Resistenza fluidodinamica: differenze tra le versioni

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La '''resistenza fluidodinamica''' è quella [[forza]] che si oppone al movimento di un corpo in un [[fluido]], in particolare in un [[liquido]] o un [[aeriforme]]. In riferimento al moto nei liquidi è anche indicata come '''resistenza idrodinamica''', nel caso degli aeriformi come '''resistenza aerodinamica'''.

Un corpo che si muove in un [[fluido]] scambia con il fluido stesso delle [[forza|forze]] dovute alla [[viscosità]] di quest'ultimo. La resistenza è la componente della risultante di queste forze nella direzione del [[grandezza fisica vettoriale|vettore]] [[velocità]] del corpo e nel verso contrario.

L'entità della resistenza fluidodinamica dipende dalla natura del fluido e dalla velocità e forma geometrica del corpo.

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Premesso che per tutti i corpi avviene il fenomeno della separazione, anche se potrà essere più o meno evidente, questo tipo di resistenza è generalmente preponderante nei cosiddetti corpi "tozzi", dove cioè le dimensioni perpendicolari al moto sono consistenti rispetto alle altre. I corpi affusolati come ali, eliche, le [[fusoliera|fusoliere]], le [[carena|carene]] delle imbarcazioni e le [[carrozzeria|carrozzerie]] dei mezzi di trasporto terrestri, invece, possiedono una resistenza di forma più bassa, pur senza essere considerabili come corpi "aerodinamici" tout court. Ciononostante possono avere una quota rilevante di resistenza di forma.

Nel caso aeronautico, un altro tipo di resistenza che può essere definita resistenza di forma, in quanto resistenza dovuta a forze di pressione, è la '''resistenza d'onda'''. Essa si genera nel caso di moto transonico (e cioè con velocità nel campo fluidodinamico che possono essere in alcuni punti superiori alla velocità del suono, ed in altri inferiori), o supersonico, a causa delle [[onda d'urto (fluidodinamica)|onde d'urto]]. Esse generano resistenza in ogni caso, ma possono agire sullo strato limite causandone il distacco, ed in questa maniera aumentando drasticamente la resistenza aerodinamica del profilo stesso (questo accade per profili che non sono concepiti per il volo transonico o supersonico). Inoltre a velocità superiori a quella del suono le particelle d'aria non sono più in grado di "scansarsi" dall'aereo in arrivo, per questo motivo l'aria si accumula su alcune superfici come la neve davanti allo spazzaneve generando una resistenza molto maggiore che, per esempio, porta la temperatura dei bordi d'attacco delle ali del [[Concorde]] ad aumentare di circa 170 gradi rispetto alla temperatura esterna.<ref>{{cita libro|titolo=Aerospace engineering desk reference|url=http://books.google.it/books?id=8K6Y8MhqbKgC&pg=PA51&lpg=PA51&dq=concorde+leading+edge+temperature&source=bl&ots=swsYGFcmXx&sig=0B4C_EaV0xlfqY-WXjAtUlW5Vhg&hl=it&sa=X&ei=1xAfT93eBO3b4QTJ_7W3Dw&redir_esc=y#v=onepage&q=concorde%20leading%20edge%20temperature&f=false|autore=Howard Curtis, Antonio Filippone, Michael V. Cook, T.H.G. Megson, Mike Tooley, David Wyatt, Lloyd R. Jenkinson, Jim Marchman, Filippo De Florio, John Watkinson|isbn=978-1-85617-575-3|editore=Elsevier|lingua=inglese}}</ref>

Corpi tozzi, dunque, che possiedono una quota di resistenza di forma preponderante, sono tutti quegli oggetti che, per la loro forma, non riescono a mantenere lo strato limite attaccato lungo tutta la loro superficie. Esempi di corpi tozzi sono automobili (comunque esse siano fatte), treni, tubi, sfere ecc. Anche un'[[automobile]] di [[Formula Uno]] non è un profilo alare, tant'è che essa nell'avanzare produce una scia.

Inoltre, poiché un flusso laminare, se confrontato con uno turbolento, è meno capace di mantenere lo strato limite attaccato al corpo in moto nel fluido, in alcuni casi per i corpi tozzi conviene avere un flusso dello strato limite che sia turbolento. Ad esempio nel caso delle palline da [[tennis]], la peluria che esse hanno sulla superficie consente di ridurre la loro resistenza di forma, mantenendo il flusso dello strato limite, reso turbolento da tale peluria, attaccato alla pallina più che se essa fosse liscia. Per lo stesso motivo, ad esempio, le palline da [[golf]] hanno una serie di impronte sulla superficie, le quali consentono che il flusso dello strato limite, reso turbolento da tali "fossette", rimanga attaccato al corpo più a lungo e si distacchi in una posizione molto arretrata della superficie della pallina, riducendo così la dimensione della scia posteriore e, con essa, si riduce anche la resistenza di forma.

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Quando si studia un [[profilo alare]], per semplificare, non si tiene conto degli effetti tridimensionali delle estremità alari: è come se le ali avessero una apertura alare infinita.

Le ali di apertura finita, invece, sono soggette ad un altro tipo di resistenza fluidodinamica, chiamata resistenza indotta. Le ali sono oggetti o corpi "portanti", i quali, cioè, generano portanza quando si trovano in moto all'interno di un fluido. Per questo devono fare in modo che il fluido che bagna il loro ventre (la superficie inferiore) sia a pressione maggiore del fluido che invece bagna il dorso (la superficie superiore). Poiché però ogni fluido si muove per natura da zone a pressione più alta verso zone a pressione più bassa (per ridurre le differenze di pressione fra fluidi in contatto, come vuole un principio della fisica), in questo caso tenderà a muoversi dal ventre al dorso dell'ala portante. Per far ciò può aggirare non solo il bordo d'attacco (bordo investito dalla corrente) e quello d'uscita (bordo posteriore), ma anche l'estremità dell'ala generando un flusso d'aria nel senso longitudinale rispetto all'asse dell'ala stessa. Questo flusso causa la cosiddetta resistenza indotta, poiché genera dei [[vortici d'estremità d'ala|vortici d'estremità]] che aumentano l'energia di [[flusso turbolento|perturbazione del flusso]]. Questo effetto è tanto minore quanto più l'ala è allungata, perché l'intensità dei vortici generati è pari alla variazione di portanza calcolata lungo l'asse dell'ala. Se dunque si costruisce un'ala particolarmente allungata (lunga e stretta) essa avrà una distribuzione di portanza che varia gradatamente dall'estremità alla radice, e genererà dei vortici di piccola intensità.

Le alette d'estremità (spesso in inglese ''winglet''), utilizzate in alcuni aeroplani di linea, possono sfruttare questo effetto (e cioè il flusso longitudinale) per generare della portanza, e in questa maniera diminuire la resistenza totale dell'ala.