Regresso dell'elica - informazioni e parametri [pag. 3]

Dei concetti spiegati da Donno, uno mi sfugge. Lui afferma che senza regresso non c'e spinta. Perché?

martiello123 ha scritto:

... Donno, .... afferma che senza regresso non c'e spinta. Perché?

Ho avuto modo più volte di scrivere che tutte le eliche cavitano e che regresso e cavitazione sono legati a doppio filo. Si può anche affermare che senza cavitazione non c'è spinta. La cavitazione è la grande nemica dei sommergibili ed è contrastata con particolari artifizi atti a ridurne il rumore.
Semplificando al massimo, il perchè è abbastanza semplice. Nella sua rotazione l'elica "pompa" più acqua di quanto non riesca ad aspirarne o a riceverne, così determinando un "distacco" dell'acqua dal dorso della pala, che si manifesta sotto forma di bollicine d'aria. La cavitazione, appunto. Le diverse forme di sezione caratteristica della pala possono ridurre, ma non eliminare il fenomeno. Dall'indice di cavitazione dipende il regresso.

Ragazzi, rileggete questo topic.
A un certo punto si parla di regresso e scoprirete che le vostre idee su di esso siano assolutamente errate.

https://www.gommonauti.it/ptopic8566_precisazioni_sulle_eliche_by_franco_donno.html?sp_pid=120174#120174

martiello123 ha scritto:

Dei concetti spiegati da Donno, uno mi sfugge. Lui afferma che senza regresso non c'e spinta. Perché?

Martiello,
Senza presunzione e senza sapere quali siano le tue basi di fisica la prendo alla lontana, non me ne volere (non me ne vogliate) se ci provo sulla base di quel che credo di aver capito e di come me lo sono spiegato applicando concetti studiati in altri campi.

Prendiamo un mezzo che si muove ad una determinata velocità costante (costanza dello spazio percorso in un determinato intervallo di tempo)
Prendiamo per esempio una automobile che viaggia su una superficie piana. Per avanzare e mantenere la sua velocità costante deve vincere (o meglio equilibrare) una serie di forze che tendono ad opporsi al suo movimento. Parliamo in questo caso di una somma di differenti forze d’attrito che daranno complessivamente una forza risultante che si oppone al moto.
Infatti se togliamo il piede dal gas l’automobile inizia a rallentare anche se la superficie sulla quale si muove è perfettamente piana; questo fatto evidenzia l’esistenza delle forze che si oppongono al moto e la necessità di “produrre” la forza che mantenga l’auto a velocità costante.
La fisica ci dice che la potenza P è uguale al prodotto della forza per la velocità. Nell’esempio considerato la forza è quella che si oppone al moto o, se vogliamo, quella uguale e contraria a quest’ultima e che mantiene il mezzo in movimento equilibrando quella che si oppone al moto. La velocità è quella del moto.
P = F x v

Il ragionamento si può ripetere nel caso di una imbarcazione. La potenza necessaria per far avanzare il mezzo imbarcazione è uguale al prodotto della risultante delle forze che si oppongono al moto per la velocità del moto.
Ancora dalla fisica sappiamo che
F = m x a
ossia la forza è uguale al prodotto della massa per l’accelerazione
L’accelerazione esprime una variazione di velocità in un certo intervallo di tempo (ossia diviso quell’intervallo di tempo).
Quindi la forza è uguale al prodotto della massa per una variazione di velocità nell’intervallo di tempo

F = m x (Dv/Dt) .......................... (1.1)

indicando con "D" la variazione della grandezza in questione (v e t)

Ci serve definire un’altra grandezza che si chiama Quantità di moto q.
La quantità di moto è uguale al prodotto della massa per la velocità

q = m x v .......................... (1.2)

nella (1.2) notiamo che, dato "m", una variazione della velocità "Dv" in un certo intervallo di tempo "Dt" determina una variazione della quantità di moto nello stesso intervallo di tempo

Dq/Dt = m x (Dv/Dt) ......................... (1.3)

confrontando il secondo membro dell equazioni (1.3) e (1.1) vediamo che essi coincidono, pertanto si avrà l'uguaglianza dei primi membri

F = (Dq/Dt) .......................... (1.4)

A una forza corrisponde una variazione di quantità di moto nell'intervallo di tempo e viceversa

Torniamo all’automobile. La forza necessaria a farla avanzare è trasmessa dalle ruote all’asfalto.
Nel caso della imbarcazione, la forza necessaria a farla avanzare è trasmessa al fluido acqua (e viceversa) dalla rotazione dell’elica.
Evidenziamo che il fluido acqua è pressoché incompressibile; questo vuole dire che una massa di 1 kg di acqua occuperà sempre lo stesso volume qualunque sia la pressione alla quale è sottoposto.

Consideriamo una imbarcazione che si muove ad una determinata velocità costante.
Consideriamo quindi costanti i giri motore a cui corrisponderà, secondo il rapporto al piede, un numero di giri dell’elica anch’esso costante.

Il flusso a monte dell’elica ha una velocità relativa (ossia relativa all’osservatore sull’imbarcazione) che possiamo assumere in prima approssimazione uguale a quella dell’imbarcazione (ip.1).
Siccome l’imbarcazione avanza, in un certo intervallo di tempo essa avrà percorso una certa distanza. Nel suo percorso una certa quantità di fluido sarà stata “attraversata” dal passaggio dell’elica, ossia una determinata massa di fluido sarà evoluta attraverso l’elica.
Dal punto di vista dell’elica, ossia dell’osservatore posto per esempio sul bulbo del piede davanti all’elica, è l’acqua che si è mossa verso di lui con una velocità uguale e contraria a quella con cui l’imbarcazione si sta muovendo (vedi ip.1). È l’effetto motocicletta, sento il vento in viso perchè mi muovo anche se vento reale non ce ne è.
Ricapitolando, quando l’imbarcazione avanza a velocità costante, in un determinato intervallo di tempo una certa quantità (massa) di acqua evolve attraverso l’elica investendola a monte con una velocità pari a quella di avanzamento dell’imbarcazione.
Posti come l’osservatore sul bulbo del piede, osserviamo una certa massa che si muove ad una certa velocità costante verso di noi, osserviamo pertanto una massa di fluido che possiede una certa quantità di moto

q = m x v.

Per mezzo dell’elica vogliamo scambiare una forza col fluido, forza (o spinta) che è quella che deve mandare avanti l’imbarcazione.
Ma al punto (1.4) abbiamo detto che una variazione della quantità di moto nell’intervallo di tempo corrisponde ad una forza. Condizione per scambiare una forza col fluido è quindi quella di variare la sua (del fluido) quantità di moto q= m x v
nell'intervallo di tempo in cui evolve attraverso l'elica.
Dato che la massa “m” che evolve attraverso l’elica nell’intervallo di tempo è costante (la massa entrante è uguale a quella uscente) e dato che, essendo il fluido incompressibile, anche il volume d’acqua entrante è uguale a quello uscente, l’unico modo per variare la quantità di moto della massa di fluido entrante nell’elica, e quindi di ottenere la spinta, è quello di accelerarla verso l’uscita.
Pertanto la velocità del flusso in uscita è e deve essere superiore a quella del flusso in ingresso, e quindi il flusso in uscita ha una velocità superiore a quella con cui si muove la barca, ed ecco il regresso.

Se la velocità in uscita fosse uguale a quella in ingresso non ci sarebbe regresso, ma nemmeno ci sarebbe variazione di quantità di moto del fluido che evolve attraverso l’elica e quindi non vi sarebbe forza scambiata e quindi non vi sarebbe spinta.