Aerodinamica - Un filo sottile che collega l'aereo all'automobile - Tesina per liceo scientifico

Liceo Scientifico

Niccolò Copernico Prato

Aerodinamica

Un filo sottile che collega l’aereo all’automobile

Candidato:

Francesco Leone V F s

Mappa concettuale

• Introduzione
• Teorema di Bernoulli
• Coefficiente di forma
• Portanza
• Angolo d’attacco e angolo di stallo
• Forze in gioco
• Aerodinamica nella Formula 1
• Il “flap”
• Turbolenze
• D’Annunzio e la “rapidità”
• Gerardo Dottori e l’Aeropittura
• Il progresso della Lotus

Bibliografia e sitografia

“D’Annunzio Il fuoco-Forse che sì forse che no” Newton Compton editore – “Alcyone” G. D’Annunzio, Garzanti libri – “Dell’Arte e degli artisti 4” casa editrice G. D’Anna – “Perché vola un aereo Brevi Cenni di Aerodinamica” CIRA (Centro Italiano Ricerche Aerospaziali) – Grande Dizionario Enciclopedico Utet - lotuscars.com – f1-country.com

Motivazioni

La mia scelta è dettata da un interesse prettamente scientifico e ingegneristico, oltre che da una personale passione per le auto da corsa.

Aerodinamica

Un filo sottile che collega l’aereo all’automobile

L’aerodinamica è una scienza che studia il flusso di un gas (principalmente l’aria) che interagisce con un corpo solido. Questa interazione permette la formazione di una forza, determinante per lo sviluppo di mezzi come l’aereo o l’autovettura da corsa. In particolare la forza aerodinamica può tendere ad alzare il corpo con cui interagisce (aereo) o ad abbassarlo (auto da corsa).

Nel primo caso la portanza, ovvero la componente verticale della forza aerodinamica agente sulle ali del velivolo, permette di far volare l’aereo generando una depressione nella parte superiore dell’ala e una sovrappressione in quella inferiore, essendo la velocità maggiore sull’estradosso (parte superiore); nel secondo caso la depressione viene a crearsi nella parte superiore dell’autovettura in modo tale da schiacciarla e aumentarne l’aderenza con la pista.

Tutto ciò può essere spiegato grazie al principio di Bernoulli.

Teorema di Bernoulli

Il teorema di Bernoulli determina matematicamente quel principio per il quale con un incremento di velocità si ha anche una diminuzione di pressione in un fluido.

p + ρgh + 1/2 ρv² = k

L’equazione di Bernoulli permette di indicare come costante l’energia della massa fluida, la quale viene espressa come somma tra energia di pressione (1/2 ρv² p pgh), energia potenziale ( ) e energia cinetica ( ); quindi non è nient’altro che un’applicazione del principio di conservazione dell’energia su, per esempio, un tratto di condotta dove scorre un fluido. Aumentando la velocità “v”, a parità di pressione, si avrebbe un aumento dell’energia cinetica e quindi della somma totale, dovendo essa essere costante ciò non è possibile; pertanto ad un aumento della velocità deve corrispondere una diminuzione di un altro fattore, ovvero della pressione.

Coefficiente di forma

Il coefficiente di forma, o coefficiente di resistenza aerodinamica è strettamente legato alla forma dell’oggetto su cui incide il flusso d’aria, oltre che alla velocità d’incidenza.

In particolare a un coefficiente di resistenza aerodinamica (Drag Coefficient) molto basso corrisponde una velocità limite molto alta.

Prendendo un oggetto in caduta libera, abbiamo una velocità finale pari a:

V_f = √(2mg / ρSC_d);

dove “m” è la massa dell’oggetto, “g” è l’accelerazione gravitazionale, “ρ” è la densità dell’aria, “S” è la sezione dell’oggetto perpendicolare al moto di caduta e “C_d” è il coefficiente di resistenza aerodinamica. Per ottenere una velocità limite elevata occorre dunque aumentare C_d, che si trova al denominatore.

In figura sono riportati alcuni dati di coefficienti in base alla forma.

Portanza

La portanza (“L”) si calcola con la formula generale:

L = 1/2 ∙ ρ ∙ V² ∙ S ∙ C_L;

dove “ρ” è la densità dell’aria, “V” è la velocità di volo; “S” è la superficie di riferimento (nel caso di velivoli si tratta di superficie alare).