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approfondimento > Più leggero dell’aria
SCIENZE DELLA VITA
Gli aerei sono gli aeromobili oggi di gran lunga più comuni. Più pesanti dell’aria, gli aerei si muovono grazie
ai flussi d’aria generati dai loro motori, il cui buon funzionamento è essenziale per il mantenimento in volo. La
storia del volo a motore iniziò nel 1903, con lo storico volo del biplano progettato e costruito dai fratelli Wright.
 figura 1 Il pallone dei
fratelli Montgolfier in
un’incisione dell’epoca che
raffigura l’esperimento di
volo a Parigi.
 figura 2 Una moderna
mongolfiera nella fase di
preparazione al volo.
Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini - Progetto
L’avventura del volo era però già stata tentata con
successo oltre un secolo prima che Orville Wright compisse il primo balzo in aria di poche decine di metri. In
Francia, già alla fine del Settecento i primi aeronauti si
erano staccati dal suolo. Per le loro imprese essi avevano
sfruttato un principio riassumibile nella semplice locuzione: «più leggero dell’aria».
A due dei numerosi fratelli Montgolfier, una famiglia
proprietaria di una fiorente cartiera, era capitato di notare la forza ascensionale del fumo che si liberava dal
fuoco. Decisero pertanto di costruire un grande involucro di tela e carta e di porlo sopra un fuoco di lana e paglia, per sfruttare l’aria calda che ne proveniva. Il tentativo ebbe successo: il pallone si sollevò di circa 2 000 m.
Pochi mesi dopo l’esperimento fu ripetuto a Parigi, con
tre passeggeri non esattamente volontari: una pecora,
un’oca e un gallo. Il pallone ad aria calda, ormai chiamato mongolfiera (figura 1), trasportò i suoi passeggeri per
circa 3 km e li riportò a terra terrorizzati ma illesi.
Ormai i tempi erano maturi per il primo volo umano.
Il 21 novembre 1783, il professore di chimica Jean Francois Pilàtre de Rozier (1765-1785) e il maggiore dell’esercito Francois d’Arlandes furono i primi uomini a prendere
letteralmente il volo. Viaggiarono per 12 chilometri nei
dintorni di Parigi, con un volo durato 25 minuti che li
portò fino a un’altezza di 1 000 metri.
De Rozier fu anche protagonista, nel 1785, del primo
incidente aeronautico della storia. Insieme a un amico,
si sollevò da Boulogne, sul canale della Manica, per raggiungere l’Inghilterra a bordo di un pallone in cui, oltre
a un braciere per produrre aria calda, era presente una
camera separata gonfia di idrogeno. La riserva di idrogeno era considerata una misura di sicurezza, perché
l’idrogeno era un gas leggero che avrebbe potuto contribuire a tenere sollevato il pallone in caso di emergenza,
se per esempio il braciere si fosse spento. Purtroppo questa mossa si rivelò sbagliata, perché l’idrogeno è una sostanza infiammabile ed esplosiva. Probabilmente qualche scintilla del braciere raggiunse la sacca dell’idrogeno, provocando la caduta della mongolfiera e la morte
dei due passeggeri.
Questo episodio permette di discutere i due principi alla base del volo su apparecchi più leggeri dell’aria.
Il sostentamento in aria si ottiene sfruttando il noto
principio di Archimede, lo stesso che consente il galleggiamento di una nave di acciaio sull’acqua. Il ricorso al
riscaldamento dell’aria contenuta in un involucro sfrutta la minore densità dell’aria calda rispetto a quella circostante. La mongolfiera riceve una spinta verso l’alto
uguale alla differenza di massa fra il volume d’aria spostato dal pallone gonfio e la massa del rarefatto volume
di aria calda presente all’interno (figura 2). Di fatto, si
tratta di una conseguenza della legge isocora: il riscaldamento dell’aria nel volume delimitato dall’involucro
del pallone provoca un aumento di pressione e la fuoruscienze naturali • Italo Bovolenta editore - 2011
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scita di parte dell’aria verso l’esterno, dove la pressione
è minore.
L’altro modo per ottenere un aeromobile più leggero
dell’aria consiste nel riempire un involucro elastico sigillato con un gas più leggero di quelli che formano l’aria
(azoto e ossigeno). Si tratta cioè di costruire un pallone
aerostatico. L’idrogeno è il gas più leggero. In virtù del
principio di Avogadro, a parità di condizioni di pressione
e temperatura il volume del pallone contiene lo stesso
numero di particelle del volume d’aria che sposta. Se le
particelle nel pallone sono di idrogeno, la loro massa è
minore di quella dell’aria (circa 15 volte minore) e si ha il
galleggiamento in aria.
Purtroppo l’idrogeno tende a reagire violentemente
con l’ossigeno dell’aria e il suo uso è sconsigliabile. Al
posto dell’idrogeno si usa elio, il gas più leggero dopo l’idrogeno. Pur essendo due volte più pesante dell’idrogeno, l’elio è molto più sicuro ed è il gas oggi utilizzato per i
pochi dirigibili in attività (figura 3).
 figura 3 I dirigibili volano al giorno d’oggi per lo più per scopi
pubblicitari.
Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini - Progetto
scienze naturali • Italo Bovolenta editore - 2011
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