Il sogno nel vento
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| Macchina leonardesca: "la vite aerea". Modello tridimensionale ricostruito al computer da Alessandro Ghezzer (1982) |
L'antico sogno
Il sogno del volo dell’uomo si perde nella notte dei tempi. Le antiche cronache riferiscono dei molti tentativi falliti da parte di autentici temerari. Alcuni episodi sono leggendari, altri sono più attendibili, come quello di Giovanni Battista Danti che alla fine del '400 cercò di sorvolare la Piazza Grande di Perugia, “atterrando” pesantemente sul tetto di una chiesa vicina, senza troppi danni. Tutti questi aviatori primordiali hanno in comune la stessa idea: quella di simulare il volo di un uccello, e perciò di utilizzare delle ali attaccate alle spalle o alle braccia. Oppure, come sognava il monaco inglese Ruggero Bacone, di realizzare una vera e propria macchina con le ali.
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| Autoritratto di Leonardo | |
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| Studio di ala battente | |
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| Paracadute | |
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| Macchina volante | |
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| Pilota in posizione sdraiata | |
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| Studio di ala battente | |
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| Studi sugli uccelli |
Anche Leonardo basa i suoi studi sull’osservazione degli uccelli: a differenza di tutti i suoi predecessori però, egli elabora una vera e propria teoria del volo, dalla quale sviluppa la progettazione delle sue macchine. Gli studi si ampliano alle leggi della fisica, dell’aria, dei venti e del loro comportamento.
Gli studi sulla resistenza dell'aria
Egli è convinto, a differenza degli scienziati suoi contemporanei, che il volo non abbia in sè nulla di misterioso, in quanto si tratta di un fenomeno puramente meccanico, dovuto al colpo d'ala nell'aria. L'aria è comprimibile, e perciò essa può esercitare una resistenza in grado di sostenere un corpo. E' una delle sue più geniali intuizioni.
Le prime macchine volanti
Leonardo applicò questa teoria nel 1485, quando realizzò il primo prototipo di paracadute: si trattava di una struttura rigida a forma di piramide, rivestita di tela di lino impermeabile all'aria grazie a un bagno di amido. Contemporanea al paracadute è un’altra idea che si basava sullo stesso principio della resistenza dell'aria: la cosiddetta vite aerea. In essa vi è, con 500 anni di anticipo, il prototipo del moderno elicottero! Alla base di questa macchina di Leonardo vi è infatti l'intuizione che l'aria, in certe condizioni può comportarsi come un corpo solido. Perciò un oggetto che si avviti all'interno di essa può sollevarsi così come la vite penetra il legno. L'apparecchio secondo Leonardo doveva essere mosso dalla spinta di alcuni uomini che facevano ruotare l'albero, o tramite una fune che si svolgeva velocemente attorno alla sua base.
L'ala battente
Ciò che Leonardo non aveva considerato a fondo è la forza motrice: nessun uomo avrebbe avuto la forza sufficiente per muovere le sue macchine. La maggior parte delle macchine volanti che Leonardo progetta infatti è dotata di ali, di solito battenti. E proprio all'ala, alla sua forma, struttura e realizzazione, che egli riserva una ampia e particolareggiata ricerca che si sviluppa e si evolve nel corso degli anni. Dopo varie ricerche egli sperimenta vari tipi d’ala, come quella a forma di pipistrello, che abbandonerà in seguito perché ritenuta poco efficiente. Impiega materiali diversi, il legno di abete, il fustagno ricoperto di piume e il taffetà inamidato teso sopra una rete a maglie larghe. Intuisce che la strada maestra da seguire è l’alleggerimento strutturale. Nell'ambito degli studi sull'ala, accanto a quelli di tipo strutturale, un ruolo primario hanno poi quelli per misurarne la portanza, cioè per valutare la capacità dell’ala di sostenere in volo la macchina e il suo pilota.
L'uomo-motore
Gli studi sull'ala non si limitano ad esaminarne forma e struttura, ma si estendono anche ai suoi movimenti e soprattutto alla forza necessaria per produrli: l’uomo. Dato il peso notevole della macchina, sommato a quello del pilota, Leonardo capisce che il fattore determinante è l'energia che l'uomo è in grado di produrre. Dato che essa non è sufficiente, Leonardo studia il modo per moltiplicarla il più possibile. Ipotizza che il pilota possa combinare il proprio peso con l'azione di diversi muscoli come quelli di gambe, braccia, dorso e perfino della testa. Si concentra anche sulla posizione più funzionale da far assumere al volatore, ponendolo sia disteso che in piedi. Sarà quest’ultima posizione, a suo avviso, a garantire una migliore stabilità di volo.
Dall'ala battente all'ala fissa
Leonardo però si rese conto che l’ostacolo apparentemente insormontabile era proprio la forza dell’uomo, del tutto insufficiente a muovere la macchina in volo. Perciò dopo i vari dispositivi ad ala battente, con i quali intendeva realizzare una sorta di uccello meccanico, egli concluse che doveva approfondire maggiormente lo studio e l’osservazione del volo degli uccelli, allo scopo di comprenderne appieno la dinamica. Si rende così conto di una fondamentale differenza: gli uccelli di piccola taglia battono le ali per sostenersi in volo mentre quelli medio-grandi, in particolare i rapaci, veleggiano sfruttando le correnti e usano la battuta d'ali solo per correggere la traiettoria. Il loro è quindi un volo che non richiede una grande energia.
Il volo librato
Da queste osservazioni Leonardo si convince che sfruttando il volo veleggiato anche l'uomo può volare. E' un radicale mutamento di prospettiva: egli non cercherà più di riprodurre meccanicamente l'animale ma utilizzerà gli stessi principi fisici per ottenere lo stesso risultato. La macchina volante ad ala battente è quindi abbandonata in favore dell’ala fissa, come quella dell’aliante.
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| La vite aerea, prototipo dell'elicottero |
Un progetto successivo molto avanzato ricorda da vicino il moderno deltaplano. Qui l'ala è unica, e il pilota che vi è appeso controlla la planata mediante l'orientamento delle superfici alari con delle funi. Questi studi convergono verso una progressiva semplificazione che si riscontra nei disegni dell'ultimo periodo (1510-1515), in cui l'ala fissa diviene molto semplice, senza alcun concegno meccanico che ne modifchi la struttura.
La strumentazione
La progettazione di macchine si estende anche ai problemi collaterali inerenti il volo, in quanto Leonardo aveva ben compreso quanto fossero importanti le condizioni atmosferiche. Studiò strumenti specifici per la navigazione aerea: un inclinometro, per verificare l'assetto della macchina volante, e soprattutto una serie di strumenti meteorologici. Igroscopi per misurare l'umidità dell'aria, anemoscopi per determinare la direzione del vento, anemometri per misurarne la velocità. Fondamentale è la determinazione della provenienza e dell'intensità del vento.
Leonardo costruì un anemoscopio a banderuola, che ruotando su sè stesso si disponeva nella stessa direzione della corrente d'aria. Per determinare l’intensità progettò un anemometro con una lamina metallica verticale, incernierata su un'asta di supporto: la lamina, libera di oscillare sotto la pressione del vento, si spostava lungo una scala graduata semicircolare indicandone l'intensità.
Il genio di Leonardo
Lo stupefacente e geniale percorso di ricerca compiuto da Leonardo è non solo tecnico, ma anche e soprattutto concettuale: lo studio metodico, l'osservazione, la rigorosa analisi scientifica, lo portano alla creazione di qualcosa che, pur ispirandosi alle stesse leggi fisiche della natura, è totalmente nuovo.
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