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Coefficiente di resistenza aerodinamica

Una Moto Guzzi 8 cilindri, caratterizzata da un'estesa carenatura a basso CX

Il coefficiente di resistenza aerodinamica (anche noto con i simboli o o ) è un coefficiente adimensionale usato per misurare la resistenza aerodinamica di un corpo in moto in un fluido. Comprende, per un corpo generico, i contributi di due tipi di resistenza fluidodinamica, la resistenza di attrito e la resistenza di forma.

Per un profilo aerodinamico, il coefficiente di resistenza include anche gli effetti di resistenza indotta e (in campo transonico e supersonico) di onda.[1]

DefinizioneModifica

Il coefficiente di resistenza aerodinamica è definito come:

 

in cui:

  •   è il coefficiente di resistenza aerodinamica
  •   è la resistenza aerodinamica (dall'inglese Drag) (dimensionalmente una forza)
  •   è la densità del fluido
  •   è l'area di riferimento
  •   è il modulo velocità del corpo rispetto al fluido indisturbato.

ApplicazioniModifica

 
Vari esempi di  

È molto usato in tutti i problemi di fluidodinamica o aerodinamica di flussi esterni e trova applicazione sia in ambito aeronautico (in cui viene indicato con il simbolo  , dall'inglese drag, resistenza) che in ambito automobilistico, generalmente indicato in questo caso con il simbolo  , in cui è esplicitato l'asse coordinato lungo la direzione del flusso indisturbato.

In ambito automobilistico viene a volte indicato anche come coefficiente di penetrazione aerodinamica, viene riferito alla sezione frontale del veicolo e rappresenta ovviamente solo uno dei termini di resistenza all'avanzamento. Nel caso delle competizioni, come la Formula 1 il   è molto elevato (tra 0,7 e 1,1) a causa dei elementi alari che devono generare un'elevata deportanza, la quale è richiesta per ottenere la maggiore prestazione possibile.

In ambito aeronautico il coefficiente viene utilizzato in particolare per definire la resistenza generata dal moto di un velivolo adimensionalizzata rispetto alla superficie alare o di un profilo alare usando, in tal caso, la corda del profilo come dimensione di riferimento.

Poiché tale coefficiente rappresenta l'entità dello scambio di forze dovute alla viscosità di un fluido, esso può essere utilizzato per calcolare la velocità limite di un corpo che si muove nel fluido stesso quando spinto da una forza.

Nel caso specifico di un corpo in caduta libera verso il centro di gravità, è quindi possibile derivare la sua velocità terminale di caduta applicando l'equivalenza:

 

in cui:

  •   è la velocità terminale di caduta
  •   è la massa del corpo in caduta libera
  •   è l'accelerazione gravitazionale, che nel caso della terra vale circa 9,81 m/s2
  •   è la densità del fluido attraverso il quale l'oggetto si muove
  •   è l'area della sezione di riferimento dell'oggetto ortogonale alla direzione del moto
  •   è il coefficiente di resistenza aerodinamica.

Dissipazione energeticaModifica

 
Velocità limite e forma oggetti

La resistenza aerodinamica riduce la velocità del corpo in moto e impone una dissipazione energetica. Consideriamo tre oggetti che precipitano con la stessa spinta gravitazionale e che abbiano tre diverse geometrie: cubo  , cubo inclinato   e sfera  . La velocità limite   risulterà maggiore per la sfera, che è l'oggetto con il valore più basso del coefficiente  .

Applicando la formula per il calcolo della potenza, possiamo ricavare la potenza dissipata P per effetto della forza esercitata dalla resistenza aerodinamica D durante la caduta di oggetti con diversa geometria:

 
 

Se l'oggetto ha un'area della sezione   e si muove nell'aria (densità 1,225 kg/m3) con una velocità costante  , la potenza dissipata è tabulata per le diverse geometrie nel Sistema Internazionale:

Potenza dissipata vs geometria
   
Cubo 1,05 70,5
Cubo inclinato 0,8 53,7
Sfera 0,47 31,6
Semisfera 0,42 28,2
Cono 0,5 33,6
Cilindro lungo 0,82 55,1
Cilindro corto 1,15 77,2
Corpo affusolato 0,04 2,7

NoteModifica

  1. ^ Dispense del corso di Meccanica del Volo Laurea di I livello in Ingegneria Aerospaziale (PDF), in Università degli Studi di Roma "La Sapienza". URL consultato il 25 settembre 2012.

Voci correlateModifica

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