La portanza

[frapik]

Citazione:einstein ha scritto:
Ritornando in barca (che è quella che a noi interessa di più) e cercando di dare, in soldoni, una spiegazione alternativa alla formazione di portanza, si potrebbe dire che il vento subisce una forza dovuta alla presenza della vela, che lo fa deviare, e a questa azione corrisponde una reazione sulla vela stessa, che si può identificare come una forza aerodinamica (perpendicolare alla corda del profilo), che verrà scomposta in portanza (perpendicolare al vento apparente) e resistenza (parallela).
Quindi: forza sul vento = massa d'aria x differenza di velocità nel tempo impiegato dall'aria per percorrere la vela.
La direzione della forza aerodinamica dipenderà, ovviamente, dalla deviazione e dalla velocità relativa V1 e V2.

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Questo potrebbe avvicinarsi ad un approccio corretto per arrivare alla portanza? [?][?][?]

Ciao a tutti,

quest'ultima spiegazione di Einstein è secondo me la migliore per spiegare il fenomeno della portanza senza tirar dentro la circolazione. E' da osservare che dietro questa spiegazione c'è l'ipotesi di Kutta che in questo caso implica che le velocità alla fine dei due dorsi sono tangenti all'uscita della vela. Quanto scritto inoltre non è altro che l'applicazione delle leggi di Newton su quantità di moto e azione-reazione ad una vela. La teoria dei volumi di controllo permette di formalizzare bene tutto questo con equazioni integrali ottenute da Navier-Stokes.

Per quanto riguarda le discussioni precedenti vorrei aggiungere alcune cose.
Anche nei fluidi valgono le equazioni di Newton. Le equazioni di Navier-Stokes non sono altro che le leggi di Newton applicate ai fluidi nei vari punti del campo. Le equazioni di Venturi, Bernoulli etc... non sono altro che semplificazioni delle equazioni di Navier-Stokes per flussi non viscosi incomprimibili (e irrotazionali).
Un flusso qualunque se non ha sorgenti di calore (esempio reazioni chimiche) è assolutamente approssimabile come incomprimibile se il suo numero di Mach è minore di 0.3 (in aria a temperatura ambiente vuol dire che la velocità deve essere meno di 400Km/h circa).
Quindi a meno di una costante che è la densità (1.2 per aria e 1000 per acqua) fenomenologicamente le vele e le derive si comportano ugualmente e seguono le stesse equazioni.
Detto questo se le velocità sono abbastanza elevate così che il numero di Reynolds (U*c/nu velocità per lunghezza diviso viscosità cinematica) è abbastanza grande (sempre in aerodinamica classica), si può utilizzare l'ipotesi di flusso non viscoso e quindi vale Bernoulli Kutta invece di risolvere Navier Stokes non viscoso (Eulero). La dimostrazione di questo è dovuta alla teoria dello strato limite di Prandtl.
In realtà, l'approssimazione aviscosa è vera finché il flusso dello strato limite rimane attaccato al corpo e non ricircola (flusso laminare sulla vela anche se il termine è improprio). Se si forma il ricircolo (stallo) Bernoulli non vale, Kutta non vale e si deve risolvere N-S completo.
Se questo non accade la teoria della circolazione+l'ipotesi di kutta permettono di calcolare la portanza di una lastra piana carta e penna, e con un metodo dei pannelli (molto semplice per un computer) per geometrie più complicate. Per questo il teorema di Kutta e la condizione di Kutta sono fondamentali in aerodinamica.

Però da un punto di vista fisico possiamo senz'ombra di dubbio usare Newton da cui derivano tutte le altre equazioni che ci dice che più siamo bravi a deviare il flusso verso il basso + la portanza è elevata. Se aumentiamo l'angolo di incidenza, fino ad un certo punto questo succede, poi il flusso sull'estradosso ricircola, la deviazione di velocità tra ingresso e uscita
si riduce e la portanza diminuisce.
Ultima cosa è che i due modi di vedere le cose sono due lati della stessa medaglia. Se non ci fosse la vela il flusso va dritto, per farlo 'girare' dobbiamo applicare una forza, la forza (per unità di superficie) nel fluido è la pressione, questa pressione per azione e reazione agisce sulla vela. Il motivo per cui il fluido non va dritto è proprio per la conservazione della massa (con flusso a densità costante): non potendosi fare il vuoto sull'estradosso si genera una pressione che fa girare il flusso e che per reazione risucchia la vela.

Scusate se ho scritto tante cose e forse in maniera non chiarissima, ma non avevo molto tempo.

Ciao e buon vento