Produrre e convertire energia sono sempre stati processi piuttosto faticosi, anche se relativamente semplici da mettere in atto, almeno fino all’alba delle innovazioni e facilitazioni dell’era industriale. Le tecnologie più moderne sembrano averci liberato da molte difficoltà, in questo senso. Tuttavia, a volte, è utile tornare ai metodi di generazione energetica più tradizionali, per esempio per migliorare le performance sportive.
Muscoli e vento: forze motrici millenarie
Le forze motrici primarie, come la forza muscolare e la forza del vento e dell’acqua, sono rimaste a lungo le principali e più importanti fonti di energia a disposizione delle società preindustriali, indispensabili per coltivare, per costruire o per spostarsi. La forza delle braccia umane non di rado si è rivelata preferibile ad altre, perché più vantaggiosa in termini energetici, soprattutto durante le navigazioni.
Le navi triremi utilizzate in battaglia dai Greci e dai Romani, per esempio, riuscivano a raggiungere circa 20 Km/h grazie ai 20 kW di potenza generata da un equipaggio di un centinaio di rematori. I remi hanno continuato a fornire un contributo importante anche durante l’epoca delle grandi esplorazioni e oltre, affiancando il lavoro svolto dalle vele, sempre più efficienti nel convertire l’energia cinetica del vento a servizio di navi sempre più grandi e pesanti (un’Armada spagnola arrivava a sopportare un carico anche superiore a 500 tonnellate). Nella lunga storia della navigazione non sono mancate, inoltre, imbarcazioni spinte dal movimento dei pedali. Ancora oggi, il vento e i muscoli vengono utilizzati in acqua come forze motrici, spesso in contesti sportivi, sia a livello amatoriale che agonistico – basti pensare al canottaggio, ma non solo.
Innovazione e tradizione: il segreto dei cyclor
Gli esperti e gli appassionati di regate, sanno bene che nelle più recenti gare dell’America’s Cup è stata testata con successo una versione originale di queste forme di navigazione, introducendo a bordo dei monoscafi la figura del cyclor, ovvero del “ciclista-marinaio” (dalla combinazione di cyclist e sailor), un nuovo membro a disposizione degli equipaggi di barche come Luna Rossa, a cui è affidato un compito cruciale per l’esito della competizione. I cyclor, infatti, vanno a sostituire il lavoro svolto tradizionalmente dai grinder (i “macinatori”), incaricati di azionare le dinamo che forniscono l’energia elettrica necessaria a manovrare e regolare le vele.
A differenza dei grinder, i cyclor non usano però le braccia per far girare le dinamo, bensì le gambe, pedalando per alimentare senza interruzioni i sistemi idraulici che garantiscono il governo dell’albero e delle vele.
Si tratta di un ruolo ideato e proposto dalla squadra neozelandese durante l’edizione 2017 della storica e prestigiosa competizione velistica, novità che è stata poi accettata anche dai puristi più intransigenti sulle regole tecniche della regata, considerando le notevoli prestazioni energetiche ottenute dai cyclor.
Dalla sua prima edizione – che si tenne nel 1851 nei mari attorno all’Isola di Wight, in occasione della prima Esposizione Universale di Londra – la Coppa America ha accompagnato e favorito l’eccezionale evoluzione degli yacht in gara, dalle primordiali golette in legno agli attuali, futuristici monoscafi “volanti” AC75 (America’sCup-75), che sfruttano la portanza, cioè la forza perpendicolare alla direzione del moto generata delle “ali” laterali, per ridurre l’attrito con l’acqua.
Questa e altre innovazioni tecnologiche introdotte nel corso del tempo, sono state sollecitate dalla natura stessa della gara: vince chi è più veloce.
Per comprendere gli sforzi necessari messi in gioco, basta dare uno sguardo alle caratteristiche fisiche degli scafi di ultima generazione: sono lunghi circa 23 metri, pesano 6,5 tonnellate e, nelle condizioni di vento più favorevoli, possono raggiungere una velocità di oltre 100 Km/h! Naturalmente, per spingersi a queste velocità straordinarie, garantendo il corretto funzionamento di tutte le componenti, durante poche decine di minuti di gara, servono considerevoli quantità di energia. Il contributo energetico maggiore (una parte minoritaria arriva dalle batterie elettriche montate a bordo) deriva inevitabilmente, oltre che dal vento, dalla forza muscolare dell’equipaggio. La scelta di affidare la produzione di energia ai cyclor è quindi ben ponderata, perché le gambe possono sviluppare una potenza nettamente superiore rispetto alle braccia: un singolo cyclor può generare una potenza media fino a 450 watt (con picchi rilevati fino a 700 watt) e il team di pedalatori al completo, pari alla metà dell’intero equipaggio, arriva quindi a produrre complessivamente ben 2000 watt, ovvero una potenza sufficiente ad illuminare un monolocale di circa 50 m2.
Una competizione tipica dell’America’s Cup dura appena 20 minuti, è il frutto di un lungo percorso di preparazione, ma è sufficiente per apprezzare la fisica che accompagna queste gare eccezionali!
Attività
1) Sono diversi gli sport che si praticano in acqua e che comportano l’uso di imbarcazioni. Fai una ricerca, raccogli informazioni in merito ai principali sport di questo tipo, prova a comparare le diverse performance raggiunte in acqua in termini di velocità, a fronte dell’energia consumata e del numero di atleti coinvolti. Infine, riporta in tabella e a visualizza in un grafico i dati raccolti.
2) In più di 170 anni di storia, l’America’s Cup ha offerto la possibilità di mettere a punto diverse innovazioni tecnologiche. Individua le principali tra queste nel corso del tempo, raggruppale per ordine cronologico, per tipologia, e per impatto sulle performance fisiche dei natanti. Prova a descriverle aiutandoti con delle immagini.