jet

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Volare con un soffio

Con il termine jet si indica un sistema di propulsione basato sulla veloce espulsione di un gas da un motore, che per il principio fisico della conservazione della quantità di moto provoca una spinta nella direzione opposta. Il vocabolo jet è sinonimo di aereo a reazione, che ha permesso il grande sviluppo dell’aviazione civile. Ma la stessa parola può indicare motori utilizzati da barche o da razzi

Un po’ di fisica

Il jet (che in inglese significa «getto» o «spruzzo») è un sistema di propulsione utilizzato per far volare aerei o razzi o anche per alcune imbarcazioni. Si basa sull’espulsione di un gas o un liquido ad alta velocità, che produce una spinta in direzione opposta. Per capire come funziona questo sistema occorre prima conoscere la legge del principio di conservazione della quantità di moto. Questa grandezza è il prodotto della massa di un corpo per la sua velocità, calcolato tenendo conto anche del verso e della direzione del movimento. Il principio afferma che la quantità di moto di un sistema isolato, ossia non soggetto a forze esterne, si conserva. Immaginiamo un pattinatore sul ghiaccio fermo in mezzo alla pista con uno zaino pieno di libri. Poiché la sua velocità è nulla, anche la quantità di moto è pari a zero. Se però lancia lo zaino verso la sua sinistra, esso acquista una velocità e quindi una quantità di moto. Perché il sistema pattinatore più zaino abbia ancora la quantità di moto nulla, il pattinatore deve muoversi verso destra, cioè in direzione opposta allo zaino. La velocità che acquista il pattinatore, trascurando gli attriti, è tale che, moltiplicata per la sua massa, dà un valore identico, ma di segno opposto, al prodotto della massa dello zaino per la sua velocità. In questo modo le due quantità, sommate tra loro, danno zero, così come era prima del lancio.

L’idea l’ha avuta il calamaro

Si può dire che i primi a utilizzare il principio del jet per muoversi siano stati alcuni animali acquatici. Il calamaro (polpi, calamari e nautilus) e la seppia, per esempio, si spostano spruzzando acqua in una direzione, ricevendo una spinta nella direzione opposta.

Quanto all’invenzione dell’uomo, i sistemi tipo jet furono realizzati dalla forza propulsiva del vapore, ottenuto scaldando acqua in una caldaia fino a far fuoriuscire il vapore da un piccolo foro; in questo modo il sistema riceveva una spinta in senso opposto alla fuoriuscita del vapore. Un primo esempio di tale sistema si ritrova addirittura in un apparecchio inventato da Erone, matematico e fisico greco del 3° secolo.

Fu con questo sistema a vapore che nel 1787 James Rumsey realizzò un’imbarcazione che navigò sul fiume Potomac per circa due ore a poco meno di 5 km/h.

Ma poiché il vapore non fornisce una spinta propulsiva sufficiente per ottenere velocità interessanti, si è dovuto attendere l’utilizzo dei combustibili moderni per mettere in moto grandi masse. Per la combustione possono essere utilizzate diverse sostanze come il propano, il metano o la benzina. Oltre a questi combustibili, è sempre necessario un comburente, di solito l'ossigeno presente nell'aria. Il gas combusto, destinato a fornire la spinta, spesso non raggiunge direttamente l’esterno, ma passa attraverso una turbina mettendola in veloce rotazione.

I motori a reazione hanno permesso di fare viaggiare gli aerei a velocità molto elevate, ed è anche per questo che il loro uso si diffuse durante la Seconda guerra mondiale. I primi aerei a reazione furono costruiti dai tedeschi: ricordiamo il turbogetto Heinkel 178, che iniziò a volare nel 1939, e il famoso Messerschmitt 262, un caccia bireattore estremamente potente.

Il principio dei jet è utilizzato anche per fare funzionare i missili, che sono lanciati dalla Terra verso lo spazio. In questo caso l’ossigeno utilizzato come comburente non è quello presente nell’aria, ma si trova contenuto in un serbatoio.

L'utilizzo dei motori a reazione è sostanzialmente limitato oggi al campo dell’aeronautica, e non riguarda i mezzi di terra. Il motivo è duplice: da una parte i gas di scarico sono pericolosi per l’elevata temperatura, dall’altra vi è un problema di costo. In questi motori si raggiungono tempe;rature particolarmente elevate ed è quindi necessario utilizzare materiali capaci di resistere al calore, assai costosi.