Il Norge verso il Polo Nord

Ebbene sì, c’è stato un periodo in cui i dirigibili solcavano il cielo di Roma!
Il 10 Aprile 1926 salpò dall’aeroporto di Ciampino (Roma) il dirigibile Norge. Progettato e realizzato da Umberto Nobile, inizialmente designato come N1, è stato il primo dirigibile (e probabilmente anche il primo aeromobile, dato che altre missioni precedenti sono state rivendicate molti anni dopo la loro presunta avvenuta) a sorvolare il Polo Nord. La missione fu capeggiata dallo stesso Nobile insieme all’esploratore norvegese Roald Amundsen.

Aveva una lunghezza di circa 106 metri, un diametro di circa 18,6 metri, ed era mantenuto in galleggiamento da delle celle contenenti idrogeno.
La tragica fine di queste navi del cielo deriva proprio da ciò che permetteva loro di galleggiare: l’idrogeno.

Un po’ di Storia
Fin dai primi voli dei fratelli Montgolfier, ci si rese conto che sia riscaldando aria rendendola meno densa e sia usando un gas più leggero dell’aria, quindi in generale quando un fluido meno denso si trova in un ambiente fluido più denso riceve una spinta verso l’alto, e si tratta di un fenomeno in cui osserviamo il principio di Archimede.
Più in generale questo principio può essere descritto più accuratamente dalla fluidodinamica ed è classificabile come un caso speciale della Formula Generale dell’Idrostatica (o statica dei fluidi), una branca della meccanica dei fluidi che studia le relazioni esistenti fra fluidi in quiete che quindi possono considerarsi dei corpi continui, cioè regioni in cui gli effetti dovuti alla natura microscopica possono ritenersi trascurabili ed è possibile considerare il fluido come un corpo omogeneo, quindi aventi proprietà fisiche, come ad esempio la densità, costanti nel volume preso in analisi.

Tale formula esprime il fatto che nel volume di controllo preso in esame (cioè la regione finita di spazio in cui stiamo osservando il fluido in esame) si conserva la quantità di moto del fluido e si assume valida la Legge di Pascal. Tale legge esprime il fatto che nei fluidi che possiamo considerare con buona approssimazione incomprimibili (come l’acqua e l’aria sotto certe condizioni) l’aumento di pressione (Δp) in un punto del fluido si trasmette come un aumento di pressione alle pareti del contenitore.
La Legge di Pascal si può usare ad esempio per comprimere una sfera d’aria immersa in un contenitore d’acqua applicando una pressione tramite un semplice pistone, come si fa per riprodurre il fenomeno della sonoluminescenza.

Tale legge si sintetizza con l’espressione:
F_v + F_p = 0
ed esprime proprio che la risultante delle forze che agiscono nel volume di fluido (F_v), che per un fluido in quiete è proprio la forza peso del fluido, e la forza dovuta alla pressione agente fra il fluido e le pareti del suo contenitore (F_p), è uguale a zero, essendo zero la variazione della quantità di moto del fluido in esame. Ciò si traduce nel fatto che l’intensità delle due forze è la stessa, e le direzioni sono opposte (quando si parla di forze si parla non solo di intensità ma anche di direzioni, essendo queste considerabili come dei vettori).
F_v = – F_p
Se nel fluido in esame ci fosse stata una variazione di velocità allora la variazione della quantità di moto (ΔP) di questi sarebbe stata diversa da zero e sarebbe stata uguale alla sommatoria di queste forze agenti nel fluido, ma in questo caso non staremmo osservando un fluido in quiete. [Per maggiori delucidazioni su cos’è la quantità di moto, leggete i primi paragrafi qui]

Considerando nel caso del principio di Archimede un corpo ed un fluido, un corpo immerso in un fluido sposterà una quantità di fluido (cioè una massa, che in un fluido a densità costante è proprio uguale al prodotto fra la sua densità (ϱ) ed il suo volume (V): m = ϱ*V) sottoposta all’azione della gravità (g), e quindi avente un certo peso (m*g), che a sua volta eserciterà una pressione sul corpo immerso, e cioè una forza di pressione (F_p) di direzione inversa a quella della forza peso, e cioè tale da bilanciarla. Ciò si traduce sul corpo nel fatto che nella prossimità della superficie del fluido questi riceve una spinta tale da farlo galleggiare.

Nei dirigibili
Ciò viene sfruttato nei dirigibili usando delle sacche di gas meno denso dell’aria circostante. A parità di molecole, una mole di gas idrogeno (H₂) pesa circa 2 grammi, mentre una mole d’aria circa 29 grammi (calcolata come media pesata di quello dei suoi costituenti). Ciò significa che un gas leggero riceve una spinta verso l’alto proporzionale al proprio peso ed al volume di aria spostato.
Ciò può essere riassunto come:

L = V(Γ – γ) – P

dove L è la spinta ascensionale, V il volume d’aria spostato, P il peso della struttura, Γ e γ il peso specifico rispettivo di aria e del gas leggero. Il peso specifico è il peso del materiale su unità di volume.

Quindi serve molto gas per riuscire a sollevare una struttura e del carico utile, ed è il motivo per cui queste navi del cielo erano così imponenti. Fra tutti i gas leggeri l’idrogeno è quello più leggero e quindi riceve la spinta maggiore. In secondo posto c’è l’Elio, di cui una mole di molecole pesa circa 4 grammi. Quindi un dirigibile riempito d’Elio dovrebbe essere molto più grande di quello riempito d’idrogeno e questo costituiva una grossa sfida ingegneristica per i primi del 900, motivo per cui si è preferito continuare ad usare l’idrogeno.

La fine “dell’Impero delle Nuvole” (Empire of the Clouds)

Come sappiamo l’idrogeno è altamente infiammabile e ciò ha causato numerevoli incidenti con i dirigibili. Il più famoso è quello del Led Zeppelin 129 Hindenburg nel 1937, causato dall’accumulo di cariche elettriche nel rivestimento esterno durante un temporale che ha causato una scarica elettrica quando il dirigibile è stato assicurato a terra con delle funi durante le fasi d’atterraggio. La scarica ha incendiato l’idrogeno, facendo colare a picco l’aeronave nel giro di pochi secondi.

Fra gli incidenti degni di nota ricordiamo quello del dirigibile britannico R101 che decollato il 4 Ottobre 1930 diretto verso il Pakistan (all’epoca facente parte dell’India inglese) si schiantò su una collina nei pressi di Parigi. Durante il sorvolo in Francia delle forti raffiche di vento avrebbero scoperchiato parte del rivestimento esterno e scoppiato alcune celle di idrogeno. Il dirigibile perse quota finché non si schiantò a bassa velocità su una collina. L’idrogeno incendiandosi ha consumato rapidamente l’aeronave.
Gli Iron Maiden, nota band britannica, hanno reso tributo all’R101 narrandone la storia nella loro canzone “Empire of the Clouds”

A causa di ciò si cominciò a perdere sempre di più l’interesse verso i dirigibili, considerati poco affidabili, concentrandocisi verso lo sviluppo di aeromobili più pesanti dell’aria (gli aerei).

In copertina: Il dirigibile Norge in decollo da Ciampino. Fonte