Il volo per mezzo di un pallone aerostatico

 

Scheda estratta da http://utenti.lycos.it/mas_online/mongolfiera.htm

Si trova testimonianza dell'antica sfida a vincere l'accelerazione di gravità, cui ogni corpo è soggetto quando è immerso nel campo gravitazionale terrestre, già nell'antichità con il mito greco di Icaro. Secondo questo mito appunto, Icaro avrebbe tentato di fuggire dal labirinto di Minosse (signore di Creta) imitando il volo degli uccelli con ali fatte di cera, canne e penne. Secondo la leggenda le suddette ali non resistettero al calore del sole.

L'accelerazione gravitazionale di cui sopra, sulla superficie terrestre, ha un valore medio che può tranquillamente essere approssimato a g = 9,81 [m/s^2]

Un grosso passo avanti fu compiuto grazie all'ingegno di un grande matematico e fisico greco: Archimede  icona_minibiografia (Siracusa 287 a.C. - 212 a.C.). Egli è considerato l'iniziatore dell'idrostatica con il famoso

Principio di Archimede: "Ogni corpo immerso in un fluido è sottoposto a una spinta verticale diretta dal basso verso l'alto, uguale al peso del fluido che esso sposta, ed applicata al centro di gravità del fluido spostato, o centro di spinta".

Secondo la tradizione, il famoso principio che porta il suo nome sarebbe stato scoperto in questa circostanza: Gerone, re di Siracusa, sospettava che l'orefice che gli aveva fabbricato una corona d'oro vi avesse unito una certa quantità d'argento; chiese dunque ad Archimede che scoprisse e accertasse l'inganno, lasciando però intatta la corona. Archimede, mentre si accingeva a risolvere il problema, fu colpito dalla circostanza che, durante il bagno, il suo corpo immerso nell'acqua sembrava diminuire di peso e intuì che questa osservazione casuale gli avrebbe dischiuso la via da seguire per dare una risposta al quesito postogli dal re. Si dice che, nell'entusiasmo, egli si sia slanciato nudo per le vie, gridando: "Eureka! Eureka!" ("Ho trovato!").

Tradotto in termini aerostatici questo significa che è possibile trarre una spinta verticale utile (ascendente) impiegando un certo volume (Va) di un fluido A di densità rho.a, immerso in un altro fluido B (tipicamente l'aria di cui è costituita l'atmosfera) di densità rho.b:

P = Va * g * (rho.b - rho.a) scienzapertutti_principio_archimede

Affinchè la spinta risulti effettivamente ascendente è necessario che la densità del fluido B sia maggiore di quella del fluido A.

scienzapertutti_leonardo_da_vinci_volo

Bisogna attendere il Medioevo e Leonardo da Vinci icona_minibiografia (Vinci - Firenze 1452 - 1519) perchè vengano compiuti i primi seri e rigorosi studi sul volo degli uccelli. Nonostante ciò ogni tentativo di volo librato tentato con ali costruite a somiglianza di quelle degli uccelli finì male.

Per la prima volta la sfida fu vinta dai fratelli Joseph e Jacques Montgolfier (Vidalon-lès- Annonay, Vivarais 1740 - 1810 il primo, 1745 - 1799 il secondo).

La lettura di un trattato di Priestley sulle proprietà dell'aria gli suggerì l'idea di riempire un involucro con un gas più leggero dell'aria, in modo che potesse sollevarsi nell'atmosfera.

Dopo una prima esperienza riuscita (1782), fatta con un involucro di seta a forma di parallelepipedo aperto all'estremità inferiore e riempito d'aria calda ottenuta bruciando un miscuglio di lana e di paglia umida, i due fratelli riuscirono a far sollevare nell'aria un pallone di una ventina di m³.

Il 5 giugno 1783 ripeterono a Annonay il loro esperimento con un nuovo aerostato di 750 m³ che riuscì a sollevarsi a una quota di oltre 1.000 m.

scienzapertutti_mongolfiera_trattato_priestley

Chiamati a Parigi, il 19 settembre del medesimo anno fecero innalzare con successo a Versailles, alla presenza del re e di tutta la corte riunita, una delle loro mongolfiere ad aria calda, alla quale era sospesa una cesta di vimini contenente un montone, un gallo e un'anatra che sopportarono perfettamente il viaggio nell'aria. In seguito le loro esperienze si moltiplicarono e il 21 novembre 1783 con uno dei palloni da loro ideati effettuarono la prima ascensione umana J.-F. Pilâtre de Rozier e il marchese F. d'Arlandes. Lo stesso Joseph-M. Montgolfier, a bordo di un aerostato gigante, effettuò un'ascensione il 19 gennaio 1784 a Lione con altre sei persone.

Successivamente divenne uno dei tre direttori del conservatorio delle Arti e Mestieri. I due fratelli vennero anche nominati membri dell'Accademia delle scienze: Joseph- Michel nel 1807 e Jacques-Etienne nel 1786. L'impresa dei fratelli Montgolfier ispirò il Monti nell'ode Al signor di Montgolfier(1784) e l'Alfieri in un sonetto. Nel 1783 il francese Jacques Charles perfezionò l'idea dei fratelli Montgolfier sostituendo l'aria calda con un gas appena scoperto dall'inglese Cavendish, l'idrogeno.

In seguito fu utilizzato anche un altro gas, l'elio. Infatti questi gas (aria riscaldata, idrogeno ed elio) sono tutti meno densi dell'aria così come si trova liberamente in natura (per lo meno fino ad una certa quota - quota di tangenza): con delle ipotesi semplificative (aerostato omotermico e omobarico) si possono stimare i rapporti tra le densità

rho aria / rho idrogeno = 14,5

rho aria / rho elio = 7,2

scienzapertutti_mongolfiere

In seguito molti altri grandi obiettivi furono raggiunti e molte altre difficoltà furono vinte: 24/6/1802 - Humbolt e Bompland raggiungono quota 5878 m 24/8/1804 - Gay-Lussac  icona_minibiografia e J.B. Biot superano quota 7000 m 1862 - Glaisher e Coxwell raggiungono la ragguardevole quota di 8850 m.

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