Perché se soffiamo l’aria è più fredda e se alitiamo è più calda?

Provate questo piccolo esperimento. Mettete una mano a circa 20 centimetri dalla vostra bocca, e soffiateci sopra: l'aria vi sembrerà relativamente fredda. Ora invece, senza spostare la mano, alitateci sopra con la bocca bene aperta: improvvisamente l'aria vi sembrerà decisamente più calda. Anche se non vi siete mai accorti di questo fatto, lo usate comunque ogni volta che, per raffreddare una minestra calda, ci soffiate sopra invece di alitarci. Eppure la temperatura dell'aria che esce dai nostri polmoni è sempre la stessa (circa 37 °C). Quindi come spieghiamo questa differenza?

Quando si parla di comportamento dei fluidi in situazioni reali, come per l'appunto l'aria che soffiamo, è sempre opportuno fare una premessa fondamentale: la meccanica dei fluidi è estremamente complessa, anche per gli addetti ai lavori, quindi una risposta reale ed esaustiva dovrà tenere conto di tantissimi fattori più o meno complicati. Tuttavia, se vogliamo dare soltanto un'idea semplificata di cosa succede, la chiave per comprendere questo apparente paradosso sta in due parametri principali del flusso d'aria che emettiamo con i nostri polmoni: la velocità e la pressione.

La differenza principale tra soffiare e alitare sta nel diametro del flusso d'aria che facciamo uscire dalla nostra bocca. Quando soffiamo, rendiamo il foro di uscita dell'aria molto più piccolo e quindi, fondamentalmente, “costringiamo” l'aria a passare attraverso una strettoia.

Ora, quando un fluido si sta muovendo tende a mantenere quanto più costante la sua portata, cioè quanto ne passa in una data sezione in una data quantità di tempo. Quindi, riducendo la sezione (che è quello che succede all'aria quando la soffiamo tenendo la bocca quasi chiusa) la sua velocità aumenta. Lo notiamo chiaramente sulla nostra mano: l'aria che ci arriva quando soffiamo è nettamente più veloce di quella che ci arriva quando alitiamo. È una conseguenza del fatto che l'aria, passando attraverso una strettoia, si oppone ad ammassarsi e comprimere, preferendo piuttosto accelerare e uscire più rapidamente.

Bene, ora cosa succede quando un fluido in movimento aumenta la sua velocità? Diminuisce la sua pressione. Questo fenomeno si chiama “effetto Venturi” in onore del fisico italiano Giovanni Battista Venturi che per primo lo descrisse. È il principio che permette agli aerei di volare: il profilo alare fa in modo che l'aria sotto le ali scorra più lentamente di quella sopra, creando una differenza pressione che ha come conseguenza una forza diretta verso l'alto, la cosiddetta portanza.

Questo comportamento è una conseguenza del fatto che i fluidi, come quasi ogni altra cosa in natura, vuole mantenere costante la sua energia. Questo è descritto in fisica dal teorema di Bernoulli, ma qui ci interessa soprattutto una specifica conseguenza del fatto che l'aria soffiata ha una pressione relativamente: il cosiddetto trascinamento (entrainment in inglese). Cosa fa infatti l'aria a bassa pressione? Attira l'aria circostante a pressione più alta. È il motivo per cui soffiano i venti. Sulla scala molto più piccola del nostro soffio, l'aria veloce e a bassa pressione che soffiamo attira e trascina l'aria più fredda che la circonda. Il flusso che ci arriva sulla mano è quindi composto solo in misura modesta (circa il 40%) dall'aria calda dei nostri polmoni, mentre il resto è aria a temperatura ambiente, quindi decisamente più fredda.

Quando alitiamo, l'aria esce da un'apertura molto più larga, quindi la sua velocità non aumenta significativamente e di conseguenza la pressione non cala di molto: il trascinamento è molto più blando, e l'aria che arriva alla nostra mano è composta quasi completamente dall'aria calda e umida che arriva direttamente dai nostri polmoni. Potete vederlo nell'immagine qui sotto.

Volete una dimostrazione di tutto questo? Abbondiamo: ve ne diamo due.

1. Se invece di soffiare e alitare sulla vostra mano tenuta a una certa distanza, lo fate sulla mano tenuta immediatamente davanti alla bocca, vi accorgerete subito che ora l'aria soffiata è calda come quella alitata. Questo perché la mano intercetta il flusso prima il trascinamento abbia il tempo materiale di avvenire.
2. Se soffiate e alitate su un tubo vuoto, anche in questo caso non sentirete più una differenza di temperatura sostanziale. Questo perché le pareti del tubo impediscono meccanimente al trascinamento di avvenire.

Entrando più nel dettaglio, ci sono altri effetti minori che contribuiscono al fatto che l'aria “soffiata” è più fredda di quella “alitata”. Per esempio, quando soffiamo, il flusso d'aria che esce dalla nostra bocca può tendere a riespandersi e, facendolo, diminuisce leggermente la sua temperatura.

Infine ci sono fenomeni legati non tanto alla temperatura dell'aria in sé ma a come l'aria interagisce con la nostra mano. L'aria soffiata, oltre a essere più fredda, è anche più veloce e quindi più “brava” a sbarazzarsi dell'aria che circonda la nostra mano e scaldata dalla mano stessa. L'arrivo di nuova aria più fresca favorisce la cessione del calore corporeo: questo fenomeno si chiama “effetto wind chill” e ne siamo testimoni ogni volta che tendiamo a sentire più freddo quando il vento soffia più forte, oppure ogni volta che accendiamo un ventilatore d'estate.

L'aria che ci arriva addosso può anche essere meno umida di che circonda immediamente la nostra mano, favorendo quindi l'evaporazione dell'umidità sulla nostra pelle, un altro processo che dissipa il calore corporeo all'ambiente. Entrambi questi fenomeni, che dipendono sia dalla temperatura sia dalla velocità dell'aria, sono molto più blandi quando alitiamo: qui infatti l'aria è più calda e più lenta, quindi produce molto meno wind chill e molta meno evaporazione.

non perderti questo articolo

Perché nelle giornate più fredde vediamo il nostro respiro

Di Filippo Bonaventura