Comportamento di una lastra tangenziale
E’ opportuno innanzitutto ricordare i concetti delle due proprietà fisiche di un fluido: Adesione e Viscosità.
L’Adesione, che possiamo considerare come una specie di attrazione fra le particelle fluide e una superficie solida da esse lambite, e che si manifesta con la formazione di un velo fluido immobile ad immediato contatto con la superficie e trattenuto, oltre che dalle mutue azioni molecolari, anche dalle impercettibili asperità che la superficie presenta sempre.
La Viscosità è invece l’attrito interno che si manifesta fra gli strati fluidi in movimento relativo fra loro e che, in vicinanza di una superficie solida, ha come effetto quello di sostituire al moto di insieme del fluido una velocità variabile da strato a strato e che in particolare è zero in corrispondenza del velo fluido ed in progressivo aumento con l’aumentare della distanza dello strato fluido dalla superficie, fino al raggiungimento della velocità V di regime del flusso ad una distanza variabile a seconda dei casi.
Essendo la velocità diversa da strato a strato, per effetto della velocità relativa fra gli strati ed essendo il fluido viscoso, ne nasce una azione tangenziale tendente a trascinare lo strato più lento ed a frenare quello più rapido e tale azione tangenziale è tanto maggiore quanto più grandi sono la viscosità del fluido e la differenza di velocità.
In conclusione l’azione tangenziale è proporzionale alla variazione di velocità per unità di lunghezza misurata perpendicolarmente alla superficie (Gradiente di velocità) secondo un Coefficiente di Viscosità assoluta µ.
La complessità di tali azioni tangenziali viene trasmessa dal fluido alla superficie attraverso il velo fluido aderente ad essa.
Come precedentemente enunciato, per il principio di reciprocità, l’azione che si manifesta fra fluido in movimento e superficie ferma è analoga a quella che si manifesta fra fluido fermo e superficie in movimento e che, per l’effetto combinato di adesione e viscosità, viene frenata nel suo moto, cioè è frenata da una certa resistenza.
Questa resistenza che è del tutto diversa da quella frontale prende il nome di Resistenza tangenziale o, più comunemente, Resistenza di attrito.
Se consideriamo il moto tangenziale nell’aria di una lastra sottile, la resistenza che essa manifesta all’avanzamento è appunto dovuta solo alla adesione e alla viscosità dell’aria, però solamente finché la velocità si mantiene sotto un certo limite che è tanto più basso quanto maggiore è la scabrosità della superficie della lastra.
Al di sopra di tale limite, per effetto della scabrosità, tra il velo aderente alla superficie e la vena fluida adiacente si hanno dei distacchi che danno luogo a dei piccoli vortici provocanti l’effetto di un continuo rinnovamento del fluido "stagnante" che sostituisce lo strato immobile a contatto con la superficie con uno strato turbolento. In questo strato il fluido agisce per pressioni e depressioni dinamiche sulla rugosità della superficie e la resistenza che ne deriva è della stessa natura di quella che si forma per la lastra normale ed è perciò proporzionale alla densità dell’aria e al quadrato della velocità.
Praticamente però, nel campo di velocità di interesse aeronautico i due tipi di resistenza coesistono.
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