Qualche giorno fa ho visto al cinema Top Gun: Maverick, il seguito del celebre film del 1986. Uscito dalla sala ho pensato che avrei potuto scrivere in poco tempo un articolo sulla fisica di Top Gun spiegando come alcune scene del film fossero decisamente irreali.
E invece… sorpresa, approfondendo alcuni argomenti mi sono dovuto parzialmente ricredere.
(Lezione imparata: gli articoli non sono mai semplici come sembrano prima di cominciare a scriverli).
Velocità e accelerazione
Prima di tutto facciamo un breve ripasso sui concetti di velocità e accelerazione.
La velocità misura di quanto si sposta un oggetto in un secondo. Se un oggetto viaggia a una velocità di 5 m/s significa che ogni secondo si sposta di 5 metri.
L’accelerazione misura invece quanto cambia la velocità ogni secondo che passa. Se un oggetto ha una accelerazione di 8 m/s2 significa che ogni secondo la sua velocità aumenta di 8 m/s. Ad esempio se l’oggetto parte da fermo, dopo un secondo la sua velocità sarà di 8 m/s. Dopo un altro secondo la velocità sarà di 16 m/s. Dopo un altro secondo sarà di 24 m/s, e via così.
Nel film le velocità sono misurate in Mach, cioè in proporzione alla velocità del suono. Mach 1 significa che la velocità è uguale a quella del suono, Mach 5 significa che la velocità è cinque volte quella del suono.
Le accelerazioni sono invece misurate in proporzione all’accelerazione di gravità che vale poco meno di 10 m/s2. Se si lascia cadere un corpo, dopo un secondo esso va a 10 m/s. Dopo un altro secondo la velocità sarà di 20 m/s. Attenzione che l’andamento è di questo tipo solamente se si possono trascurare le forze di attrito con l’aria.
Ad esempio un’accelerazione di 1 g è di circa 10 m/s2 mentre un’accelerazione di 4 g è di circa 40 m/s2.
Top Gun e le velocità
Il corpo umano e le alte velocità
Nella prima parte del film si vede il protagonista guidare un aereo sperimentale fino alla velocità di Mach 10, cioè 10 volte la velocità del suono.
Prima considerazione: arrivare a queste altissime velocità non comporta un stress per il corpo umano.
Se ci trovassimo in un aereo che si muove a Mach 10 a velocità costante non avvertiremmo nulla di strano, escluse al massimo le vibrazioni dell’aereo. Basti pensare a quando siamo su un treno ad alta velocità che viaggia a 300 km/h. Non avvertiamo nulla di strano se non un po’ di vibrazioni. Rendendo perfettamente dritti i binari, senza guardare fuori dal finestrino non riusciremmo a capire se il treno è fermo o in movimento.
Galileo aveva sviluppato questo concetto (chiamato principio di relatività Galileiana) che era importante per sostenere la teoria eliocentrica. I suoi oppositori chiedevano infatti come fosse possibile che la Terra orbitasse attorno al Sole e ruotasse su sé stessa visto che non percepiamo alcun movimento. In effetti il nostro pianeta con il suo moto attorno al Sole ci trasporta a ben 30 km/s, circa 107.000 km/h, ma noi non ci accorgiamo di questa enorme velocità!
Record di velocità
Seconda considerazione: la velocità di Mach 10 raggiunta nel film è estremamente alta ma non impossibile.
Attualmente il record di velocità per un aereo con motori a reazione capace di decollare e atterrare normalmente è detenuto dal Lockheed SR-71 “Blackbird” che può raggiungere velocità superiori a Mach 3.
Sembra molto lontano da quanto mostrato nel film, tuttavia velocità nettamente maggiori sono state raggiunte da aerei-razzo. Questi aerei non sono in grado di decollare e atterrare in modo autonomo e non hanno le turbine che aspirano l’aria dall’esterno, ma portano con sé l’ossigeno necessario per la combustione che li spinge. Questi arei-razzo vengono agganciati ad un altro aereo o ad un elicottero che li porta ad una certa altezza. Successivamente si sganciano proseguendo il loro volo.
In questo caso le velocità raggiunte sono notevoli, il record assoluto per un aereo-razzo pilotato da un uomo è del North American X-15 che raggiunse nel 1967 la velocità di Mach 6.
Altri prototipi non pilotati da un uomo hanno raggiunto velocità vicine a Mach 10 come l’X-43, un aereo sperimentale che nel 2004 ha raggiunto Mach 9,6.
Insomma in questo momento non esistono aerei pilotati da esseri umani che vanno a Mach 10 ma tecnicamente la cosa non è impossibile.
Se non è stato fatto è perché è inutile rischiare la vita dei piloti su questi prototipi sperimentali quando con le nuove tecnologie si possono controllare anche senza pilota.
Se mai la cosa poco credibile di questa scena sono le traiettorie curvilinee che segue l’aereo. Sarebbe un rischio inutile fare curve che sottoporrebbero l’aereo a stress ulteriori rispetto a quelli dovuti alla altissima velocità. Meglio andare semplicemente dritti, e questo si fa normalmente quando si stabiliscono record di velocità.
Ma ovviamente un aereo che va sempre dritto non è abbastanza spettacolare da mostrare in un film!
Top Gun e le accelerazioni
Il corpo umano e le accelerazioni
Nella seconda parte del film i piloti si devono addestrare a una manovra che li sottoporrà a una accelerazione di 10 g.
A differenza delle alte velocità le grandi accelerazioni hanno conseguenze importanti sul corpo umano, soprattutto se prolungate per un certo tempo (vedi anche l’articolo Hollywood bocciata in fisica: le decelerazioni mortali). Quando siamo su un mezzo che accelera ci sentiamo schiacciati nella direzione opposta a quella dell’accelerazione. Se l’accelerazione è grande può causare una diminuzione di afflusso di sangue al cervello con un conseguente svenimento. Questa perdita di coscienza è chiamata g-lock (g force-induced loss of consciousness).
Di seguito un video di un pilota sottoposto per pochi secondi a una accelerazione di 9-g che perde conoscenza per qualche secondo.
Limiti di tolleranza delle accelerazioni
Il corpo umano può sopportare un diverso livello di accelerazione a seconda della direzione.
Il seguente grafico mostra per che combinazione di accelerazione-durata si ha uno svenimento per accelerazioni in diverse direzioni.
Dal grafico si vede che il corpo umano tollera meglio le accelerazioni dirette verso la parte anteriore del corpo rispetto ad altre direzioni (linea rossa). Le accelerazioni dirette verso l’alto sono invece le più pericolose (linea verde) perché tendono a far andare il sangue verso il basso, lontano dal cervello.
Nel caso di accelerazioni frontali (linea rossa) il corpo umano può sopportare anche accelerazioni pari a 20 g ma solamente per 1 secondo, oppure di 10 g per poco più di 10 secondi.
In altre direzioni il limite di sopportazione è molto più basso, nel caso del film l’accelerazione era di 10 g, durava una decina di secondi e le forze apparenti erano dirette verso il basso e verso la schiena.
Diciamo che la corrispondente linea dovrebbe essere da qualche parte a metà tra la linea verde e la linea rossa, rendendo abbastanza improbabile la sopportazione di tale accelerazione per una persona normale.
Ma, attenzione! I piloti da combattimento (e anche gli astronauti) effettuano degli allenamenti che li portano a sopportare accelerazioni più alte del normale. Inoltre possono indossare speciali tute che, comprimendo le gambe, riducono il deflusso del sangue verso la parte bassa del corpo. Per questo motivo i piloti migliori sono in grado di sopportare le accelerazioni di 9-10 g per un po’ di secondi senza subire grandi conseguenze. Per loro potrebbe essere una situazione, non certo facile da affrontare, ma a cui sono preparati e che hanno sperimentato.
Conclusioni
Non commento la fattibilità delle manovre aeree effettuate nel film o altri possibili errori di tipo aereonautico (temi su cui non ho competenza). Ma per quanto riguarda la possibilità di volare a Mach 10 o di sopportare un’accelerazione di 10 g il film non va poi così lontano dalla realtà.
Diciamo che è più realizzabile rispetto a quello che vediamo in molti altri film (vedi di seguito i link alla serie di articoli “Hollywood bocciata in fisica”).
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Ecco i link agli articoli della serie “Hollywood bocciata in fisica”:
- Hollywood bocciata in fisica: le decelerazioni mortali
- Hollywood bocciata in fisica: Matrix e il moto perpetuo
- Hollywood bocciata in fisica: i film di fantascienza
- Hollywood bocciata in fisica: I Simpson e la forza di Coriolis
E di seguito altri link interessanti:
- Wikipedia: Flight Airspeed Record
- Wikipedia: Mach Number
- Wikipedia: G-force
- Wikipedia: High g Training
