Teorie dell'ascensore

Un malinteso popolare è che i fratelli Wright, oltre a tutti gli altri loro successi, abbiano inventato il profilo alare. Non l'hanno fatto. Sir John Cayley, un ingegnere inglese che per primo identificò le quattro forze del volo - portanza, resistenza, spinta e peso - sviluppò il profilo alare bombato attraverso una sperimentazione dettagliata. La sua opera in tre parti, On Aerial Navigation, pubblicata nel 1809 e nel 1810, è spesso citata come la prima descrizione di quello che oggi chiamiamo aeroplano. Anche oggi insegniamo che le teorie di Sir Isaac Newton (1642-1726) e del matematico svizzero Daniel Bernoulli (1700-1782) forniscono la scienza dettagliata che spiega la portanza. Non lo fanno, almeno non completamente.

Il problema di base è che nessuna delle due teorie spiega completamente le osservazioni del mondo reale. Il principio di Bernoulli, secondo cui l'aria più veloce sulla parte superiore dell'ala subisce una pressione ridotta, è corretto ma non spiega perché sia ​​corretto. Inoltre non spiega il volo rovescio. È qui che entrano in gioco la seconda e la terza legge di Newton (vedi la barra laterale sotto per i dettagli). Nel loro insieme, le leggi di Newton descrivono come possiamo volare invertiti e come funziona l'angolo di incidenza. Ma non hanno da Bernoulli i dettagli che ci servono. Tuttavia, una volta che abbiamo messo Bernoulli e Newton nella stessa stanza, e poi abbiamo cosparso un po' di Cayley ovunque, abbiamo un'idea funzionante di come costruire e far volare un aeroplano. Ma non sappiamo ancora esattamente perché l’aria sopra l’ala abbia una pressione inferiore rispetto a quella sottostante.

Probabilmente ci è stato detto a scuola che l'area di bassa pressione sulla parte superiore dell'ala risulta dal fatto che le particelle d'aria che passano sopra di essa devono accelerare rispetto all'aria sotto l'ala in modo che entrambe arrivino al bordo d'uscita allo stesso tempo. e ricongiungersi. Questa è comunemente nota come teoria del "percorso più lungo" o del "tempo di transito uguale".

Ma non esiste alcuna scienza che affermi che le particelle d'aria debbano arrivare simultaneamente. Infatti, secondo il Glenn Research Center della NASA, "La velocità effettiva sopra la parte superiore di un profilo alare è molto più veloce di quella prevista dalla teoria del "Percorso più lungo" e le particelle che si muovono sopra la parte superiore arrivano al bordo d'uscita prima che le particelle che si muovono sotto il profilo alare. "(il corsivo è mio).

Sì, la superficie superiore curva dell'ala stabilisce un'area di aria a bassa pressione sopra di essa, ma non c'è effetto Venturi perché non c'è Venturi. Bernoulli in realtà non ci dice perché ciò accade, solo che accade. Bernoulli inoltre non spiega come i progetti di ali non incurvate - quelle prive di una superficie superiore curva, o quasi - possano generare portanza, o come anche i profili alari simmetrici, con identiche curvature sulla parte superiore e inferiore, la creino. E non siamo nemmeno arrivati ​​al volo rovescio.

Come dice la NASA, "Possiamo... usare l'equazione di Bernoulli per calcolare la pressione ed eseguire il calcolo dell'area di pressione e la risposta che otteniamo non concorda con la portanza che misuriamo per un dato profilo alare. La portanza prevista dall'"Equal Transit" " La teoria è molto inferiore alla portanza osservata, perché la velocità è troppo bassa. La velocità effettiva sulla parte superiore di un profilo alare è molto più veloce di quella prevista... e le particelle che si muovono sopra la parte superiore arrivano al bordo d'uscita prima che le particelle che si muovono sotto il profilo alare ."

Un modo per spiegare il volo rovescio è la terza legge di Newton, secondo cui ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. La dimostrazione più semplice è mettere la mano fuori dal finestrino di un'automobile in movimento. Tenendo la mano orizzontale rispetto all'aria in arrivo, c'è poca resistenza. Tieni però la mano perpendicolare e l'aria in movimento tende a spingerla all'indietro, verso la parte posteriore dell'auto. Dovrai flettere il braccio in avanti per mantenerlo in posizione. Se tieni la mano ad un angolo di 45 gradi, tende a muoversi contemporaneamente sia all'indietro che verso l'alto. È necessario flettere il braccio sia in avanti che verso il basso per contrastare l'effetto.

Il movimento della mano sulla perpendicolare e sull'angolo di 45 gradi dimostra la terza legge di Newton, relativa alle reazioni uguali e opposte: quando l'aria in arrivo incontra la tua mano, si spinge verso l'alto e/o verso poppa. La stessa cosa accade quando un'ala, o qualsiasi altra superficie, è posizionata ad un angolo non allineato rispetto al vento relativo.