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A chi di noi non sarà capitato in una giornata particolarmente ventosa di ritrovarsi a dover bloccare le porte di casa per evitare di farle sbattere o a sentirci dire di chiudere la finestra, perché altrimenti “fa corrente”? Ecco, in quel momento abbiamo inconsapevolmente assistito ad un fenomeno fisico che, ovviamente in proporzioni diverse, per un team di Formula 1 può fare la differenza per creare una macchina competitiva.
Partiamo però da un presupposto molto semplice: una macchina da corsa per andare veloce ha bisogno fondamentalmente di 2 cose: un motore potente, e la capacità di generare più carico aerodinamico possibile. Questo è ottenibile sia tramite alettoni e appendici aerodinamiche, sia sagomando il corpo e il fondo della vettura in modo da generare carico verticale. Ma se gli alettoni hanno il contro di generare anche resistenza all’avanzamento, che si traduce in una diminuzione della velocità massima, il carico ottenuto dal fondo dell’auto è quasi “gratuito”, nel senso che la resistenza aerodinamica conseguente è decisamente minore. È quindi logico che nell’ottica di costruire una macchina da corsa, l’attenzione che bisogna dedicare al fondo è assolutamente fondamentale. Ma nei fatti, cosa permette a questo elemento di generare carico aerodinamico?
Cominciamo da alcune basi di fluidodinamica e dall’equazione di continuità, postulato fondamentale di questa branca della fisica. Essa ci dice che la portata di un fluido, legata al volume trasportato in un certo intervallo di tempo, si conserva qualunque sia la sezione attraversata durante il suo moto. Quindi è logico pensare che al netto di eventuali dispersioni, se un fluido, in questo caso l’aria, va incontro ad una diminuzione forzata di volume, diciamo ad esempio a causa di una strozzatura, esso sarà obbligato ad aumentare la sua velocità di scorrimento per portare lo stesso volume nello stesso intervallo di tempo. Aggiungiamo poi un altro pezzo, introducendo la legge di Bernoulli. Questa, in stretta correlazione con l’equazione di continuità, afferma che l’energia totale di un fluido sarà sempre conservata a prescindere dalla sua quota, dalla sua pressione e dalla velocità. Quindi senza stare a snocciolare le dimostrazioni fisiche del caso, un fluido che attraversa una strozzatura, aumenterà la sua velocità per conservare la sua portata, e come conseguenza ultima diminuirà la pressione che esercita sulla superficie di scorrimento. È proprio questo effetto, scoperto dal fisico italiano Giovanni battista Venturi e chiamato appunto “effetto Venturi” a generare tra le altre cose il nostro amato carico aerodinamico.
La sezione che c’è tra il suolo e il fondo della vettura è infatti approssimabile ad un tubo, o canale di Venturi. È quindi semplice da qui capirne il funzionamento: se noi andiamo a creare una strozzatura in questo canale, avvicinando il fondo della vettura al suolo, l’aria dovrà per forza di cose accelerare il suo moto, andando così a diminuire la sua pressione. Poiché sopra la vettura l’aria può scorrere più o meno a velocità costante, generando quindi una pressione costante, il gradiente di pressione che avremo tra il fondo e il corpo vettura schiaccerà inevitabilmente la vettura verso il basso, generando effetto suolo, e quindi, carico aerodinamico. È anche possibile rendersi conto di quanto sia importante sigillare il fondo dell’auto all’asfalto, poiché ovviamente eventuali dispersioni del flusso d’aria dovuto ad un’altezza da terra eccessiva o ad un’errata sagomatura del fondo possono vanificare tutti i benefici e anzi generare delle turbolenze nocive all’equilibrio del veicolo. Questo divenne ben noto nel mondo dei motori degli anni ‘70, quando le prime wing car dotate di minigonne rivoluzionarono per sempre il mondo della Formula 1. Altra storia.
Ma per tornare all’inizio, cosa c’entrano allora i tornado e le porte di casa con tutto questo? È presto detto, quando una casa viene investita da un tornado particolarmente violento, l’aria che si muove a grande velocità sopra il tetto subisce una diminuzione drastica di pressione; l’interno della casa, che solitamente è isolato dall’esterno è invece soggetto ad una normale pressione atmosferica in quanto l’aria è tendenzialmente ferma. Se i venti sono abbastanza forti e la struttura dell’abitazione non è sufficientemente solida, il tetto può essere strappato via dal gradiente di pressione, che lo spinge letteralmente verso l’esterno. Per questo, seppur possa sembrare pericoloso o controintuitivo, aprire le finestre quando ci si trova nel bel mezzo di una tempesta potrebbe aiutare a riequilibrare il gradiente di pressione tra esterno e interno. Molto più in piccolo, succede lo stesso quando le porte di casa sbattono dopo aver aperto una finestra in un'altra stanza, se l’aria che entra dalla finestra riesce ad attraversare la casa con una certa velocità e costanza, comincerà a scorrere sulla faccia “esposta” della porta creando un gradiente di pressione con l’altra faccia che la spingerà a chiudersi di colpo. Ovviamente gli effetti di queste leggi fisiche sono molteplici nella vita di tutti i giorni e spesso ne influenzano moltissimi aspetti senza che riusciamo a rendercene conto, ma hanno anche trovato un’applicazione fondamentale nel campo della ricerca della performance automobilistica.
