Nel numero precedente abbiamo descritto il viaggio di una molecola d’aria all’intradosso di una vela dando evidenza fisica delle interazioni che avvengono e forze conseguenti.

In questo numero analizziamo l’interazione di una molecola d’aria all’estradosso della vela, un viaggio meno intuitivo e che fa discutere, ma che proveremo sempre a studiare con gli elementi di fisica delle superiori, semplificandolo un po’ ma individuando delle chiavi che ritengo interessanti per tutti i naviganti.

Partiamo sempre considerando una prima condizione con vela non regolata che fileggia; è chiaro che non vi è interazione, come già abbiamo facilmente compreso nella scorsa puntata.

Vela piatta -> nessuna interazione -> nessuna portanza

Nel momento che iniziamo a cazzare la vela, la curvatura che ne segue ipotizziamo, per semplicità, sia con un raggio costante. Un primo fenomeno che notiamo è che la curvatura tende a creare un vuoto all’estradosso, ma in realtà la nostra molecola d’aria segue questa curvatura, se non eccessiva. Ma come fa?

Fenomeno di attrazione molecola d’aria-vela

Ricordate quando in fisica vi hanno parlato dell’effetto di adesione e coesione? Sul libro tutto veniva risolto in una pagina, ma di fatto l’effetto ha una sua rilevanza. Il tutto nasce infatti dall’interazione molecolare tra la molecola d’aria e la vela. Ogni molecola ha una propria forza di coesione con le altre molecole d’aria, anche se debole considerando appunto che è aria, ma ha anche una forza intermolecolare di adesione alla vela.

L’effetto è facile da sperimentare se si prende un cucchiaino ed un rubinetto d’acqua. Si noterà, avvicinando il cucchiaino al getto d’acqua, l’evidenza una forza di attrazione.

Getto d’acqua che segue il cucchiaino

Con le dovute proporzioni anche l’interazione tra una vela ed un flusso d’aria ha comportamento simile.

A dimostrazione di questo si veda il video al seguente link, in particolare dal minuto 10 dove è visibile come un flusso d’aria possa muovere una palla da biliardo e si parla di analogia con il comportamento di una vela.

https://www.youtube.com/watch?v=lkf63TvP6ZA

Questo significa che la nostra molecola tende ad essere attratta dalla vela e quindi tende a seguirla nella sua curvatura; questa attrazione determina una sua accelerazione e conseguentemente una riduzione di pressione (riferimento a Bernoulli certificato) che ha l’azione di esercitare sulla vela, per reazione, una forza verso l’esterno.

Flusso d’aria che segue il profilo della vela e conseguente campo di forze

Tutto questo però funziona finché la viscosità del flusso, che crea una resistenza passiva, riduce la velocità e quindi finchè questo effetto non si annulla, con la conseguenza che la molecola si stacca dalla vela ed inizia quel fenomeno che non è più di flusso laminare ma turbolento, e la forza di attrazione della vela viene a mancare.

A supporto di questa analisi vi sono gli studi che tale Henri Coandă, ingegnere rumeno, ha fatto a riguardo e che potete trovare descritti su questa pagina di Wikipedia. https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Coand%C4%83

Come dicevamo, l’effetto tiene finché la viscosità del fluido non riduce questo effetto di adesione ed avviene quindi il distacco. Questo però lo sappiamo ben gestire se regoliamo opportunamente la vela facendo in modo che i filetti segnavento nel bordo di uscita restino orizzontali e non saltino a causa del moto turbolento.

Se consideriamo che studi sperimentali permettono di affermare che il carico aerodinamico sulla vela è per il 70% a causa dell’effetto all’estradosso possiamo immaginare quanto sia importante lo studio di questo fenomeno.

Finito lo studio all’estradosso cos’altro resta da verificare in questo viaggio?

Beh, se ci pensate, le molecole d’aria che viaggiano all’estradosso ed all’intradosso della vela ad un certo punto, finita la vela, si ritrovano a ricreare un unico flusso, ma questo flusso sarà laminare o turbolento?

Su questa domanda sospendiamo l’analisi e ci diamo l’arrivederci al prossimo numero!

BV,

Enrico Olioso