Comportamento di una lastra frontale
Consideriamo la lastra piana ferma investita da un fluido che si muova contro di essa a velocità V.
Per il principio di reciprocità ciò equivale al caso che sia la lastra a muoversi con pari velocità nel fluido immobile.
Lo studio sperimentale della resistenza offerta da una lastra piana che si sposta perpendicolarmente al flusso è stato il primo dei problemi del genere affrontati dagli studiosi ed è interessante sapere che il risultato del suo comportamento è utile come termine di paragone.
Infatti si riesce a rendere più comprensibile l’entità della resistenza all’avanzamento di un corpo qualsiasi se si dice che essa è uguale a quella di un piano avente una determinata superficie.
Ad esempio si usa dire che un certo velivolo ha una superficie nociva di tot metri quadrati quando il complesso delle sue resistenze eguaglia la resistenza di una lastra normale quadrata che si muova con la stessa velocità del velivolo.
(Molti decenni dopo, nel campo dei velivoli supersonici, è stata sviluppata la regola delle aree, detta anche della bottiglia di coca cola, mediante la quale i progettisti hanno ottenuto una diminuzione della resistenza complessiva di un aereo riducendo la superficie delle sezioni della fusoliera corrispondenti all’attacco alare. Uno degli esempi più evidenti lo si trova nella conformazione della fusoliera del North American F105. Infatti se osserviamo la sua sagoma vista dall’alto notiamo il caratteristico restringimento della fusoliera in corrispondenza della unione con le ali, proprio come una bottiglia di coca cola classica).
Considerando ora una lastra piana di forma circolare come un disco e investita da un flusso ad essa perpendicolare, esaminiamo l’andamento dei filetti fluidi giacenti su di un piano diametrale, cioè
su di un piano intersecante il disco secondo il suo diametro.
Logicamente, essendo tale lastra un disco, tale andamento sarà eguale per tutti gli infiniti piani diametrali.
Tale andamento, a monte della lastra e non molto lontano da essa, non risente della sua presenza e ha una velocità di regime V.
Se fissiamo l’attenzione sul filetto che colpisce la lastra centralmente, ci rendiamo conto che tale filetto urtando il piano non può deviare né a destra né a sinistra e in nessuna altra direzione, annullando così la velocità delle particelle fluide che lo compongono.
Nel centro del disco per il teorema di Bernoulli, essendo la velocità nulla, si ha un aumento di pressione corrispondente alla pressione massima.
Tali particelle prive di velocità si dispongono sulla superficie del disco in modo da originare una specie di prua fluida di forma tale da aprire dolcemente i filetti fluidi circostanti ed avviarli ad aggirare l’ostacolo senza urtarvi contro direttamente.
Quindi, superata la lastra, i filetti proseguono senza richiudersi subito dietro di essa.
La depressione che si genera così sulla superficie a valle del disco richiama continuamente il fluido da tutti i punti vicini formando dei nuclei vorticosi che vanno via via distaccandosi dando luogo alla scia.
Questi fenomeni possono essere resi evidenti soffiando opportunamente nel flusso fluido del fumo leggerissimo e fotografandolo. L’insieme delle linee di corrente costituisce lo Spettro aerodinamico.
La ricerca e le esperienze eseguite per determinare il valore della resistenza di una lastra sottile normale al flusso hanno dimostrato che la sua resistenza specifica varia con la sua superficie e con la forma del suo contorno, e che la legge della resistenza è effettivamente quadratica in funzione della velocità, ovvero se la velocità raddoppia la resistenza quadruplica.
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