Con i piedi per terra tesina

Premessa

Ormai volare è per noi un’esperienza banale e scontata, milioni di persone per turismo o per lavoro

si muovono via aerea, tuttavia non si può fare a meno di chiedersi come fa una struttura con peso di

almeno trecento tonnellate a stare in aria?

Il volo sia dal punto di vista fisico che concettuale, ovvero come superamento di un limite, è un

argomento che mi ha sempre affascinata e ho deciso di illustrarlo come percorso nella mia tesina di

maturità. Ho scelto di percorre la scoperta e l’evoluzione del volo a partire da Leonardo fino ad

permette all’aereo di

arrivare ai fratelli Wright, analizzando anche il concetto di portanza, che

volare. Ho scelto di porre particolare attenzione sulle figure di due donne aviatrici, Amelia Earhart e

Rosina Ferrario, poiché dal punto di vista storico più di ogni altro possono essere esempio

dell’emancipazione femminile nei primi anni del ‘900. Sono affascinata dal concetto di volo come

volontà umana di superare un limite, spunto per molti letterati negli ultimi due secoli, quali Gabriele

D’Annunzio con il mito del superuomo e Julian Barnes con “Livelli di vita”.

Infine ho analizzato lo sviluppo di questa innovazione meccanica abbia portato sviluppi anche nel

campo artistico all’interno della corrente futurista con l’aeropittura.

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Introduzione

La storia del volo ha inizio con il volo di Dedalo e Icaro, per poi passare attraverso gli studi di

concretezza nell’esperimento dei

Leonardo da Vinci, Otto Lilienthal, per dare la sua fratelli Wright

nei primi anni del ‘900 e trovare poi applicazione in numerosi pionieri del volo, quali Charles

Lindberg e Amelia Earhart.

Nell’ultimo secolo il volo si è sempre più perfezionato con l’evoluzione della scienza e numerosi

studi hanno portato alla costruzione di motori sempre più potenti e alla progettazione di ali e

strutture capaci di trasportare centinaia di passeggeri. Se gli uccelli hanno scoperto il segreto del

volo milioni e milioni di anni fa, l’uomo ha capito come sollevarsi dal suolo con una macchina

volante da appena un secolo. Ciò che si tentava di costruire erano infatti macchine ad ala battente,

impossibili da realizzare. Era stato ovviamente notato che alcuni uccelli quali aquile, poiane e falchi

volano anche ad ali ferme, ma questo non era stato sufficientemente considerato perché ciò che si

cercava di ottenere era il decollo da terra. L’altra cosa che si tentava di copiare era la forma dei

volatili, ma ciò che erroneamente se ne riproduceva era essenzialmente la loro forma planimetrica

mentre, per secoli, nessuno aveva preso in considerazione un elemento sostanziale, e cioè il fatto

che le ali degli uccelli non sono piatte ma hanno un profilo convesso di un certo spessore. Il primo a

e a disegnare un’ala

intuire con un profilo convesso fu Leonardo da Vinci che, pur disegnando

macchine ad ala battente, aveva correttamente concepito un’ala che, se costruita come disegnata,

sarebbe stata in grado di volare seppure solo in volo planato. Infatti quattro secoli più tardi, nel

1800, le ali da lui progettate furono riprodotte in modo quasi identico dall’ingegnere tedesco Otto

rudimentale. L’intuizione di Leonardo, pur

Lilienthal e rese effettivamente volanti in un libratore

con tutte le modifiche apportate nel tempo ai profili alari, resta tuttora valida perché nessun aereo

potrebbe mai volare se non avesse la parte superiore dell’ala convessa. Dopo questo primo

fondamentale riferimento molte altre cose sono state osservate e copiate dagli uccelli: esaminando

esempio l’ala di un gabbiano si nota che essa è rastremata, variabile sia nello spessore che nel

ad Oggi con l’impiego

profilo, e con un certo rapporto tra corda e apertura alare. di nuove ingegnerie si

è giunti alla costruzione dei cosiddetti “pocket e delle “ali volanti”,

drone” nonché la

configurazione aeronautica più originale e allo stesso tempo più antica, avendo da sempre

rappresentato il sogno del volo più simile agli uccelli. progresso nell’aviazione non sono soltanto gli

Coloro che hanno il merito di essere giunti ad un tale all’impossibile.

ingegneri ma anche quei pionieri che hanno battuto record e hanno tentato fino

dell’Oceano Atlantico

Primo tra tutti, Charles Lindbergh con la trasvolata in solitaria e, seconda a

l’americana

lui e prima tra le donne, Amelia Earhart, prima anche a tentare il giro del mondo.

Amelia, resa leggendaria dalla sua tragica sparizione nel nulla il 2 luglio 1937, divenne una

celebrità assoluta del suo tempo, business woman ante litteram e figura animata da un indomabile

Altro personaggio femminile del mondo dell’aviazione di cui tratteremo è

desiderio di libertà.

Rosina Ferrario, prima aviatrice italiana.

Il fotografo Nadar sfruttò questa nuova invenzione per scattare le prime fotografie aeree e le riprese

dei ruderi romani sono le prime mai fatte da un velivolo. L’aereo divenne un simbolo del ventesimo

secolo, dalle imprese di Linbergh e di Italo Balbo fino ad arrivare ai combattimenti nei cieli durante

la Prima e della Seconda guerra Mondiale. Oggi in ogni istante sono in volo in tutto il mondo

quindicimila aerei con a bordo milioni di passeggeri mentre altre tecnologie hanno portato l’uomo,

sempre in volo, al di là dei confini terrestri: sulla luna o nelle stazioni orbitanti intorno alla terra.

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Il volo dei fratelli Wright 17 Dicembre 1903, quando l’aereo dei fratelli Wright alle 10.35

Passa alla storia il giorno nella

spiaggia di Kitty Hawk (Carolina del Nord) si alzò per circa dodici secondi percorrendo trenta metri

ad un’altezza di circa un paio di metri La macchina ripeté l’impresa per altre tre volte al

da terra.

comando dei fratelli Wright.

I due fratelli erano tipografi che possedevano anche un’officina di biciclette dove appresero le

conoscenze dei materiali che risultarono utili per costruire i primi aerei. Ciò che li spinse a

realizzare la “macchina volante” era stata la morte del tedesco Otto Lilienthal durante una delle sue

sperimentazioni in volo. Iniziarono costruendo un aquilone e risolsero il problema che aveva

determinato la morte del tedesco ovvero come controllare il velivolo una volta staccatosi da terra.

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Perfezionarono l’ala studiando il fenomeno della portanza ed ebbero l’idea di far deformare le ali

dell’aereo per farlo inclinare e virare. Nei mesi della loro progettazione venne costruito anche il

motore a benzina leggero e compatto. Infine i fratelli Wright svilupparono l’idea dell’elica

aeronautica concepita come un’ala ruotante che sviluppa portanza e fa muovere il velivolo in avanti

invece che in alto. Con una leva posta davanti al pilota che stava straiato al centro dell’aereo

venivano azionate le superfici anteriori che facevano alzare e abbassare il muso dell’aereo cioè lo

facevano cabrare o picchiare, mentre muovendo il bacino a destra o a sinistra si deformavano le

estremità delle ali e girava il timone di coda così che l’aereo si inclinava e virava.

I fratelli Wright costruirono velivoli sempre più grandi ed equipaggiati anche su commissione

facendo grandi passi, tuttavia era difficile immaginare quali grande imprese avrebbe compiuto

l’aviazione.

In basso: il volo dei fratelli Wright

1 dalla diversa forse superiore e inferiore di un’ala: poiché la parte superiore è un dosso incurvato e più

Forza provocata

lungo l’aria ci trasita più velocemente che nella parte sottostante piatta e più corta. Questa differenza di velocità tra

l’aria che scorre nelle due parti dell’ala vcrea la famosa portanza: la spinta verso l’alto.

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Il concetto di portanza

Molti si domandano cos’è che permette agli aeroplani di volare. Spesso ricevono risposte fuorvianti

o addirittura completamente errate.

Cominciamo definendo i tre modi di descrivere la portanza riportate in libri di testo e in manuali di

addestramento al volo.

Il primo, usato dagli ingegneri aeronautici, è la descrizione aerodinamica matematica. Essa permette

per esempio di determinare la portanza di un’ala mediante simulazioni su computer in cui,

applicando un concetto matematico complicato chiamato “circolazione”, si calcola l’accelerazione

subita dall’aria. La circolazione, che quantifica il fenomeno fisico della rotazione dell’aria intorno

all’ala, è un utile strumento matematico ma non si presta a formare una comprensione intuitiva di

perché l’aereo vola.

Il secondo modo è la descrizione comune e si basa sul principio di Bernoulli. Ha il vantaggio di

essere facile da capire e infatti è la più frequentemente insegnata. Per la sua semplicità è anche

quella riportata da molti manuali d’addestramento. Ha il difetto di ipotizzare un “principio di uguale

tempo di percorrenza”, ossia l’idea che la velocità relativa dell’aria lungo la faccia superiore

dell’ala è più elevata perché la distanza da percorrere è maggiore. Questa descrizione focalizza

l’attenzione sulla forma dell’ala e non spiega fenomeni come il volo rovesciato, la potenza

l’effetto della vicinanza del suolo a volo radente e la

occorrente per volare, dipendenza della

portanza dall’angolo d’incidenza dell’ala.

La terza descrizione proposta è la descrizione fisica della portanza basata principalmente sulle tre

leggi della dinamica. Essa è particolarmente utile per capire non solo i fenomeni che rendono

possibile il volo ma anche le relazioni tra grandezze significative come, per esempio, la dipendenza

2 o la dipendenza della velocità di stallo dall’altitudine. Fornisce

della potenza dal carico alare

portanza in modo veloce e approssimato (i cosiddetti calcoli “sul retro della

strumenti per stimare la

busta”) ed inoltre promuove l’acquisizione di una comprensione intuitiva del volo, utilissima ai

piloti quando guidano un aeroplano.

La “descrizione comune” della portanza

Agli studenti di fisica e di aerodinamica s’insegna che gli aerei volano a causa del principio di

quando la velocità dell’aria aumenta,

Bernoulli, che afferma che la sua pressione diminuisce. (Di

l’aria scorra veloce sulla presa statica dell’aereo, l’altimetro

fatto ciò non è sempre vero. Nonostante

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ne misura correttamente l’altitudine . La motivazione addotta è che la portanza è dovuta al fatto che

l’aria fluisce più velocemente sopra l’ala che sotto, generandovi una zona di minor pressione.

Questa spiegazione soddisfa la curiosità dei più e pochi la pongono in dubbio. I più curiosi

potrebbero voler capire perché l’aria che passa di sopra è più veloce: proprio questo è il punto

debole della spiegazione. dell’aria si ricorre alla geometria, dicendo che la velocità è in

Per giustificare la maggiore velocità

relazione alla distanza che l’aria percorre. Si dice che dopo essersi separati sul bordo anteriore

dell’ala i due flussi d’aria - quello che passa sopra e quello che passa sotto - devono tornare a

2 Il carico alare è la risultante del peso del velivolo (e di ciò che trasporta) e delle forze dovute ad accelerazioni normali

alla superficie delle ali, per esempio le forze centripete in virata.

3 I dati sull’altitudine, sulla velocità di salita o discesa e sulla velocità rispetto all’aria si ricavano da misure i pressione,

effettuate attraverso aperture chiamate “prese”. La presa statica è un’apertura laterale, normale alla direzione di volo

dell’aereo, che coglie la pressione atmosferica locale utile a determinare l’altitudine. La presa dinamica è un’apertura

parallela al verso del moto dell’aereo e coglie la somma della pressione atmosferica e della pressione di arresto

dell’aria. Dal confronto delle due pressioni si ricava la velocità del velivolo rispetto all’aria.

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riunirsi in corrispondenza del bordo posteriore. È il cosiddetto "principio degli uguali tempi di

transito".

Ma chi lo dice che i due flussi devono rincontrarsi nello

stesso istante al bordo posteriore? La Figura 1 mostra

come si muove l’aria intorno a un’ala in una galleria del

s’introducono nella

vento simulata. Nella simulazione

galleria sbuffi di fumo ad uguali intervalli di tempo.