Leonardo da Vinci aveva capito che, spingendo l’aria verso il basso, si poteva essere sospinti verso l’alto e aveva disegnato l’antenato dell’elicottero: il suo funzionamento è relativamente semplice, da immaginare*.  Molto meno intuitivo è come funziona un aeroplano. Ha dei motori che lo spingono in avanti e delle ali, ma cos’è che lo fa stare sospeso in aria? Una spiegazione che trovo meravigliosa ce la dà http://www.lefthandedtoons.com (che è un sito di destrimani che disegnano con la sinistra, già per questo non possiamo che voler loro un sacco di bene).

Questa magia ha due nomi, uno molto noto e uno meno: Bernoulli e Coandă. La legge di Bernoulli lega tra loro la pressione, la velocità ed il potenziale gravitazionale a cui è soggetto un fluido in movimento: a parità di quota, se la velocità aumenta, diminuisce la pressione e viceversa, ad esempio. Se consideriamo il profilo di un’ala, basta che sia sagomato in modo da far percorrere una traiettoria più lunga all’aria che passa sopra rispetto a quella che passa sotto per avere una differenza di pressione sulle due facce dell’ala stessa.

Questo fenomeno è stato alla base di tutta l’aeronautica fino alla metà degli anni 30 del XX secolo. Essendo la forza che “spinge” l’aereo verso l’alto (la portanza) legata alla differenza di pressione tra le facce dell’ala, per avere la massima manovrabilità del velivolo era vantaggioso avere ali con superfici molto grandi, per avere molta portanza si costruivano biplani e triplani, come il famoso triplano Fokker del Barone Rosso.

Nel 1936, Henri Coandă, un ingegnere rumeno, considerato tra i padri dell’aeronautica, brevettò alcuni strumenti che sfruttavano una proprietà diversa dei fluidi, che da allora si chiama effetto Coandă. Un fluido viscoso (in natura lo sono tutti, nei problemi di fisica spesso ci si semplifica la vita parlando di “fluidi ideali”, non viscosi, ma è un’approssimazione), quando procede lungo una superficie curva, tende a seguire la traiettoria tangente a quella superficie anche quando la superficie finisce. A parole non è molto chiaro, ma un esempio molto semplice ci può far capire subito cosa voglia dire.

(Immagine da Wikimedia Commons)

L’acqua procede nella direzione che ha preso correndo lungo la superficie esterna del cucchiaio, e così fa l’aria quando segue un profilo alare opportuno. L’effetto è tanto più intenso quanto più velocemente l’ala si muove attraverso il fluido: per questo, la portanza degli aerei dipende anche dalla velocità a cui stanno viaggiando. Per rendere più efficienti le ali degli aerei, sono state inserite delle parti mobili, dette ipersostentatori, che vengono aperte quando si deve manovrare a bassa velocità (durante il decollo e l’atterraggio, principalmente) e chiuse quando l’aereo viaggia alla velocità di crociera.

Gli alettoni delle automobili da corsa funzionano esattamente nello stesso modo, soltanto che sono girati alla rovescia: in questo modo, la forza aerodinamica che producono “schiaccia” la macchina verso il basso, aiutando il pilota a tenerla in pista. Mezzi che viaggiano a centinaia di chilometri orari, sfrecciano sulle piste o solcano il cielo a migliaia di metri di quota riescono nelle loro imprese grazie a come deviano il percorso dell’aria che attraversano, nulla più.

* Edit: la vite aerea di Leonardo, tuttavia, non è realizzabile, o quantomeno è estremamente inefficiente: le pale degli elicotteri funzionano di fatto in modo simile alle ali degli aerei, sfruttando la velocità con cui gira il rotore invece della velocità traslazionale dell’aereo. Per sollevare un aeromobile usando il solo principio di azione e reazione si devono usare motori a turbina ed orientare il flusso di gas in uscita, come ad esempio per il caccia Harrier. Mi scuso per la prima frase che poteva essere fonte di fraintendimento e ringrazio quanti me lo hanno fatto notare.