Aerodinamica, branca della fisica che si occupa del moto dell’aria e di altri fluidi gassosi e delle forze che agiscono sui corpi che attraversano tale fluido. L’aerodinamica cerca, in particolare, di spiegare i principi che governano il volo di aerei, razzi e missili. Si occupa anche della progettazione di automobili, treni ad alta velocità e navi, così come della costruzione di strutture come ponti ed edifici alti per determinare la loro resistenza ai venti forti.
L’osservazione del volo degli uccelli e dei proiettili ha suscitato speculazioni tra gli antichi sulle forze coinvolte e sul modo in cui esse interagiscono. Essi, tuttavia, non avevano una reale conoscenza delle proprietà fisiche dell’aria, né tentarono uno studio sistematico di tali proprietà. La maggior parte delle loro idee riflettevano la convinzione che l’aria fornisse una forza di sostegno o di spinta. Queste nozioni erano basate in gran parte sui principi dell’idrostatica (lo studio delle pressioni dei liquidi) come erano compresi allora. Così, nei primi tempi, si pensava che la forza motrice di un proiettile fosse associata alle forze esercitate sulla base dalla chiusura del flusso d’aria intorno al corpo. Questa concezione dell’aria come mezzo di assistenza piuttosto che come forza di resistenza persistette per secoli, anche se nel XVI secolo si riconobbe che l’energia di movimento di un proiettile gli veniva impartita dal dispositivo di catapulta.
Verso la fine del XV secolo, Leonardo da Vinci osservò che l’aria offriva resistenza al movimento di un oggetto solido e attribuì questa resistenza agli effetti di compressione. Galileo più tardi stabilì sperimentalmente il fatto della resistenza dell’aria e arrivò alla conclusione che la resistenza era proporzionale alla velocità dell’oggetto che la attraversava. Alla fine del XVII secolo, Christiaan Huygens e Sir Isaac Newton stabilirono che la resistenza dell’aria al moto di un corpo era proporzionale al quadrato della velocità.
Il lavoro di Newton nel definire le leggi della meccanica segnò l’inizio delle teorie classiche dell’aerodinamica. Egli considerò la pressione che agisce su una piastra inclinata come derivante dall’impingement di particelle sul lato della piastra che si affaccia sul flusso d’aria. La sua formulazione dava come risultato che la pressione che agisce sulla piastra era proporzionale al prodotto della densità dell’aria, l’area della piastra, il quadrato della velocità e il quadrato del seno dell’angolo di inclinazione. Questo non riusciva a tenere conto degli effetti del flusso sulla superficie superiore della piastra, dove esistono basse pressioni e da cui viene prodotta la maggior parte della portanza di un’ala. L’idea dell’aria come un continuum con un campo di pressione che si estende su grandi distanze dalla piastra sarebbe arrivata molto più tardi.
Varie scoperte sono state fatte durante il XVIII e il XIX secolo che hanno contribuito a una migliore comprensione dei fattori che influenzano il movimento dei corpi solidi attraverso l’aria. La relazione tra la resistenza e le proprietà viscose di un fluido, per esempio, fu percepita in parte all’inizio del 1800, e gli esperimenti del fisico britannico Osborne Reynolds negli anni 1880 portarono a una visione più chiara del significato degli effetti viscosi.
L’aerodinamica moderna emerse circa nel periodo in cui i fratelli Wright fecero il loro primo volo a motore (1903). Diversi anni dopo il loro storico sforzo, Frederick W. Lanchester, un ingegnere britannico, propose una teoria della circolazione della portanza di un profilo aereo di portata infinita e una teoria dei vortici della portanza di un’ala di portata finita. Il fisico tedesco Ludwig Prandtl, comunemente considerato come il padre della moderna aerodinamica, arrivò indipendentemente alle stesse ipotesi di Lanchester e sviluppò il trattamento matematico. Il lavoro di Prandtl, raffinato e ampliato dai ricercatori successivi, ha formato il fondamento teorico del campo. Tra gli altri che giocarono un ruolo di primo piano nello sviluppo dell’aerodinamica moderna ci fu l’ingegnere di origine ungherese Theodore von Kármán, i cui contributi portarono a importanti progressi in aree come la teoria della turbolenza e il volo supersonico.