Leggi fisiche sulla vela e sotto lo scafo
Portanza
Il vento spinge o trascina la nostra barca?
"Il vento soffia....e spinge..." risponderebbe chiunque, ma lo devo smentire, e affermare che il vento ha solitamente più efficacia a trascinare una vela che a spingerla. Proprio così, il vento non soffia sulle vele spingendole, ma le lambisce e le aspira, trascinando con esse la barca.
I tre principi fisici che permettono questo, si possono semplificare nel seguente modo:
- " ... un corpo sul quale agiscono due forze contrapposte si sposta
nella direzione della forza che ha minore intensità, se le forze sono uguali il corpo resta immobile".(estensione
del II° principio della dinamica al nostro caso)
- " .... la pressione è una spinta applicata in modo uguale ed
uniforme sulla
superficie di un oggetto, come tanti piccoli pesi uguali su tante piccole parti uguali di superficie dell'oggetto,
che nella loro somma formano una forza applicata sullo stesso".( definizione elementare di pressione )
- " ... lungo il suo percorso, un fluido in movimento, dove è costretto ad accelerare diminuisce la sua pressione, dove è costretto a rallentare l'aumenta".( semplificazione del principio del Bernoulli)
Pensiamo al profilo di una ala di gabbiano posto solidamente fra due linee parallele, una sopra e una sotto al profilo, come un canale in cui fra una riva e l'altra sia posto il profilo dell'ala.
Analizziamo ora due particelle di fluido, accoppiate verticalmente, gemelle e inseparabili, che si muovano in modo rettilineo lungo la canalizzazione che incontrando il profilo debbano separarsi per passare una sopra e una sotto al profilo.
Mentre nel lato concavo una particella si muove ancora in modo rettilineo senza ostacoli, nella parte convessa, non potendo attraversare la linea del profilo e dovendo fare più strada, la seconda particella sarà costretta ad accelerare la sua velocità affinché si possa ritrovare insieme alla sorella alla fine del profilo.
Ottenendo due diverse velocità, ricordandoci che al variare della velocità varia la pressione, otterremo
sui due lati due diverse intensità di pressione e se ora liberassimo il profilo permettendogli di muoversi,
vedremo che questi si sposterebbe verso il lato superiore.
Per il terzo principio enunciato, è accaduto che sul lato superiore
del profilo la pressione è diminuita, quindi significa che la forza applicata sul profilo verso il basso
è diminuita, mentre nel lato inferiore non essendoci stata una sostanziale variazione di velocità,
la pressione è rimasta invariata e quindi anche la forza applicata.Così determinandosi la contrapposizione
di due forze diverse sul profilo, esso si sposterà verso la forza più debole che si è formata,
cioè verso l'alto.
Non solo, la forza generata sulla parte alta ha invertito la sua direzione, invece di premere sul profilo lo risucchia. Per verificare questo fenomeno propongo di eseguire la seguente prova.
Prendiamo un foglio di carta da lettere, poniamolo davanti al nostro mento facendo si che fletta incurvandosi, ora soffiamo leggermente sulla parte superiore della superficie flessa del foglio. Le particelle di aria percorreranno il foglio rimanendovi aderenti, dato la convessità la velocità di esse aumenterà, si abbasserà la pressione al punto di invertire la direzione della forza che questa esercita sul foglio, ed esso si solleverà.
