Come funziona l’ala di un aereo e il concetto di portanza spiegato con grafiche animate

Chi di noi non si è posto almeno una volta la domanda "come fanno a volare gli aerei?". Cominciamo col dire che le forze in gioco sono diverse, e tutte insieme concorrono a far sollevare un aereo da terra e a spiccare il volo. In questo articolo vogliamo concentrarci su un fenomeno fisico in particolare, secondo noi super affascinante, che permette alle ali di generare una forza in grado di spingere l’aereo verso l’alto: la portanza.

Perché gli aerei volano?

Semplificando le forze in gioco sono il Peso (W), la Resistenza (D), la Spinta (T) e la Portanza aerodinamica (L). Quest'ultima, la portanza, è la forza che spinge l’aereo verso l’alto, contrastando il suo peso e sconfiggendo la forza di gravità.

Quando l'aereo inizia a muoversi in avanti il flusso d'aria investe l'ala seguendo il suo profilo. Questo flusso, quando raggiunge una determinata velocità, permette all’aereo di sollevarsi da terra e quindi volare. Per generare questa forza aerodinamica l’aereo deve essere dotato di ali che hanno una particolare forma: se tagliamo a metà un’ala notiamo infatti che ha una forma a goccia, chiamata profilo alare. L’ala si divide nel ventre, che è la parte inferiore, e nel dorso che è la parte superiore, di forma curva. La parte iniziale dell’ala è chiamata bordo d’attacco e la parte finale bordo d’uscita.

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Come funziona la portanza?

L'ala, per svolgere il suo compito, deve essere posta in posizione leggermente inclinata, per favorire la generazione della portanza. Questo fenomeno viene generato dalla differenza di densità dell’aria intorno al profilo alare. Facciamo un esempio super semplificato e immaginiamo le molecole d’aria come delle palline.

Come vedete nell'immagine qui accanto, il profilo alare genera due flussi d'aria. Il flusso d'aria superiore è meno denso, quello inferiore più denso: ciò vuol dire che sopra avremo meno molecole d’aria, sotto ne avremo di più. Usando l'esempio delle palline ne avremo poche sopra e tante sotto. Il risultato è una differenza di pressione, nel senso che sopra l’ala avremo una bassa pressione e sotto l’ala avremo un’alta pressione. La differenza di pressione tra le due parti crea un effetto risucchio verso l'alto, che consente all'ala di alzarsi e di conseguenza a tutto l’aereo. Da ciò potete intuire che aumentando la superficie alare di un aereo è possibile generare più portanza, ed è proprio quello che succede solitamente prima della partenza. L’ala non è composta da un unico pezzo ma da più pezzi mobili, tra cui i principali sono i flap e slat.

Gli slat si trovano nel bordo d’attacco, nella parte anteriore dell’ala; i flap sono nel bordo d’uscita dell’ala, quindi nella parte posteriore. Quando vengono aperti, l’ala, potendo contare su una superficie maggiore, riuscirà a generare una differenza di pressione più grande, facilitando il decollo. Tutto questo succede a patto che l’aereo abbia una spinta in avanti, e per questa spinta ci sono i motori. Ce ne sono di diversi tipi, ma la funzione è sempre la stessa: spingere in avanti l'aeromobile.

Portanza e deportanza

Il fenomeno fisico della portanza è davvero affascinante e non viene applicato solo agli aerei: lo troviamo nelle pale eoliche per generare elettricità, nelle barche a vela e nelle auto di Formula 1. Piccola parentesi: gli alettoni che vediamo nelle auto servono a creare deportanza, ovvero un forza che spinge verso il basso la vettura per tenerla incollata al suolo.