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Leonardo e il volo  

Natura e artificio
A partire dal celebre mito di Dedalo e Icaro, i racconti e le cronache registrano diversi tentativi - di solito falliti - compiuti da temerari sperimentatori: alcuni episodi sono senz'altro leggendari, ma altri hanno verosimilmente una base storica, come quello di Giovanni Battista Danti che alla fine del '400 cerca di sorvolare la Piazza Grande di Perugia e finisce sul tetto di una chiesa vicina, riuscendo tuttavia a cavarsela.

Tutti questi proto-aviatori hanno in comune la scelta di utilizzare una coppia di ali, attaccate direttamente alle spalle o alle braccia o, come sogna il monaco inglese Ruggero Bacone, applicate ad una vera e propria macchina volante, "come se si trattasse di un uccello che vola".

Fin dall'inizio quindi il volo è concepito come una imitazione di quello naturale degli uccelli, che costituisce del resto l'unico possibile parametro di riferimento.

Anche Leonardo segue la medesima linea di ricerca, ma in lui l'osservazione degli uccelli, inizialmente generica ed occasionale, assume col tempo importanza determinante, divenendo la base per lo sviluppo di una teoria del volo e condizionando la progettazione delle sue stesse macchine. Tale progettazione non esaurisce quindi la ricerca vinciana, che si estende anche all'indagine fisica del mezzo che rende il volo possibile, quindi all'aria, ai venti e al loro comportamento. Ed è proprio questo che differenzia Leonardo da contemporanei e predecessori: l'aver affrontato il problema del volo in un'ottica globale, cercando di cogliere le diverse componenti in gioco e fondendo assieme studio teorico e pratica sperimentale.

 

Gli studi sulla resistenza dell'aria
L'interesse per il volo si manifesta in Leonardo fin dagli anni giovanili trascorsi a Firenze, ma è dopo il suo trasferimento a Milano, intorno al 1482, che il problema comincia ad assumere in lui un rilievo particolare.

L'osservazione, sia pure generica, degli uccelli lo convince che il volo non ha in sé nulla di misterioso - a differenza di quanto pensano gli scienziati dell'epoca - ma è un fenomeno puramente meccanico, dovuto al colpo d'ala nell'aria.

Il fatto che l'aria sia comprimibile, ed eserciti quindi una resistenza in grado di sostenere un corpo, costituisce una delle intuizioni fondamentali di Leonardo, portandolo a concludere la possibilità  anche per l'uomo di volare: "...che per queste... ragioni potrai conoscere l'uomo colle sua congegnate e grandi ale, facendo forza contro alla resistente aria e vincendo, poterla soggiogare e levarsi sopra di lei".

Una delle prime applicazioni di questa intuizione è il famoso progetto di paracadute risalente al 1485 circa, costituito da una struttura rigida di forma piramidale, rivestita di tela di lino inamidata, per renderla compatta e impermeabile all'aria. Le dimensioni sono notevoli: 7,20 m di base per 7,20 m di altezza.

All'incirca contemporanea è un'altra applicazione del principio della resistenza dell'aria, la cosiddetta vite aerea, in cui si è voluto riconoscere un prototipo dell'elicottero. Alla base della macchina vinciana sta infatti l'intuizione che l'aria, in determinate condizioni, può comportarsi come un corpo solido: un oggetto che si avviti al suo interno deve quindi sollevarsi verso l'alto, esattamente come una vite, girando, penetra nel legno. L'apparecchio si compone di una vite senza fine, di circa 10m di diametro, realizzata con una struttura in canne rivestita di tela di lino inamidata e rinforzata mediante una bordura metallica. La vite è imperniata su un asse di rotazione, messo in movimento grazie alla spinta di alcuni uomini che camminano intorno ad esso o tramite il veloce svolgimento di una fune avvolta attorno alla sua base.

 

Struttura della macchina volante: le ali
Paracadute e vite aerea costituiscono un caso isolato nello sviluppo degli studi vinciani sul volo. 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 - egli riserva una ricerca ampia e particolareggiata, che evolve nel corso degli anni benché in modo non sempre facile da seguire.


Dopo varie ricerche, egli sembra orientarsi verso un tipo di ala "a sportelli", di forma simile a quella del pipistrello, che suddivide in tre zone per le quali prevede l'impiego di materiali diversi - legno di abete, fustagno ricoperto di piume e taffetà inamidato teso sopra una rete a maglie larghe - seguendo un criterio di progressivo alleggerimento strutturale. La combinazione rete-taffetà, separandosi durante l'alzata e ritornando ad aderire durante l'abbassata, dovrebbe agevolare il movimento dell'ala, riducendo lo sforzo nella prima fase e meglio sfruttando la resistenza dell'aria nella seconda.

Questa soluzione "a sportelli" tuttavia non soddisfa Leonardo che finisce per abbandonarla, preferendo alla fine un rivestimento continuo, ritenuto evidentemente più funzionale.

L'ala tipo pipistrello - a sportelli o a rivestimento continuo - non è comunque una scelta definitiva né vincolante. Una delle ultime macchine progettate dall'artista, infatti, adotta un tipo di ala completamente diverso, con un'ossatura vagamente simile a quella di una mano e una copertura.

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 sua capacità  di sostenere in volo la macchina e il suo pilota. A questo scopo l'artista escogita diverse esperienze, fra le quali la più nota è quella cosiddetta dell'attrezzo per la prova di ali battenti. Si tratta di un'ampia ala palmare di 12 m x 12 m, fissata ad un pancone del peso di circa 68 kg e azionata da una doppia leva. Agendo rapidamente sulla leva, se il pancone si alza da terra prima che l'ala si abbassi, la portanza di quest'ultima è da ritenere soddisfacente.

Struttura della macchina volante: il motore
Gli studi sull'ala non si limitano ad esaminarne forma e struttura, ma si estendono anche ai suoi movimenti e soprattutto al motore che ha il compito di produrli.

Tale motore è generalmente l'uomo, con l'unica eccezione di una macchina ideata intorno al 1495, in cui l'energia propulsiva è fornita da una molla a ricarica periodica.

Di norma invece è il pilota che provvede personalmente all'azionamento delle ali, tramite diversi tipi di complicati dispositivi fra i quali Leonardo finisce per preferire un sistema basato sullo scorrimento verticale di una o piĆ¹ funi avvolte su una coppia di cilindri o carrucole sovrapposte. Il movimento alternato delle funi - quando una sale, l'altra scende - provoca la battuta delle ali.

Data la complessità  del meccanismo motore, cui si aggiunge il notevole peso della macchina, diventa determinante l'energia che l'uomo è in grado di produrre. Per moltiplicarla quanto più possibile, Leonardo studia il modo di combinare il peso del pilota con l'azione di diversi suoi muscoli - quelli di gambe, braccia, dorso e perfino della testa -. Parallelamente si concentra sulla posizione più funzionale da far assumere al volatore, ponendolo sia disteso che in piedi e optando infine per questa seconda soluzione che, oltre ad essere più comoda, garantirebbe a suo avviso una migliore stabilità  di volo.

Espressione di questo complesso di studi è una macchina ad ala battente con struttura d'appoggio verticale, che risale al periodo intorno al 1495, in cui il pilota, collocato in posizione eretta entro un apposito alloggiamento, aziona con i piedi un meccanismo a funi e carrucole, tramite il quale viene messa in movimento una coppia di ali.


Il ritorno all'osservazione degli uccelli
Gli studi vinciani sulle macchine volanti si concentrano negli anni fra 1482 e 1499, ossia durante il periodo del primo soggiorno a Milano.

Come si è visto si tratta principalmente di dispositivi ad ala battente, con cui Leonardo tenta di riprodurre artificialmente la struttura e i movimenti dei volatili, facendo così della sua macchina una sorta di uccello meccanico.

Premessa indispensabile, però, è che il pilota riesca a sviluppare l'energia sufficiente per muovere le ali con la necessaria rapidità , ma Leonardo ben presto si rende conto che questo non è possibile.

A partire dal 1503, pertanto, ritorna ad osservare il volo degli uccelli, questa volta in modo accurato e sistematico, allo scopo di comprenderne esattamente la dinamica.

Si rende così conto che, se gli uccelli di piccola taglia utilizzano la battuta d'ala per volare, quelli medio-grandi, in particolare i rapaci, si librano nell'aria affidandosi alle correnti e fanno ricorso alla battuta solo per correggere o stabilizzare la traiettoria. Il loro è quindi un volo veleggiato che non richiede l'impiego di una grande energia, bensì abilità  e istinto per dirigerlo nel modo migliore.


Dall'ala battente al volo librato

Da queste osservazioni Leonardo trae la convinzione che, sfruttando il sostegno e la spinta dell'aria e delle correnti - come fanno gli uccelli più grandi - anche l'uomo può essere in grado di volare.

Ne consegue un radicale mutamento di prospettiva: l'artista ora non cerca più di riprodurre meccanicamente l'animale, ma di servirsi degli stessi principi fisici che esso utilizza e quindi la macchina volante, abbandonata l'impraticabile soluzione dell'ala battente, si orienta verso un'ala fissa sul tipo dell'aliante.

Anticipazioni di questa linea di ricerca si riscontrano già   in disegni del periodo milanese.

Un esempio è l'aliante con estremità   manovrabili, in cui le ali sono divenute rigide, quindi funzionali ad un volo librato, benché presentino ancora estremità  articolate e movibili mediante tiranti, così da consentire piccoli aggiustamenti direzionali. Il pilota è collocato in posizione eretta al centro della macchina, che regge direttamente sulle spalle con l'aiuto di una particolare imbracatura.

Ancor più avanzato è un altro progetto, che ricorda da vicino il moderno deltaplano. Qui l'ala è unica e il volatore, che vi è sospeso al di sotto, controlla la planata orientando mediante funi le estremità  della superficie alare.

Questi studi, che anticipano la svolta del pensiero aeronautico vinciano, procedono quindi verso una progressiva semplificazione e trovano la loro logica conclusione nei disegni dell'ultimo periodo (1510-1515), in cui l'ala è ridotta ad una semplice tavola che l'uomo, appeso, conduce a terra con oscillazioni a zig-zag, simili a quelle di un foglio di carta lasciato cadere.

Il percorso di ricerca compiuto da Leonardo approda dunque ad una soluzione assai avanzata, non soltanto dal punto di vista tecnico ma anche concettuale. L'imitazione della natura si traduce così nella creazione di qualcosa di totalmente nuovo che, pur sfruttandone le leggi, in essa non trova riscontro.

La strumentazione
La progettazione di macchine non esaurisce l'interesse di Leonardo per il volo, che si estende anche a problemi collaterali come quello della strumentazione di supporto.
Essa comprende strumenti specifici per la navigazione aerea - come un inclinometro, destinato a verificare l'assetto della macchina volante - e soprattutto una serie di strumenti meteorologici - igroscopi, anemoscopi, anemometri - che testimoniamo come all'artista non sfugga l'importanza delle condizioni atmosferiche per la buona riuscita del volo.

Fondamentale, ad esempio, è la determinazione della provenienza e dell'intensità  del vento. Per individuare la prima Leonardo disegna un anemoscopio a banderuola, che ruota su se stesso disponendosi nella stessa direzione della corrente d'aria, mentre per calcolare la seconda progetta un anemometro a lamina metallica verticale incernierata su un'asta di supporto. La lamina è libera di oscillare sotto la pressione del vento ed il suospostamento lungo una scala graduata semicircolare ne indica l'intensità.

I
due studi, che Leonardo tiene separati, sono stati unificati nel modello esposto per la loro complementarità.


in collaborazione con
Apogeo Editore
www.apogeonline.com

 

 

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