Marinai di Terraferma

[youtube]http://youtu.be/9GDro9i1ye0[/youtube]

[youtube]http://youtu.be/9GDro9i1ye0[/youtube]

a parte la storiella di bernoulli per spiegare la portanza, notoriamente errata...

per il resto (quel che conta sulla regolazione..) il video e' ben fatto...

giusto per non buttare il sasso e ritirare la mano...
do una sommaria spiegazione di perche' bernoulli non va scomodato (lui vale sempre.. ma qui, non e' lui il protagonista..) e di cosa scomodare per giustificare la portanza della vela:

la spiegazione "classica" dice che a causa della differenza di percorso tra intradosso (parte interna della vela) ed estradosso (parte esterna) il flusso d'aria sull'estradosso deve accelerare per "raggiungere" quello sull'intradosso, di conseguenza forti del teorema di bernoulli, a maggior velocita' corrisponde minore pressione e cosi' si spiega la differenza di pressione tra le due facce della vela.

Facciamo due conti (li faccio io e vi riporto il risultato senza le formule):

Prendiamo una vela di 10mq, con base di 3m e altezza 3.3m Quadrata per semplicita'; spessa 1mm con un "grasso" di 20cm al centro.

- la differenza di percorso tra intradosso e estradosso della vela si aggira intorno a 0,12 mm: su 3m e' una differenza dello 0,004%

- la differenza di percorso (+0,004%) con un flusso (vento) di 5m/s [10nodi] produrrebbe una differenza di pressione di 1,2 Pa
- 1,2 Pa su 10mq di tela risultano in una spinta di "ben" 12N: 1,2 Kgf...

mi pare abbastanza evidente che 1,2Kg non sono sufficienti a spingere la barca... mentre e' appurato che con 10mq di tela con grasso di 20cm e 10 nodi di vento si cammina e parecchio... e la spinta sulla vela e' ben piu' di 1 Kgf (basta sentire la tensione della scotta randa).

Quindi, sebbene il teorema di bernoulli valga... e ci mancherebbe... non e' grazie alla differenza di "lunghezza di percorso" che si crea la maggior parte della spinta..

Esistono vari modi di giustificare la spinta prodotta, io ne riporto uno non rigoroso, ma che mi pare abbastanza semplice da comprendere intuitivamente..

Consideriamo la vela come un semplice deflettore che "sposta" il flusso di aria.

Mettiamo il nostro profilo della vela orizzontale e lo guardiamo dall'alto.

Prima della vela c'e' un flusso d'aria poniamo orizzontale di 10 nodi.

Dopo la vela (la nostra solita: 3m di base, 20 di grasso, 10mq) il flusso uscente non e' piu' orizzontale.. avra' "seguito" la curvatura della vela.. e sara' stato deflesso verso il basso (o alto come preferite mettere il profilo) di un certo angolo (nel ns caso circa 15 gradi)

Quindi il flusso uscente (che supponiamo sempre a 5m/s) ha acquistato una velocita' verticale verso il basso (che prima era nulla) di circa 1,2 m/s.

E' stato accelerato nella sua componente verticale (e rallentato di poco in quella orizzontale, cosa che da origine alla resistenza)

Per il principio di azione-reazione (in realta' per la conservazione della quantita' di moto), di conseguenza la vela deve ricevere una forza uguale e contraria.

Quanto e' questa spinta?

Facciamo finta che il flusso deflesso sia quello attorno alla vela per 2m sopravento e 2m sottovento

immaginiamocelo come se fosse un tubo di aria largo 4m, alto 3.3m,
viene deflesso e acquista una velocita' verso il basso di 1,2m/s; di conseguenza la nostra vela riceve una forza pari alla portata in massa x velocita' [ teorema dell'impulso ]

risultato:
-portata in massa: 1,225Kg/m3 (densita' aria) x 13,2 (area sup. tubo 4 x 3,3 altezza) x 5 m/s (velocita') = 80 kg/s
- forza risultante: 80 x 1,2 = 97 N = 10Kgf

Gia' piu' ragionevole...

Naturalmente, il discorso preciso dovrebbe tener conto del fatto che la densita' dell'aria cambia a causa delle condizioni al contorno della zona presa in questione ( se l'aria si sposta verso il basso in uscita.. significa che sopravento ce n'e' "di meno" e quindi la pressione cala... analogamente sottovento la pressione aumenta..)
E questo fa si che la spinta sia in realta' maggiore di quanto calcolato qui in modo semplificato...
Il conto piu' preciso si fa scomodando teorie e modelli matematici ben piu' complessi (vedi teoria kutta-zukovskij) che rappresentano il moto dell'aria intorno alle vele come la sovrapposizione di un moto circolatorio indotto a quello regolare del vento...
Di conseguenza la portanza e' proporzionale al moto circolatorio creato e alla velocita' del flusso indisturbato.
Chi vuole approfondire la matematica si studi il teorema di Kutta-Zukovskij.

Ma tant'e' che a noi interessava almeno capire che la storiella delle particelle che corrono piu' veloci nell'estradosso per raggiungere le sorelle dell'intradosso perche' il percorso e' maggiore e' una bufala..

PS: Notate come non serva che il profilo sia "alare".. una vela PIATTA ma inclinata rispetto al vento introduce ugualmente un cambio di direzione nel flusso... e di conseguenza una spinta (e una circolazione per i precisi), vattela a spiegare con la differenza di percorso...

come sono ignorante!!!

Dopo il finanziere possiamo escludere che Guru sia un Carabiniere...

ehm....se mi è permesso.

premesso che scopro adesso che la barca non cammina perché la vela ha un profilo alare, al teorema di bernoully manca un tubo di venturi, allora tutto ha più senso. Mi spiego:
sono balle che l'aria sull'estradosso cammina più veloce e diventa rarefatta. Ma non è una balla che un profilo alare vola grazie alla differenza di pressione tra estra e intradosso:

il teorema di bernoully applicato ad un tubo di venturi dice che la somma tra pressione costante e dinamica all'interno di un tubo di flusso deve essere costante.a parità di portata

esempio classico: il tubo dell'acqua: se lo tappo, il "peso" dell'acqua sulle pareti interne sarà moltissimo (pressione statica), mentre la velocità del fluido nulla(pressione dinamica). Se lascio correre l'acqua, il "peso" dell'acqua sulle pareti interne del tubo sarà molto minore, lo posso avvertire schiacciando il tubo con le dita. il tubo sarà duro quando l'acqua è ferma e morbido quando il flusso scorre. Di conseguenza. la pressione dinamica o velocità del fluido sarà nulla appunto col tubo tappato (tubo duro=pressione statica alta), ma la avverto sulle mani quando faccio correre il fluido (tubo morbido= pressione statica bassa)

questa cosa qui è divertente e si vede in molte cose:
se fumo in macchina il fumo esce perché il fluido che lambisce la carrozzeria aumenta la pressione dinamica all'esterno, per cui ne diminuisce quella statica. Allora la pressione all'interno del veicolo sarà maggiore e il fumo tenderà ad uscire

il paracadute si apre per lo stesso motivo

e un'ala vola per lo stesso motivo

se immaginiamo un ostacolo ....fatto a profilo alare....all'interno del tubo di flusso, è ovvio che si creererà una strozzatura. Un tubo di venturi.


Allora il flusso che passa a portata costante dovrà accelerare per poter passare (meno spazio di passaggio, ma stessa quantità= più tempo.). l'accelerazione è un aumento della pressione dinamica, cui corrisponde una diminuzione di quella statica etc etc.....


e questo è come lo sapevo io e posso garantire che le ali volano sul serio. Ero convinto che una vela non fosse altro che un'ala verticale. mi sbaglio?

non ti e' permesso... SEI OBBLIGATO a rispondere.


la barca puo' camminare anche con un tavolone di legno al posto della randa-fiocco....
(notoriamente un profilo non proprio alare...)
certo un profilo un po' piu' arerodinamico produce piu' spinta e stringe di piu')....


ESATTO, questo e' il succo di tutto il discorso sopra...
l'unica cosa che cercavo di chiarire.... (in modo non rigoroso... lo so.. )

Chiaro che il teorema di Bernoulli vale (sotto le sue ipotesi iniziali)...
mi sono espresso male prima... in fondo, bernoulli non centra con la spiegazione che non va...
Quello che non va e' spiegare la differenza di pressione dandone l'origine alla differenza di lunghezza del percorso tra intradosso e estradosso della vela.


qualcuno dovra' pur spingere (o tirare?) questa vela...
ci sono vari modi di vedere lo stesso fenomeno...
a me non e' mai andata giu' la storiella che le molecoline di aria che passano sopra "vogliano" ricongiungersi con le sorelline che passano sotto... e per quello devono correre di piu' perche' il percorso e' piu' lungo..... (chi glielo ha detto? come fanno a sapere che le sorelle hanno meno strada da percorrere?)

e infatti non e' vero che le molecole sopra e quelle sotto si "ricongiungono" sul bordo d'uscita... quello che si ricongiunge e' il flusso...
Oltretutto in una vela... la differenza di percorso... quasi non esiste.


ma va la? veramente?

non so.. a me una vela non e' mai assomigliata all'ala di un aereo... io l'ho sempre vista tanto fina...


circa...

1) La vela e' un'ala praticamente senza spessore....
2) bernoulli funziona per fluidi INCOMPRIMIBILI e moti non turbolenti...

Spiega con il tubo di flusso la portanza su questa vela (di spessore trascurabile):


Secondo il tuo ragionamento...
-nella parte sopra del tubo le linee si diradano... c'e' piu' spazio.. il flusso rallenta -> cala la pressione dinamica -> AUMENTA la pressione statica

- nella parte sotto alla vela le linee si compattano... il flusso accelera -> aumenta la pressione dinamica -> CALA la pressione statica

MORALE: con questo ragionamento quella vela dovrebbe spingere dalla parte contraria...
verso il basso...



(non serve provare per sapere che quel profilo spinge verso l'alto... )

Mai semplificare troppo...
Chissa' che di questo passo non si arrivi al teorema di Kutta...

Su questo mi permetto di dissentire, tutte le ali degli aerei hanno il profilo che tutti conosciamo, con estradosso di lunghezza superiore all'intradosso per generare portanza.
Ma non è sempre così, quando andiamo sulle bassissime velocità può essere "pagante" un profilo alare "monostrato". La Quicksilver (azienda leader mondiale nella costruzione di aerei ultraleggeri) ha sempre in listino il modello "Sprint", un ultraleggero veramente minimale con profilo alare mono: http://www.quicksilveraircraft.com/mx-sprint/
Anche il Flyer (l'aereo dei Fratelli Wright) aveva ovviamente tale profilo e..... (più o meno) volava

Questo genere di profilo però funziona solo su bassissime velocità, vale giusto per una barca a vela, ma se vedete come si evolve la cosa gli attuali mostri dell'American's Cup hanno rande a profilo alare con doppio strato, proprio come un aereo.

Grazie NeXus, effettivamente la mia affermazione era piu' legata alla spiegazione che c'e' dietro a quel disegno del profilo "spesso", piuttosto che al fatto che le ali debbano avere per forza un certo profilo...


non faccio fatica a crederti, appena la velocita' sale o il flusso sull'intradosso si separa... (motivo per cui immagino si debba rendere meno concavo, passando a profili + "pieni" )
oppure deve avere un angolo di attacco alto e quindi presenta una resistenza esagerata... (tipo quello che ho disegnato io..)

1) La vela e' un'ala praticamente senza spessore....
2) bernoulli funziona per fluidi INCOMPRIMIBILI e moti non turbolenti...

Spiega con il tubo di flusso la portanza su questa vela (di spessore trascurabile):

Allegato:

tubo-vela.gif

Secondo il tuo ragionamento...
-nella parte sopra del tubo le linee si diradano... c'e' piu' spazio.. il flusso rallenta -> cala la pressione dinamica -> AUMENTA la pressione statica

- nella parte sotto alla vela le linee si compattano... il flusso accelera -> aumenta la pressione dinamica -> CALA la pressione statica

MORALE: con questo ragionamento quella vela dovrebbe spingere dalla parte contraria...
verso il basso...



(non serve provare per sapere che quel profilo spinge verso l'alto... )

Mai semplificare troppo...


se non sbaglio il flusso si comprime in corrispondenza del camber (credo si dica così), cioè del massima corda alare....insomma la gobba. E' lì che si crea la portanza. No?

anche i Primi delta erano monosuperfice, ma il bordo d'attacco creava ....la gobba. un po' come il frisbee, che una monosuperfice, con la gobba e per questo vola.

[color=#000000]Chissa' che di questo passo non si arrivi al teorema di Kutta...[/quote]

e dai proviamo. Mi pare di essere a superquark[/color]