Perché gli aerei galleggiano?

Una mongolfiera o un dirigibile galleggiano realmente: contengono un gas meno denso dell'aria circostante, così che la spinta di Archimede supera il loro peso. Un aereo è l'opposto, una macchina più pesante dell'aria. Un jet a fusoliera stretta pesa circa 70-80 tonnellate al decollo, mentre l'aria che occupa il suo volume pesa solo poche decine di chili. Nulla lo tiene in aria per galleggiamento. In realtà rimane in alto grazie a un lavoro costante: i motori lo spingono in avanti, e le ali trasformano questa velocità in una forza verticale. Non appena la velocità di volo svanisce, svanisce anche la portanza, e l'aereo scende. La sensazione di galleggiare in crociera nasce dalla mancanza di riferimenti visivi vicini a quell'altitudine e dalla stabilità del volo, ma l'ala lavora in ogni istante.

L'ala è un profilo curvo che si muove in avanti con un leggero angolo rispetto al flusso d'aria. L'aria intorno si curva e defluisce verso il basso al bordo d'uscita; per la terza legge di Newton, l'aria spinge l'ala verso l'alto quando l'ala spinge l'aria verso il basso. Vista dal punto di vista della pressione, l'aria sopra la superficie superiore accelera e la pressione diminuisce, mentre sotto la superficie inferiore aumenta: la differenza, integrata su tutta la superficie, è la portanza. Entrambe le descrizioni sono la stessa fisica. Non è corretta la spiegazione popolare secondo cui l'aria sopra dovrebbe raggiungere il bordo d'uscita nello stesso momento di quella sotto; in realtà arriva prima. La portanza aumenta con il quadrato della velocità, con la densità dell'aria, con la superficie alare e con l'angolo di attacco, finché il flusso non si separa e l'ala va in stallo.

In volo livellato, la portanza eguaglia il peso e la spinta eguaglia la resistenza. Se i piloti vogliono salire, aumentano la potenza o l'angolo di attacco; se vogliono scendere, diminuiscono uno dei due. Anche un aereo senza motori non cade come una pietra: plana, scambiando quota con velocità, e un aereo di linea può percorrere 15-20 km orizzontalmente per ogni 1.000 m di quota persa. Per questo gli alianti volano per ore senza motore, cercando correnti d'aria ascendenti. Ciò che fa un aereo è, in definitiva, cadere molto lentamente in avanti, mentre i motori compensano la perdita di energia.

Anche l'altra interpretazione della domanda ha una risposta. Gli aerei terrestri non sono progettati per ammarare, ma la fusoliera pressurizzata è un tubo quasi a tenuta d'aria, e le ali contengono serbatoi che, vuoti o quasi vuoti, forniscono volume aggiuntivo. Le norme di certificazione richiedono di analizzare il comportamento in un ammaraggio di emergenza e di fornire uscite di emergenza e zattere di salvataggio. Nel gennaio 2009, un Airbus A320 della US Airways ammarò senza spinta in entrambi i motori sul fiume Hudson e rimase a galla abbastanza a lungo da permettere l'evacuazione di tutti gli occupanti. Gli idrovolanti e gli anfibi con galleggianti o scafo a forma di barca sono invece effettivamente costruiti per stare a galla e decollare di routine dall'acqua.