Re: Non capisco l'idrodinamica: aiutatemi

From: Daniele DADO <daniele.onorati_at_tin.it>
Date: Tue, 27 Mar 2001 21:01:29 +0200

Ritento l'invio perche' e' da venerdi' scorso che ho spedito questo
msg e non lo vedo ancora comaparire.

Menegatti Vittore wrote:

> > Che un'auto perda aderenza con il crescere della velocita' e'
> > semplicemente falso;
> Davvero?
> Ne sei proprio sicuro?
> Perch� io credevo il contrario : |
 
Se per aderenza intendi la forza massima trasmissibile dai
pneumatici questa non dipende (in prima approssimazione) dalla
velocita'. In realta', all'aumentare della velocita' e quindi della
frequenza di sollecitazione della gomma, la rigidita' (dinamica)
cresce e quindi modifica il comportamento del pneumatico, ma si
tratta di un effetto trascurabile rispetto ad altri fattori.
In un test di frenata con ABS la decelerazione, se trascurassimo gli
effetti aerodinamici, sarebbe pressoche' la stessa a tutte le
velocita'.
Complicando la questione potremmo aggiungere i carichi aerodinamici
tanto preziosi in F1 che arrivano a quadruplicare il "peso" (scusa
il termine inappropriato) in modo da permettere, a parita' di coeff.
d'attrito, di trasmettere sforzi tangenziali 4 volte superiori.
Queste forze, applicandosi alla stessa massa, permettono
decelerazioni 4 volte superiori alla condizione senza carico
aerodinamico.
Attenzione a non confondere il comportamento del veicolo con
l'aderenza: ovviamente le reazioni delle sospensioni ad alta
velocita' appaiono piu' lente (in realta' sono le distanze percorse
ad incrementarsi) e per affrontare la stessa curva le accelerazioni
laterali crescono con il quadrato della velocita', ma il coeff.
d'attrito del pneumatico e' sempre lo stesso.

> Tu prima affermi che questi esempi non hanno nulla a che fare
> con il rapporto pressione-velocit� in un fluido,
> poi tiri fuori Bernoulli ad ogni passo,
> non ti sembra di contraddirti un p�?

In effetti ;-)
Quello che volevo dire e' che il principio di Bernoulli e' il
principio di conservazione della fluidodinamica. In quanto tale
compare per forza in tutti i casi in cui ci sia un fluido in
movimento.
Cio' detto mi sembra che non siano gli esempi piu' semplici per
comprendere l'aumento di pressione in un fluido al diminuire della
sua velocita' perche' sono troppo complicati.
Lasciamo da parte l'esempio dell'auto del quale abbiamo gia' parlato
e vediamo gli altri due.
Lo sciatore sfrutta la portanza che e' un fenomeno per cui un
oggetto in moto relativo in un fluido crea, a causa del suo
passaggio e quindi dello spostamento del fluido stesso, degli
aumenti e delle diminuzioni di pressione a seconda della sua forma
ecc... L'oggetto tende a comprimere il fluido davanti a se perche',
per passare, deve farsi largo (ed e' questa surpressione che
permette al fluido di spostarsi e lasciare il passo). Dietro "lascia
il vuoto" e quindi una depressione grazie alla quale il fluido
ritorna al suo posto precedente.
Il tutto ovviamente accompagnato da vortici vari che assorbono
energia e contribuiscono al riscaldamento dell'ambiente. La
surpressione davanti e la depressione dietro creano una forza di
resistenza all'avanzamento (attrito).
Talvolta, in funzione della forma dell'oggetto, risulta che la
risultante delle forze di pressione non sia diretta esattamente
nella direzione opposta all'avanzamento ma contenga una componente
perpendicolare dando luogo ad una libera interpretazione della
portanza. (una piccola precisione: non abbiamo mai tirato in ballo i
fenomeni "d'adesione" del fluido alla superficie dell'oggetto che
danno luogo ad altri fenomeni quale l'effetto Magnus tanto noto ai
calciatori).
L'ala di un aeroplano e' l'esempio piu' classico e tecnologicamente
sfruttato di portanza, ma anche lo sciatore va bene salvo che lo
schema e' un po' piu' difficile a causa della sua traiettoria non
rettilinea. Con una spiegazione molto intuitiva anche se non
rigorosa, l'ala al suo passaggio devia l'aria verso il basso
ricevendone una spinta verso l'alto (tecnicamente la differenza di
pressione tra i due lati dovuta al differenziale di velocita'
ecc...).
Per quanto riguarda il secondo esempio la spiegazione l'ho gia'
data: e' come lo sciatore d'acqua. Al momento della collisione tra
sasso e pelo libero il sasso vorrebbe farsi largo nel liquido per
affondare ma il liquido, come nel caso precedente, per spostarsi
necessita di una surpressione che gli permetta di allontanarsi dal
suo stato di quiete (e' un vero e proprio urto). La risultante delle
pressioni sul sasso, in funzione della sua geometria e della sua
velocita' (piu' e' veloce piu' l'urto e' considerevole in quanto
vorrebbe spostare il liquido imprimendogli un'accelerazione
maggiore) puo' dar luogo ad una risultante suff. a farlo
risollevare. Il fenomeno dipende principalmente dai due fattori
sopra citati:
- la velocita' che impone un urto piu' energetico. Per es. un uomo
che cade da un aereo in mare si fa molto male, ma anche lo sciatore
d'acqua a piedi nudi riesce se e' abbastanza veloce, solo che se
cadendo infila un braccio sott'acqua (l'angolo d'incidenza per sua
sfortuna e' adeguato) si stacca di netto l'arto (fatto realmente
accaduto :-( )
- la forma: far rimbalzare un coltello di punta non e' cosi' facile,
o almeno occorre una discreta velocita' ;-)
Da notare che fin'ora ho parlato di liquidi, ma fatte le debite
proporzioni il fenomeno appare anche con i gas ed e' un obbligo nei
film di fantascienza per il rientro nell'atmosfera delle navicelle
spaziali (vedi Apollo 13).

Dopo tutte queste spiegazioni che, anche se un po' fumose, spero ti
abbiano chiarito le idee, scommetto che ancora non sai perche' un
fluido in un tubo aumenta la sua pressione quando decelera. Vedi che
gli esempi non calzavano ;-)

L'esempio migliore, secondo me, anche se non perfetto, e' come ho
gia' detto quello dell'autostrada e del casello.
Immaginiamo un'autostrada con un flusso sostenuto di vetture che
viaggiano a 130Km/h (!) ed arriviamo al casello (ma un casello un
po' particolare ove il numero di corsie non aumenti perche' il
nostro tubo, per semplicita' anche se non molto realistico, non
cambia di sezione).
Gli automobilisti cominciano a rallentare (si spera) e la loro
velocita' diminuisce proprio come nel fluido. A questo punto la
ditanza media tra 2 auto diminuisce considerevolmente e non si puo'
piu' rispettare la distanza di sicurezza che prima tutti osservavano
rigorosamente. La diminuzione di distanza media corrisponde ad un
aumento di pressione delle particelle nel nostro fluido.
L'esempio puo' essere spinto a condizioni piu' estreme con moti
caotici sull'autostrada ed urti fra particelle al casello =:-( ma
forse non risulterebbe piu' molto adatto ad un pubblico infantile
come quello di cui si preoccupava Vittorio.

> Ciao
> Giorgio
 
Ciao,
Daniele.
Received on Tue Mar 27 2001 - 21:01:29 CEST