Come fa un aereo a volare?

Che cosa tiene in aria un aereo?

Su un aereo in volo agiscono quattro forze. Il peso lo tira verso il basso. La spinta dei motori lo porta in avanti. La resistenza dell'aria lo frena. E la portanza, prodotta dalle ali, lo sostiene verso l'alto.

Un dettaglio che sorprende molti: i motori non sollevano l'aereo. Lo spingono solo in avanti. È l'ala che trasforma quella corsa in una forza verso l'alto. Se i motori si fermano, infatti, un aereo di linea non cade come un sasso: plana, perdendo quota piano piano.

Puoi sentire la portanza con la tua mano. Quando sei passeggero in auto, metti la mano fuori dal finestrino, distesa come un'ala. Se la inclini appena con il bordo davanti più alto, senti l'aria che la solleva. Più la macchina va veloce, più la spinta è forte.

Come fa l'ala a spingere verso l'alto?

L'ala ha una forma studiata e, soprattutto, è leggermente inclinata rispetto all'aria che le arriva addosso. Questo angolo si chiama angolo d'attacco. Il risultato è che l'aria, dopo essere passata attorno all'ala, esce piegata verso il basso.

Qui entra in gioco la terza legge di Newton: se l'ala spinge l'aria in giù, l'aria spinge l'ala in su. È lo stesso principio per cui una pistola ad acqua ti spinge indietro la mano quando spari.

Lo stesso fenomeno si può descrivere anche guardando le pressioni. Sopra l'ala l'aria scorre più veloce e la sua pressione cala. Sotto l'ala scorre più lenta e la pressione resta più alta. È il principio di Bernoulli: dove un fluido accelera, la pressione scende. La differenza tra sotto e sopra spinge l'ala verso l'alto.

Newton e Bernoulli non sono in gara tra loro: sono due modi di raccontare la stessa cosa. L'aria deviata verso il basso e la pressione più bassa sul dorso dell'ala vanno sempre insieme.

È vero che l'aria sopra l'ala deve arrivare insieme a quella sotto?

Molti libri spiegano così il volo: l'ala è più curva sopra, quindi l'aria sopra fa più strada e deve correre di più per ricongiungersi con quella sotto. È una spiegazione diffusa, ma sbagliata. La NASA la usa come esempio di teoria errata della portanza.

Nessuna legge obbliga le due correnti a riunirsi. Anzi, le misure mostrano che l'aria sopra l'ala arriva al bordo posteriore prima di quella sotto. E se la spiegazione fosse giusta, la velocità in più sarebbe troppo poca per sostenere un aereo vero.

Ci sono anche due prove alla portata di tutti. Un aeroplanino di carta ha ali piatte, uguali sopra e sotto, eppure vola. E gli aerei acrobatici volano a testa in giù: basta che il pilota inclini l'ala con l'angolo giusto. Conta come l'ala devia l'aria, non solo la sua forma.

Quanto deve correre un aereo per staccarsi da terra?

La portanza cresce con il quadrato della velocità. Se raddoppi la velocità, la portanza diventa quattro volte più grande. Per questo l'aereo corre sulla pista: deve raggiungere la velocità a cui le ali reggono tutto il suo peso.

Facciamo i conti da ingegneri su un Airbus A320. Al decollo può pesare fino a circa 78 tonnellate, e le sue ali hanno una superficie di circa 122 metri quadrati. Vuol dire che ogni metro quadrato d'ala deve sostenere circa 640 chili, più o meno il peso di otto persone adulte.

Sembra tanto, ma basta una differenza di pressione di circa il 6% rispetto alla pressione dell'aria che ci circonda. Per ottenerla, un jet di linea di quella taglia si stacca da terra a circa 250-280 km/h.

Al decollo e all'atterraggio, poi, il pilota estende i flap, le superfici mobili sul bordo posteriore dell'ala. L'ala diventa più grande e più curva e produce più portanza anche a velocità più basse. Li vedi uscire dal finestrino, con un ronzio, poco prima dell'atterraggio.

Perché gli aerei volano così in alto?

Gli aerei di linea viaggiano di solito a circa 10-12 chilometri di quota. Lassù l'aria è molto più rarefatta: la sua densità si dimezza ogni 5 chilometri circa, quindi a 10 chilometri è intorno a un terzo di quella al livello del mare.

Aria più sottile significa meno resistenza e meno carburante consumato. Ma significa anche meno portanza, e infatti in quota l'aereo deve andare molto più veloce: un A320 viaggia a circa 840 km/h. In quota fa anche molto freddo, e il ghiaccio sulle ali è un nemico serio: lo spieghiamo in perché il ghiaccio è pericoloso per gli aerei.

Tutto questo è cominciato il 17 dicembre 1903 a Kitty Hawk, negli Stati Uniti. Orville Wright volò per 12 secondi e percorse circa 36 metri, meno della lunghezza di un A320. La fisica delle ali era già la stessa di oggi.