I riassunti , gli appunti i testi contenuti nel nostro sito sono messi a disposizione gratuitamente con finalità illustrative didattiche, scientifiche, a carattere sociale, civile e culturale a tutti i possibili interessati secondo il concetto del fair use e con l' obiettivo del rispetto della direttiva europea 2001/29/CE e dell' art. 70 della legge 633/1941 sul diritto d'autore
Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).
TIPI DI VOLO
Un oggetto volante (essere vivente o corpo artificiale) si può considerare come una sorta di bilancia sospesa in aria ed in movimento.Affinché avvenga il volo è necessario sia equilibrare il peso con una forza di sostentazione detta portanza, sia generare il moto di traslazione con una forza motrice detta spinta che contrasti la forza di attrito o resistenza nel mezzo.
Nel seguito sono presentati in modo schematico, semplificato, qualitativo e con una visione naturalistica alcuni tipi di volo.
Qualsiasi oggetto, indipendentemente dalla sua forma e massa, cade nel vuoto quasi lungo la perpendicolare al suolo attratto dalla forza gravitazionale terrestre.
Il moto è quasi uniformemente accelerato (a=g= 9,8 m/s2) |
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Nell’aria il fenomeno è più complicato poiché esiste l’attrito.In genere il moto è vario (si pensi ad una foglia che cade).La velocità dipende sia dalla forma e superficie che dal peso del corpo. Nel momento in cui la resistenza ed il peso si equilibrano si raggiunge una velocità limite (circa costante).Per esempio, se un uomo si lancia da un aereo raggiunge una velocità massima di circa 180 chilometri all’ora mentre con il paracadute rallenta fino a circa 25 chilometri all’ora. Una goccia d’acqua in poco più di 2 secondi raggiunge e mantiene una velocità di circa 12 metri al secondo. Un martin pescatore si getta perpendicolarmente nell’acqua con velocità di circa 70 chilometri all’ora. Molti frutti e semi hanno forme particolari per rendere massimo l’attrito con l’aria. In questo modo si comportano sia come paracadute che come vela. Il volo in caduta (quasi) libera è utilizzato dai rapaci. Essi con maestria incredibile deformano il loro corpo in modo opportuno. Così facendo scivolano lungo “piani inclinati” con angoli variabili. Questo comportamento rende ottimale la velocità e il tempo di cattura della preda.
Volo aerostatico
Per tanto tempo gli studiosi (Leonardo da Vinci compreso) hanno pensato che gli esseri volanti “nuotassero” nell’aria.E’ una interpretazione sbagliata perché in generale la forza di Archimede che agisce sui corpi volanti è trascurabile. Però se riempiamo un pallone con Idrogeno (densità di circa 0.09 Kg/m3) o con elio (densità di circa 0.18 Kg/m3) o con aria calda oltre i 70° C (densità di circa 1 Kg/m3) si genera un oggetto voluminoso a densità minore rispetto a quello dell’aria circostante (densità di 1,2 Kg/m3 a 20 C°).In queste condizioni la forza di Archimede diventa notevole ed il pallone può salire in cielo.
In natura si verifica un fenomeno simile nelle correnti termiche.
L’aria, scaldandosi al suolo, forma un flusso ascendente. Certi tipi di uccelli, gli alianti e i parapendii utilizzano questo fenomeno, infatti salgono procedendo lungo curve ad elica.
Per interpretare questo movimento si consideri che ogni tratto di curva può essere pensato come un piccolo piano inclinato. La forza della corrente in salita si può scomporre ed una componente è responsabile dell’ascesa dell’aereo mobile.
Volo per mezzo del vento
Molti uccelli, insetti, ragni, semi… sono trasportati dal vento.La forza applicata è proporzionale al quadrato della velocità del vento e dipende dalla forma e superficie espositiva del corpo: una farfalla, per esempio, può utilizzare la spinta sul retro deformando in maniera opportuna le ali. Anche in questo caso per la comprensione del fenomeno si può utilizzare la scomposizione vettoriale.Una componente della forza del vento diventa la portanza ed un’altra la forza motrice.
Una applicazione interessante è quella dell’aquilone che è nato dall’osservazione sul volo delle foglie.La forza del vento che agisce sulla velatura si scompone originando una portanza ed una forza trainante equilibrata tirando il cavo.
L’ aquilone è interessante dal punto di vista storico, infatti i primi voli umani si sono ottenuti con questo dispositivo. Oggi la sua evoluzione è il deltaplano che permette all’uomo di planare o volare se è applicato un motore ad elica. Il parapendio si può invece considerare un ibrido tra un paracadute ed un deltaplano.
Volo planato
E’ il volo che avviene quando non è applicata la forza motrice.Il corpo volante scivola lungo un’ideale piano inclinato con angolo di inclinazione minimo. Anche in questo caso la scomposizione vettoriale serve a farci comprendere come la forza di attrito generata dal vento relativo crei una portanza.
Questo tipo di volo è stato utilizzato fin dai tempi remoti: si pensi per esempio a specie di dinosauri come lo Pterodon (rettile bipide con gli arti superiori trasformati in ali) e l’ Archaeopterix. (anello di congiunzione tra rettili e uccelli).
Oggi lo si può osservare nel volo dei pesci e degli scoiattoli volanti. Spesse volte è alternato a quello battente; per esempio nei gabbiani e nelle farfalle.
Volo librato
E’ il tipico volo dell’elicottero, del colibrì, della sirfide, della sfinge … nel momento del decollo e quando sono sospesi a mezz’aria. Questo tipo di volo è la manifestazione lampante del principio d’azione e reazione già enunciato da Leonardo da Vinci.Il corpo volante genera un flusso d’aria verso il basso fino ad ottenere, in virtù del principio di conservazione della quantità di moto, una portanza che equilibra il peso.
Volo attivo
Come possiamo spiegare il volo di un albatros e quello di un aereo?Esiste un principio unitario per spiegare il fenomeno del volo? Nella ricerca del urphänomene (fenomeno originario o idea che è alla base del tutto) con una forma mentis alla Goethe si può utilizzare il teorema di Bernoulli.Questo non è altro che il principio di conservazione dell’energia esteso al caso dei fluidi ideali in moto.Come corollario si deduce che nella zona in cui l’aria si muove velocemente la pressione diminuisce. Gli esperimenti proposti nella scheda illustrano proprio questo fenomeno. In particolare, se si soffia in modo perpendicolare ad un semicilindro sospeso ad un sistema a bilancia, questo si solleva.
In queste condizioni geometriche e fisiche si è generata un’ala con rispettiva portanza. Infatti, poiché la parte superiore curva ha lunghezza maggiore rispetto a quella inferiore piatta, ne consegue che la velocità dell’aria soffiata è diversa. Precisamente quella sulla superficie curva è maggiore.Si genera quindi una differenza di pressione tra la superficie inferiore e quella superiore ed entrambe con quella atmosferica.
Se ora si applicano i principi di azione-reazione e quello della conservazione dell’energia meccanica si crea un oggetto volante. Infatti l’aria spostata dal motore permette la traslazione del corpo ed incidendo sulle ali genera la sua sospensione.
Gli esseri viventi volanti frutto di una lunga evoluzione (maggiore di 300 milioni di anni) hanno sviluppato ali ottimali non solo per struttura, peso e profilo, ma soprattutto perché esse servono a produrre spinta e portanza insieme. Queste possono essere variate in modo opportuno modificando la forma stessa dell’ala.
SEMPLICI ESPERIENZE QUALITATIVE
PER COMPRENDERE IL VOLO
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Il movimento dell'ala contro l'aria è grande quanto quello dell'aria contro l'ala. |
Ti affascina il volo delle farfalle, delle rondini, dei semi di "soffione"…?
Fai un disegno qui sotto di un corpo volante e scrivi un tuo pensiero sul volo.
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Tutti gli uomini in ogni tempo e luogo si sono stupiti davanti a questo fenomeno. Molti hanno cercato di studiarlo ed imitarlo. I primi furono i taoisti cinesi, più tardi Leonardo da Vinci. Oggi "volerai" con la mente alla ricerca dei principi che spiegano il meccanismo fisico del volo. Questo modo di volare è importantissimo perché permette di progettare e costruire aquiloni, paracaduti, deltaplani, parapendii, mongolfiere, dirigibili, aeromobili a spinta umana, alianti, elicotteri, aeroplani a motore ed infine astronavi che viaggiano nello spazio …Ma soprattutto perché ci fa comprendere la complessità e la bellezza della Natura.
Premessa fondamentale:
Seguiamo Leonardo
Quando esegui gli esperimenti ti diverti moltissimo ...
Ma non basta! Non è questo lo scopo!
Sperimentare vuole dire imparare, conoscere e comprendere.
Imita, dunque, lo stile di Leonardo che si può riassumere in:
In parole semplici, dopo che hai letto attentamente le istruzioni e hai eseguito l'esperimento con calma e pazienza, fai un semplice disegno schematico, descrivi ciò che hai osservato e fornisci una spiegazione logica. Usa per ogni esperimento e relativa mini-relazione una singola pagina di quaderno.
Nel seguito è riportato un esempio che devi usare sempre negli esperimenti successivi, seguendo lo schema:
Esperienza n° 1
Istruzioni:
Tieni con le mani un quaderno, una gomma, una pallina sospesi a mezz'aria e adesso lasciali.
Descrizione:
Gli oggetti cadono verso il basso.
Disegno:
Conclusioni:
Esiste, per ogni oggetto, il peso, cioè la forza di attrazione terrestre. Gli oggetti si dirigono quindi verso il suolo.
Esperienza n° 2
Prendi due fogli da una rivista, uno di questi accartoccialo fino a formare una specie di pallina. Sospendili entrambi con le mani circa alla stessa altezza e poi lasciali contemporaneamente.
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Esperienza n° 3
Ritaglia un foglio rettangolare (3 cm x 20 cm) da una rivista. Sospendilo con le dita e poi soffia perpendicolarmente sulla superficie.
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Esperienza n° 4
Introduci per circa 3 cm il foglio rettangolare dentro le pagine del quaderno e adesso soffia orizzontalmente.
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Esperienza n° 5
Ritaglia un foglio rettangolare (5 cm x 20 cm) da una rivista. Curvalo con le dita e ponilo perpendicolarmente sul banco. Passa velocemente con la mano chiusa a circa 10 cm dalla parte curvata.
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Esperienza n° 6
Ritaglia un foglio rettangolare (5 cm x 20 cm) sul medesimo disegna agli estremi 2 rettangoli (5 cm x 5 cm) e su questi disegna altri due rettangoli (1 cm x 5 cm). Piegali ortogonalmente ai bordi fino ad ottenere un "ponticello". Ponilo sull'orlo del banco.Soffia delicatamente (meglio con una cannuccia) sotto il "ponte".
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Eserienza n° 7
Ritaglia due rettangoli (5 cm x 20 cm) da una rivista. Sospendili parallelamente alla distanza di circa 2 cm. Soffia delicatamente nel loro interno.
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Esperienza n° 8
Prendi il tuo quaderno e ponilo alternativamente sulle tre basi. In quale caso la Pressione è minore ed in quale è maggiore?(Che cos'è la pressione?).
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Esperienza n° 9
Prendi un bicchiere colmo di acqua e poni sul suo orlo un cartoncino piano. Rovescia il bicchiere.
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Esperienza n° 10
Prendi una cannuccia e succhia l'acqua dal bicchiere.
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Esperienza n° 11
Taglia una cannuccia circa ad 1/3 della sua lunghezza. La parte più corta immergila nell'acqua contenuta in un bicchiere. La parte più lunga ponila perpendicolarmente all'estremo della cannuccia minore.Adesso soffia forte.
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Esperienza n° 12
Costruisci 2 cilindri di carta (raggio = 5 cm; altezza = 5 cm).Sospendili, con il filo, parallelamente alla distanza di circa 2 cm. Soffia delicatamente in mezzo (meglio con una cannuccia).
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Esperienza n° 13
Costruisci un semi-cilindro di carta ( raggio = 5 cm; altezza = 5 cm), incolla nel suo interno un semi tappo. Inseriscilo come piattello in una bilancia (bacchetta di legno o ferro o plastica sospesa in equilibrio).Soffia con una cannuccia sopra, sotto e lungo la linea che divide la parte piatta da quella curva.
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DOMANDE
Ritaglia la figura sottostante. Piega lungo le linee tratteggiate. Incolla le due parti della fusoliera. Inserisci il fermaglio sulla punta. Lancia il modello. Regola il suo volo spostando il fermaglio.
Ritaglia i due cerchi. Metti qualche goccia di colla lungo i diametri. Incolla la cannuccia lungo le linee. Attendi cinque minuti. Lancia il tuo modello.
Fonte: http://share.dschola.it/viasanthia/orto/Dispense/FISICA%20DEL%20VOLO.doc
Sito web da visitare: http://share.dschola.it
Autore del testo: indicato nel documento di origine
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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