusso sopra l'ala, restringimento causato dalla geometria dell'ala, è un pò come il metodo energetico, quello che c'era prima c'è anche dopo (portata), in mezzo la metà sotto va dritta, quella sopra restringendo il canale è costretta ad andare più veloce

[fabrylama]

Originariamente inviato da Tinne

il foglio non si solleva, sventola... prende un po' d'aria sopra quindi si abbassa, poi sotto (perchè si è abbassato) quindi si alza..ecc..ecc.

no, quì ti sbagli.. fai la prova, è evidente che si solleva e non sventola affatto.
questo è un caso banale in cui berlulli può essere applicato tranquillamente, semplicemente perchè sei tu a soffiare, quindi necessariamente l'aria sopra al foglio si muoverà più velocememente di quella sotto (che è ferma)

[The Doctor 77]

Originariamente inviato da Tinne

Scusami ma non ho capito: quel "quindi è costretta" si può spiegare col post #12 di hibone?


Ma l'aria che passa sopra da cosa è costretta ad aumentare la velocità? Casomai durante la salita sulla curva dell'ala aumenterà la pressione sull'ala stessa. (come dicevo nel post #10


il foglio non si solleva, sventola... prende un po' d'aria sopra quindi si abbassa, poi sotto (perchè si è abbassato) quindi si alza..ecc..ecc.

considera il profilo fermo investito dall'aria in moto; per via della viscosità, le particelle di fluido a diretto contato con la superficie del profilo sono ferme; muovendosi lungo una direzione normale alla superficie, i filetti fluidi avranno una velocità sempre crescente, fino a coincidere, ad una certa distanza dal profilo stesso, con la velocità della corrente "indisturbata".

a causa della curvatura del profilo, le particelle di fluido sono sottoposte ad una accelerazione, dipendente dal raggio di curvatura del profilo stesso, quindi incrementano la loro velocità a discapito della pressione.
il decremento di pressione è più marcato sul dorso rispetto al ventre, a causa della maggiore curvatura.

nella salita della parte superiore, come tu la chiami, la pressione sta diminuendo rispetto al punto di ristagno (in cui la velocità è nulla e la pressione ha valore pari alla somma della pressione statica e del termine dinamico 0.5*densità*V^2), si raggiunge un minimo di pressione, e poi si ha il recupero via via che percorri il dorso, fino al distacco dello strato limite (da lì in poi non recuperi più nulla).
Guarda queste distribuzioni di pressione (ideali, non tengono conto della separazione):

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...e_diagrams.svg

il foglio tienilo per un bordo, la forma curva la ottieni per gravità, vedrai che soffiandoci sopra si alza

[Tinne]

Originariamente inviato da fabrylama

no, quì ti sbagli.. fai la prova, è evidente che si solleva e non sventola affatto.
questo è un caso banale in cui berlulli può essere applicato tranquillamente, semplicemente perchè sei tu a soffiare, quindi necessariamente l'aria sopra al foglio si muoverà più velocememente di quella sotto (che è ferma)

sarà che soffio male... ma mi sventola...
Poi scusa... il foglio mica è curvo sopra, si alza dalla parte opposta a dove gli arriva più aria... Bernoulli qui non riesco a vedercelo


Edit: ora ho capito... soffiavo male -_-'

[Tinne]

Originariamente inviato da The Doctor 77

considera il profilo fermo investito dall'aria in moto; per via della viscosità, le particelle di fluido a diretto contato con la superficie del profilo sono ferme; muovendosi lungo una direzione normale alla superficie, i filetti fluidi avranno una velocità sempre crescente, fino a coincidere, ad una certa distanza dal profilo stesso, con la velocità della corrente "indisturbata".

a causa della curvatura del profilo, le particelle di fluido sono sottoposte ad una accelerazione, dipendente dal raggio di curvatura del profilo stesso, quindi incrementano la loro velocità a discapito della pressione.
il decremento di pressione è più marcato sul dorso rispetto al ventre, a causa della maggiore curvatura.

nella salita della parte superiore, come tu la chiami, la pressione sta diminuendo rispetto al punto di ristagno (in cui la velocità è nulla e la pressione ha valore pari alla somma della pressione statica e del termine dinamico 0.5*densità*V^2), si raggiunge un minimo di pressione, e poi si ha il recupero via via che percorri il dorso, fino al distacco dello strato limite (da lì in poi non recuperi più nulla).
Guarda queste distribuzioni di pressione:

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...e_diagrams.svg

il foglio tienilo per un bordo e fallo curvare, vedrai che soffiandoci sopra si alza

Ok, perfetto, ad occhiometro mi sbagliavo, con i diagrammi che mi hai linkato ho capito

E Bernoulli è sufficiente per tenere su un aereo?

Originariamente inviato da TonyManero

cut...

Dunque riepilogando la portanza di un ala è data da:

- effetto Bernulli
- effetto Coanda
- semplice fatto che essendoci un angolo di incidenza spingo dell'aria verso il basso