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Aerei: come fanno a volare e sicurezza

13 Nov

Attraverso i commenti del  blog, un nostro caro lettore ci ha fatto una domanda, a suo dire, apparentemente molto semplice ma che, come potete verificare molto facilmente, genera tantissima confusione. In sintesi la domanda e’ questa: perche’ si dice che volare in aereo e’ cosi sicuro?

Per poter rispondere a questa domanda, si devono ovviamente scartabellare i numeri ufficiali degli incidenti aerei. Questo ci consente di poter verificare la probabilita’ di un incidente aereo rapportato, ad esempio, a quelli ben piu’ noti automobilistici. Partendo da questa domanda, mi sono pero’ chiesto qualcosa in piu’: sappiamo veramente perche’ gli aerei riescono a volare? Anche questa potrebbe sembrare una domanda molto semplice. Si tratta di una tecnologia conosciuta da diversi decenni eppure, incredibile ma vero, non tutti sanno perche’ questi enormi oggetti riescono a stare in aria. Facendo un giro su internet, ho scoperto come anche molti siti di divulgazione della scienza fanno delle omissioni o dicono cose formalmente sbagliate.

Detto questo, credo sia interessante affrontare un discorso piu’ ampio prima di poter arrivare a rispondere alla domanda sugli incidenti aerei.

Partiamo dalle basi, come sapete ruolo fondamentale nel volo aereo e’ quello delle ali. Mentre il motore spinge in avanti l’apparecchio, le ali hanno la funzione di far volare l’aereo. Ora, per poter restare in quota, o meglio per salire, senza dover parlare di fisica avanzata, c’e’ bisogno di una forza che spinga l’aereo verso l’alto e che sia maggiore, o al limite uguale per rimanere alle stessa altezza, del peso dell’aereo stesso.

Come fanno le ali ad offrire questa spinta verso l’alto?

Forze agenti sull'ala durante il volo

Forze agenti sull’ala durante il volo

Tutto il gioco sta nel considerare l’aria che scorre intorno all’ala. Vediamo la figura a lato per capire meglio. L’aria arriva con una certa velocita’ sull’ala, attenzione questo non significa che c’e’ vento con questa velocita’ ma, pensando al moto relativo dell’aereo rispetto al suolo, questa e’ in prima approssimazione la velocita’ stessa con cui si sta spostando l’aereo. Abbiamo poi il peso dell’aereo che ovviamente e’ rappresentato da una forza che spinge verso il basso. D e’ invece la resistenza offerta dall’ala. Vettorialmente, si stabilisce una forza L, detta “portanza”, che spinge l’aereo verso l’alto.

Perche’ si ha questa forza?

Come anticipato, il segreto e’ nell’ala, per la precisione nel profilo che viene adottato per questa parte dell’aereo. Se provate a leggere la maggiorparte dei siti divulgativi, troverete scritto che la forza di portanza e’ dovuta al teorema di Bernoulli e alla differenza di velocita’ tra l’aria che scorre sopra e sotto l’ala. Che significa? Semplicemente, l’ala ha una forma diversa nella parte superiore, convessa, e inferiore, quasi piatta. Mentre l’aereo si sposta taglia, come si suole dire, l’aria che verra’ spinta sopra e sotto. La differenza di forma fa si che l’aria scorra piu’ velocemente sopra che sotto. Questo implica una pressione maggiore nella parte inferiore e dunque una spinta verso l’alto. Per farvi capire meglio, vi mostro questa immagine:

Percorso dell'aria lungo il profilo alare

Percorso dell’aria lungo il profilo alare

Come trovate scritto in molti siti, l’aria si divide a causa del passaggio dell’aereo in due parti. Vista la differenza di percorso tra sopra e sotto, affinche’ l’aria possa ricongiungersi alla fine dell’ala, il fluido che scorre nella parte superiore avra’ una velocita’ maggiore. Questo crea, per il teorema di Bernoulli, la differenza di pressione e quindi la forza verso l’alto che fa salire l’aereo.

Spiegazione elegante, semplice, comprensibile ma, purtroppo, fortemente incompleta.

Perche’ dico questo?

Proviamo a ragionare. Tutti sappiamo come vola un aereo. Ora, anche se gli aerei di linea non lo fanno per ovvi motivi, esistono apparecchi acrobatici che possono volare a testa in giu’. Se fosse vero il discorso fatto, il profilo dell’ala in questo caso fornirebbe una spinta verso il basso e sarebbe impossibile rimanere in aria.

Cosa c’e’ di sbagliato?

In realta’ non e’ giusto parlare di spiegazione sbagliata ma piuttosto bisogna dire che quella data e’ fortemente semplificata e presenta, molto banalmente come visto, controesempi in cui non e’ applicabile.

Ripensiamo a quanto detto: l’aria scorre sopra e sotto a velocita’ diversa e crea la differenza di pressione. Chi ci dice pero’ che l’aria passi cosi’ linearmente lungo l’ala? Ma, soprattutto, perche’ l’aria dovrebbe rimanere incollata all’ala lungo tutto il percorso?

La risposta a queste domande ci porta alla reale spiegazione del volo aereo.

L'effetto Coanda sperimentato con un cucchiaino

L’effetto Coanda sperimentato con un cucchiaino

Prima di tutto, per capire perche’ l’aria rimane attaccata si deve considerare il profilo aerodinamico e il cosiddetto effetto Coanda. Senza entrare troppo nella fisica, questo effetto puo’ semplicemente essere visualizzato mettendo un cucchiaino sotto un lieve flusso d’acqua. Come sappiamo bene, si verifica quello che e’ riportato in figura. L’acqua, che cosi’ come l’aria e’ un fluido, scorre fino ad un certo punto lungo il profilo del metallo per poi uscirne. Questo e’ l’effetto Coanda ed e’ quello che fa si che l’aria scorra lungo il profilo alare. Questo pero’ non e’ ancora sufficiente.

Nella spiegazione del volo utilizzando il teorema di Bernoulli, si suppone che il moto dell’aria lungo l’ala sia laminare, cioe’, detto in modo improprio, “lineare” lungo l’ala. In realta’ questo non e’ vero, anzi, un moto turbolento, soprattutto nella parte superiore, consente all’aria di rimanere maggiormente attaccata evitando cosi’ lo stallo, cioe’ il distaccamento e la successiva diminuzione della spinta di portanza verso l’alto.

In realta’, quello che avviene e’ che il moto dell’aria lungo il profilo compie una traiettoria estremamente complicata e che puo’ essere descritta attraverso le cosiddette equazioni di Navier-Stokes. Bene, allora scriviamo queste equazioni, risolviamole e capiamo come si determina la portanza. Semplice a dire, quasi impossibile da fare in molti sistemi.

Cosa significa?

Le equazioni di Navier-Stokes, che determinano il moto dei fluidi, sono estremamente complicate e nella maggior parte dei casi non risolvibili esattamente. Aspettate un attimo, abbiamo appena affermato che un aereo vola grazie a delle equazioni che non sappiamo risolvere? Allora ha ragione il lettore nel chiedere se e’ veramente sicuro viaggiare in aereo, praticamente stiamo dicendo che vola ma non sappiamo il perche’!

Ovviamente le cose non stanno cosi’, se non in parte. Dal punto di vista matematico e’ impossibile risolvere “esattamente” le equazioni di Navier-Stokes ma possiamo fare delle semplificazioni aiutandoci con la pratica. Per poter risolvere anche in modo approssimato queste equazioni e’ necessario disporre di computer molto potenti in grado di implementare approssimazioni successive. Un grande aiuto viene dalla sperimentazione che ci consente di determinare parametri e semplificare cosi’ la trattazione matematica. Proprio in virtu’ di questo, diviene fondamentale la galleria del vento in cui vengono provati i diversi profili alari. Senza queste prove sperimentali, sarebbe impossibile determinare matematicamente il moto dell’aria intorno al profilo scelto.

In soldoni, e senza entrare nella trattazione formale, quello che avviene e’ il cosiddetto “downwash” dell’aria. Quando il fluido passa sotto l’ala, viene spinto verso il basso determinando una forza verso l’alto dell’aereo. Se volete, questo e’ esattamente lo stesso effetto che consente agli elicotteri di volare. In quest’ultimo caso pero’, il downwash e’ determinato direttamente dal moto dell’elica.

Detto questo, abbiamo capito come un aereo riesce a volare. Come visto, il profilo dell’ala e’ un parametro molto importante e, ovviamente, non viene scelto in base ai gusti personali, ma in base ai parametri fisici del velivolo e del tipo di volo da effettuare. In particolare, per poter mordere meglio l’aria, piccoli velivoli lenti hanno ali perfettamente ortogonali alla fusoliera. Aerei di linea piu’ grandi hanno ali con angoli maggiori. Al contrario, come sappiamo bene, esistono caccia militari pensati per il volo supersonico che possono variare l’angolo dell’ala. Il motivo di questo e’ semplice, durante il decollo, l’atterraggio o a velocita’ minori, un’ala ortogonale offre meno resitenza. Al contrario, in prossimita’ della velocita’ del suono, avere ali piu’ angolate consente di ridurre al minimo l’attrito viscoso del fluido.

Ultimo appunto, i flap e le altre variazioni di superficie dell’ala servono proprio ad aumentare, diminuire o modificare intensita’ e direzione della portanza dell’aereo. Come sappiamo, e come e’ facile immaginare alla luce della spiegazione data, molto importante e’ il ruolo di questi dispositivi nelle fasi di decollo, atterraggio o cambio quota di un aereo.

In soldoni dunque, e senza entrare in inutili quanto disarmanti dettagli matematici, queste sono le basi del volo.

Detto questo, cerchiamo di capire quanto e’ sicuro volare. Sicuramente, e come anticipato all’inizio dell’articolo, avrete gia’ sentito molte volte dire: l’aereo e’ piu’ sicuro della macchina. Questo e’ ovviamente vero, se consideriamo il numero di incidenti aerei all’anno questo e’ infinitamente minore di quello degli incidenti automobilistici. Ovviamente, nel secondo caso mi sto riferendo solo ai casi mortali.

Cerchiamo di dare qualche numero. In questo caso ci viene in aiuto wikipedia con una pagina dedicata proprio alle statistiche degli incidenti aerei:

Wiki, incidenti aerei

Come potete leggere, in media negli ultimi anni ci sono stati circa 25 incidenti aerei all’anno, che corrispondono approssimativamente ad un migliaio di vittime. Questo numero puo’ oscillare anche del 50%, come nel caso del 2005 in cui ci sono state 1454 vittime o nel 2001 in cui gli attentati delle torri gemelle hanno fatto salire il numero. La maggiorparte degli incidenti aerei sono avvenuti in condizioni di meteo molto particolari o in fase di atterraggio. Nel 75% degli incidenti avvenuti in questa fase, gli aerei coinvolti non erano dotati di un sistema GPWS, cioe’ di un sistema di controllo elettronico di prossimita’ al suolo. Cosa significa? Un normale GPS fornisce la posizione in funzione di latitudine e longitudine. Poiche’ siamo nello spazio, manca dunque una coordinata, cioe’ la quota a cui l’oggetto monitorato si trova. Il compito del GPWS e’ proprio quello di fornire un sistema di allarme se la distanza dal suolo scende sotto un certo valore. La statistica del 75% e’ relativa agli incidenti avvenuti tra il 1988 e il 1994. Oggi, la maggior parte degli aerei civili e’ dotato di questo sistema.

Solo per concludere, sempre in termini statistici, e’ interessante ragionare, in caso di incidente, quali siano i posti lungo la fusoliera piu’ sicuri. Attenzione, prendete ovviamente questi numeri con le pinze. Se pensiamo ad un aereo che esplode in volo o che precipita da alta quota, e’ quasi assurdo pensare a posti “piu’ sicuri”. Detto questo, le statistiche sugli incidenti offrono anche una distribuzione delle probabilita’ di sopravvivenza per i vari posti dell’aereo.

Guardiamo questa immagine:

Statistiche della probabilita' di sopravvivenza in caso di incidente aereo

Statistiche della probabilita’ di sopravvivenza in caso di incidente aereo

Come vedete, i posti piu’ sicuri sono quelli a prua, cioe’ quelli piu’ vicini alla cabina di pilotaggio ma esiste anche una distribuzione con picco di sicurezza nelle file centrali vicino alle uscite di emergenza. Dal momento che, ovviamente in modo grottesco, i posti a prua sono quelli della prima classe, il fatto di avere posti sicuri anche dietro consente di offrire una minima ancora di salvataggio anche ad i passeggeri della classe economica.

Concudendo, abbiamo visto come un aereo riesce a volare. Parlare solo ed esclusivamente di Bernoulli e’ molto riduttivo anche se consente di capire intuitivamente il principio del volo. Questa assunzione pero’, presenta dei casi molto comuni in cui non e’ applicabile. Per quanto riguarda le statistiche degli incidenti, l’aereo resta uno dei mezzi piu’ sicuri soprattutto se viene confrontato con l’automobile. Come visto, ci sono poi dei posti che, per via della struttura ingegneristica dell’aereo, risultano statisticamente piu’ sicuri con una maggiore probabilita’ di sopravvivena in caso di incidente.

 

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Gli UFO sbarcano anche al parlamento italiano

12 Gen

Stimare una probabilita’ per l’esistenza di forme di vita extraterrestri e circa la possibilita’ che queste possano entrare in contatto diretto con noi, e’ materia della scienza, e di cui abbiamo parlato molte volte su questo blog. Nonostante questo, credere o meno all’esistenza degli extraterrestri, se vogliamo, e’ invece un giudizio personale e, dunque, non sindacabile.

Piu’ volte, la materia UFO e’ finita anche nei lavori di alcuni parlamenti, dal momento che qualche “uomo politico” ha chiesto di aprire tavoli di discussione o anche di mostrare documenti segreti, di cui magari aveva sentito solo parlare, ma di cui non conosceva nemmeno il vero significato.

Qualche tempo fa, abbiamo, ad esempio, parlato della richiesta dell’On Borghezio all’europarlamento per chiedere il rilascio proprio dei documenti segreti sugli UFO a suo avviso custoditi dai governi degli stati membri:

Se lo dice Borghezio ….

Perche’ torniamo su questi argomenti? Questa volta vorrei raccontarvi di una richiesta fatta invece al nostro parlamento. In realta’ si tratta di una vera e propria interrogazione scritta presentata dai deputati Vatinno e Barbato dell’Italia dei Valori e indirizzata al ministro della Difesa e a quello degli Esteri in data 20 Dicembre 2012.

Cosa dice questa interrogazione? Perche’ si parla di UFO?

La richiesta presentata, si riduce in realta’ in poche righe di testo conclusive:

se i Ministri interrogati sono informati dei fatti esposti in premessa che, ad avviso degli interroganti meritano un approfondimento e, se dispongano notizie in merito, nonché se il Governo intenda reperire elementi anche sul piano internazionale sull’argomento esposto, come ad esempio l’esistenza dell’Area 51, se l’Italia disponga e dove di eventuali strutture delle Forze armate o di altri Corpi dello Stato dediti allo studio del fenomeno ufologico, se siano stati prodotti documenti e relazioni riservati in ambito nazionale o Nato, se infine in Italia si possa prevedere la creazione di una struttura dedicata munita dei requisiti di trasparenza pubblica.

Come vedete, si chiede se l’Italia preveda la creazione di una struttura di qualche corpo statale per lo studio del fenomeno ufologico o anche se il nostro governo intenda reperire informazioni, anche a livello internazionale, per meglio comprendere il fenomeno UFO.

La cosa sembra molto seria. Leggendo una notizia del genere, la prima domanda che viene in mente e’: quali sono le basi a sostegno di questa ipotesi? E’ trapelato qualcosa negli ambienti governativi di cui non siamo a conoscenza?

Purtroppo, mi dispiace deludervi. Quelle che vi ho mostrato sono solo le conclusioni, o meglio la richiesta, dell’interrogazione. Prima di questa ovviamente vengono mostrate le motivazioni che hanno spinto i due parlamentari a presentare il documento.

Ecco la prima:

presso l’Onu, Organizzazione delle nazioni unite sarebbe sorto l’Unoosa, Ministero degli affari spaziali e Mazlan Othman, l’astrofisica malese sarebbe stata messa a capo della struttura con il fine di accogliere gli extraterrestri (lastampa.it, 29 settembre 2010);

la nomina sarebbe avvenuta in occasione della conferenza della Royal Society Kavli foundation nel Buckinghamshire, in cui la Othman avrebbe anche presentato il proprio «piano». La divulgazione dei progetti seguiti dall’astrofisica, che è stata a capo dell’agenzia spaziale malesiana con cui ha organizzato la preparazione al lancio del primo astronauta del suo Paese, si sarebbe resa necessaria data la scoperta di centinaia di nuovi pianeti che, secondo la stessa scienziata, «aumenterà le possibilità di rilevare la presenza di vita extraterrestre nel cosmo». E questo significa che l’Onu deve essere pronto a coordinare la risposta dell’umanità a un eventuale «primo contatto», come riportato dal Telegraph;

Si parla di un ministero all’Onu, coordinato da un’astrofisica, per gestire un contatto con gli alieni. Se vogliamo, sarebbe una specie di ambasciatrice pronta ad accogliere e a dialogare con gli extraterrestri che sbarcheranno sulla Terra.

Questa prima motivazione non solo appare molto debole, ma anche del tutto falsa.

L’Unoosa e’ l’ufficio delle Nazioni Unite per gli affari dello spazio extra-atmosferico ed e’ veramente gestito dalla Othman. Questo ufficio pero’ non si occupa di alieni, bensi’ ha il compito di supervisionare i programmi spaziali delle nazioni, di finanziare progetti spaziali pacifici e anche di tenere il registro di tutti gli oggetti lanciati nello spazio. Se pensiamo all’affollamento di satelliti che girano sulla nostra testa, quest’ultimo compito appare quanto mai importante. Potete verificare queste informazioni anche direttamente dalla pagina di Wikipedia relativa all’Unoosa:

Wikipedia Unoosa

La notizia citata nell’interrogazione e’ stata veramente data da alcuni giornali dopo la nomina della Othman, ma altri giornali hanno subito smentito citando interviste direttamente ai membri dell’Onu. Ecco un articolo dello stesso periodo preso dal Corriere:

Corriere 2010, Unoosa

La notizia del Telegraph era infatti completamente infondata. Ripeto, parliamo di argomenti di un paio di anni fa, smentiti gia’ da tempo, ma di cui forse i proponenti dell’interrogazioni non erano stati informati.

Diciamo che come motivazione non mi sembra molto forte.

Fortunatamente, o purtroppo, non e’ questa l’unica motivazione. Proseguo nella lettura:

Dimitri Medvedev, premier della Federazione russa, – un lancio agenzia Ansa 9 dicembre 2012 riferisce che nel corso di un fuori onda televisivo – avrebbe detto ad un giornalista che insieme alla valigetta con i codici nucleari, gli sarebbe consegnato una speciale cartella «top secret». «Questa cartella contiene solo informazioni sugli alieni che hanno visitato il nostro pianeta». «Inoltre, gli viene consegnato un rapporto del servizio segretissimo che esercita il controlla sugli alieni sul nostro territorio nazionale», aggiunge Medvedev, secondo cui «informazioni più dettagliate su questo argomento potete ricavarle dal noto film “Men in Black”», «però non vi dirò quanti di loro sono fra noi perché questo creerebbe panico», ha aggiunto il premier;

Vi ricordate questa notizia? Ne abbiamo parlato in questo post:

Russia, Medvedev tranquillizza i suoi!

Come detto gia’ l’8 dicembre, quindi anche questa volta prima dell’interrogazione, si trattava di uno scherzo di Medvedev in un fuori onda in un programma Russo. Anche di questo abbiamo parlato in dettaglio, dicendo come questo siparietto, molto pubblicizzato in Italia, non aveva avuto assolutamente tutta questa eco in Russia.

Da qui in poi, ci sono tantissime altre motivazioni alla base della richiesta dei due parlamentari, ma purtroppo tutte su questa lunghezza d’onda. Si tratta di argomentazioni vecchie, digerite e che solo su internet continuano a fare notizia o a creare veli di mistero soprattutto nei confronti della scienza o di qualche governo.

Potete vedere il testo completo presentato alla Camera a questo link:

Testo Vatinno-Barbato

Visto che piu’ volte se ne e’ parlato, in un prossimo post parlero’ anche dell’Area 51, dal momento che questa installazione suscita da sempre l’interesse di molti appassionati.

Concludendo sull’interrogazione, come abbiamo visto, non c’e’ assolutamente nessuna nuova informazione o segreto trapelato da fonti governative. Le motivazioni a sostegno della richiesta non hanno nessuna validita’ scientifica ma si tratta solo di “sentito dire” o di argomenti vecchi e gia’ discussi piu’ e piu’ volte. Per dirla tutta, sembrerebbe il pensiero di uno dei peggiori siti catastrofisti che potete trovare in rete. La differenza principale e’ che in questo caso non si tratta di articoletti apparsi su internet, bensi’ di un documento della camera dei deputati. Questo solo perche’ i proponenti hanno il potere di presentare documenti di questo tipo invece che creare siti internet pseudo-scientifici.

Ultima nota. L’On. Vatinno si e’ anche reso partecipe di un siparietto su twitter che personalmente credo non si addica ad un parlamentare della nostra repubblica. Dalle domande delle persone circa l’interrogazione, ne sono nati degli insulti abbastanza gratuiti e poco carini, soprattutto nei confronti di Anna Rita Longo della rivista Queryonline, ma, purtroppo, non sono stati i soli, come potete leggere in questo articolo:

Gionalettismo Vatinno

Come detto all’inizio, ognuno e’ libero di credere o meno all’esistenza degli UFO. La scienza e’ in grado di fare ipotesi e calcolare probabilita’, ma, al momento, non ha certo una risposta definitiva. Questo appunto rende il punto di vista personale e non criticabile. Nonostante questo, le motivazioni per un pensiero o per l’altro non possono essere campate in aria o riproposizioni di fatti noti e gia’ del tutto spiegati.

 

 

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