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La pinna

Continuiamo ad approfondire i vari componenti della nostra attrezzatura e questa volta ci concentriamo sulla pinna.

Le pinne sono state spesso sottovalutate, ma hanno ricoperto un ruolo fondamentale nello sviluppo evolutivo delle tavole. Molto spesso la scelta di una particolare forma può aiutare o meno alcuni tipi di manovre. Prima di addentrarci nell'universo commerciale, diamo un'occhiata ai principi pratici di funzionamento del profilo di una pinna. Come visto negli articoli precedenti, essa ha il compito di contrapporsi allo scarroccio provocato dalla forza del vento sulla vela, ma vediamo come questo avviene.

Il  profilo delle pinne, cioè le sue sezioni nel senso longitudinale, risponde ai criteri aeronautici,  ne più ne meno di quello di un'ala di aeroplano, anche se nel nostro caso il profilo è simmetrico per permetterci di navigare su entrambe le mura.

Come abbiamo visto per la vela, anche per la pinna è fondamentale che il moto del fluido che le scorre attorno (acqua in questo caso) rimanga laminare, cioè privo di turbolenze.

Questo stato è condizionato da numerosi fattori quali lo spessore del profilo, la presenza di uno spigolo iniziale ed altri aspetti costruttivi, oltre naturalmente al moto nell'acqua. Il profilo è costituito, in linea di principio, da una figura geometrica affusolata, formata da archi di parabole raccordati nel punto di massimo spessore.

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La corda del profilo è il diametro della minima circonferenza circoscritta al profilo, che interseca il profilo stesso in due punti, detti punti (o bordo) di entrata (o attacco) e di uscita. La linea media invece è equidistante dai punti del ventre e del dorso, che sono le due facce della pinna nel nostro caso. Consideriamo dorso la parte rivolta sottovento e ventre quella rivolta sopravento. 

Il profilo di una pinna varia naturalmente dalla base fino al tip, sia in spessore e forma  che in lunghezza. Questo è dovuto alla forma che ha esteriormente la nostra pinna e che quindi risulta molto diverso da caso a caso.

Le forze che agiscono sulla pinna sono due:

  • portanza: si oppone allo scarrocciamento dovuto alla pressione del vento sulla vela

  • resistenza: forza che ci trattiene dovuta essenzialmente a due contributi, uno derivato dalle azioni tangenziali (attrito) ed uno dalle azioni di pressione (forma).

A questo punto appare evidente che lo spessore del profilo e la sua conformazione debbano influire necessariamente sull'andamento della pinna in acqua: infatti, dando per scontata la sua forma costantemente simmetrica, il suo spessore minore o maggiore incide sullo spessore di quello che viene chiamato Strato Limite ed in particolare sulla sua separazione che (senza addentrarci nei particolari) porta la formazione di turbolenze nella scia della pinna stessa.

Ma vediamo nel dettaglio; quando si naviga dritto su una tavola da windsurf, si può notare che la tavola non sta perfettamente dritta nell'acqua, ma avanza leggermente inclinata. Il flusso dell'acqua che scorre sulla pinna arriva perciò leggermente di lato, secondo un angolo, chiamato angolo d'incidenza (a). La portanza della pinna (il cosiddetto lift) è determinata dalla superficie della pinna secondo la formula:

 

 L =1/2 (rv2 S CL (a));

 

Dove:

  • L è la portanza della pinna,

  • r rappresenta la densità dell'acqua,

  • v la velocità della tavola,

  • S l'area della superficie della pinna;

  • CL è il coefficiente della portanza che dipende dall'angolo d'incidenza a.

 

All'aumentare dell'angolo d'incidenza "a", aumenta il coefficiente CL e con lui le aspirazioni sul dorso ed il picco di aspirazione massimo si sposta sempre più vicino al bordo d'attacco anteriore del profilo; conseguentemente si viene a creare un gradiente di pressione fortemente avversa che ad un certo punto provoca il distacco dello strato limite ed il moto passa da laminare a turbolento. In questo istante abbiamo superato il valore massimo di CL, ed abbiamo innescato quel fenomeno che chiamiamo spin-out.

 

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Dalla formula notiamo anche che la portanza è proporzionale alla velocità: più andiamo veloci e più questa aumenta, permettendoci di chiudere maggiormente l'angolo di bolina senza andare in spin-out.

Quando si percorre una traiettoria rettilinea, le forze che agiscono sul windsurf devono bilanciarsi, e quindi anche le portanze della vela e della pinna ed i relativi attriti si equivalgono.

 

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Il rapporto fra la superficie della vela e quella della pinna è proporzionale alla densità dei fluidi che li lambisce ed essendo l'acqua molto più densa dell'aria, abbiamo la spiegazione del perché la pinna ha un'aria minore della vela. È per mantenere questo equilibrio che quando si utilizzano vele piccole si abbinano pinne altrettanto piccole e viceversa..

 

Addentrandoci negli aspetti caratterizzati dalla forma, possiamo dire che un profilo sottile è più favorevole alle alte velocità ma sfavorevole alle basse. Lo spessore del profilo determina poi, il tipo di distacco dello strato limite e quindi la rapidità con cui perde portanza e va in "stallo". Misurando lo spessore a circa 1/4 della lunghezza della corda, rispetto al  bordo d'attacco anteriore, questo sarà considerato sottile se misura meno del 6 per cento della corda e medio tra il 6 ed il 12 per cento. Considerando che le pinne vanno dal 5 all'8 come spessore percentuale, ci troviamo nel range in cui la velocità di stallo è massima e, quindi, l'entrata in spin-out è brusca.

In manovra è molto importante anche la giusta flessibilità della pinna, ma questo effetto è difficilmente schematizzabile in una trattazione matematica. Senza andare troppo nelle formule fisiche, vediamo quindi, come e quali caratteristiche della nostra pinna influenzano la nostra andatura.

 

1.        È il profilo della pinna che determina la velocità locale dell'acqua che scorre su di essa. È importante che il flusso dell'acqua che scorre sulla superficie della pinna sia più laminare possibile lungo il suo profilo. Per esempio, una pinna con il bordo anteriore tagliente può risultare molto più lento d'una pinna con il bordo più tondo, perché il calo di pressione che normalmente avviene lungo il profilo, viene localizzato troppo vicino al bordo, favorendo così delle turbolenze. Invece su una pinna con un bordo più dolce il calo di pressione avviene in modo più regolare, favorendo così un flusso laminare più esteso sul suo profilo.

2.        Per creare meno attrito, la superficie della pinna deve ovviamente essere liscia. Questo evita sia attriti che l'innesco di moti turbolenti.

3.        L'attrito di una pinna dipende anche dal rapporto fra la sua  lunghezza e la sua larghezza media (il cosiddetto aspect ratio).  Più alto è questo rapporto, meno attrito fa la pinna. Ma attenzione: una pinna troppo lunga può rendere la tavola ingovernabile. Esiste una vecchia regola indicativa, che fissava la lunghezza della pinna alla larghezza della tavola misurata a circa 30,5 cm dalla poppa (one foot off).

4.        Una pinna con un profilo dritto è più veloce di una pinna curvata molto all'indietro (oltre 10 gradi) perché crea meno attrito, ed anche la sua capacità di bolina è migliore. Una pinna curva può, invece, facilitare il controllo della tavola in alta velocità e migliorare la sua manovrabilità.

 

Dopo queste considerazioni generali, possiamo passare ad analizzare le varie tipologie di pinne in commercio:

 

1.        Freeride: questa pinna viene utilizzata su tavole di grosso volume con vele grandi, per cui deve avere una superficie elevata; poiché in questa disciplina si predilige la velocità e la capacità di bolinare, la pinna si presenta con una corda molto corta, diritta e decisamente lunga.

 

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2.        Wave: lo scopo di una pinna per questa disciplina è quello di conferire alla tavola estrema agilità e per questo risulta molto piegata all'indietro. Nel waveriding non si utilizzano vele grosse (solitamente meno di 6 metri) per cui la sua lunghezza è limitata (da 16 a 22 cm); la sua forma va a scapito di capacita di bolina e velocità.

   

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  3.        Freestyle-wave: questo tipo di pinna deve essere il giusto compromesso fra tutte le tipologie di pinna, dovendo essere una pinna polivalente. Si presenta , quindi,  con una forma intermedia fra quella da freeride e quella wave, avendo una certa inclinazione per conferire agilità, ma prolungandosi verso il basso per garantire capacità di risalire il vento e permettere di raggiungere una certa velocità. Le lunghezze variano a seconda della vela da 24 a 34 cm.

 

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  4.        Freestyle: discorso a parte merita questo tipo di pinna in quanto è specifica alla realizzazione delle manovre di questa disciplina che cambiano e si evolvono di anno in anno, e di conseguenza anche la sua forma varia continuamente. In generale viene trascurata la capacità di bolina, favorendo unicamente la semplicità di esecuzione delle manovre. Si presentano, quindi, corte, larghe e abbastanza diritte. La lunghezza è ridotta (dai 15 ai 24 cm) per facilitare l'uscita della pinna dall'acqua permettendo di girare in aria la tavola senza dover saltare molto in alto e di "slashare" senza che la tavola si impunti nell'acqua. Alcuni modelli sono piegati all'indietro per permettere rotazioni veloci della tavola necessari ad alcuni tricks, altri privilegiano le capacità plananti e sono quindi più diritti. Fra i professionisti e non che frequentano le acque del Garda, si è diffusa la tendenza a "customizzare" la pinna, riducendo drasticamente la lunghezza. L'opinione di Valerio Pedrani, papà di Mattia e realizzatore delle modifiche alle sue pinne, sostiene che accorciando la pinna secondo un disegno che ha ottimizzato con molte prove, la tavola guadagna in velocità e soprattutto in manovrabilità permettendo di compensare in andatura anche la perdita delle capacità orziere. Incuriosito dalle sue convinzioni e da quelle di molti altri, ho provato anch'io a tagliare la mia pinna con un profilo simile a quello di Mattia e sono rimasto sorpreso dai risultati: la pinna corta ha reso la mia tavola molto più scorrevole in fase di avvio di planata permettendomi di planare con molta più semplicità; in planata, poi, non ho notato sensibili perdite della capacità di bolina ed in manovra la tavola è più agile. Per quel che riguarda la facilità nell'eseguire manovre freestyle, non posso aggiungere nulla a quanto dicono i pro, poiché io non ne eseguo nessuna (e la colpa non è della pinna!). Lo studio fisico di queste sensazioni trascende però i concetti scientifici spostandosi nell'ambito di ricerche empiriche difficilmente inquadrabili in semplici schemi matematici.

 

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Un discorso a parte meritano i materiali: per le pinne di serie si sono sempre utilizzati materiali quale il polistirene ed il G100, che presentano scarse caratteristiche meccaniche: con la diffusione dei compositi pre-preg (tessuti in fibra di carbonio o Kevlar già impregnati di resina epossidica) anche l'evoluzione delle pinne sta trovando una nuova gioventù. Con questa tecnologia è, infatti, possibile realizzare pinne con la medesima forma ma con flessibilità diverse, a seconda dei materiali utilizzati e dell'orientamento delle loro fibre. Il vantaggio di tutto questo è quello di poter svincolare gli aspetti legati alla forma da quelli legati alla sua flessibilità, riuscendo a ottimizzare entrambi senza dover accettare compromessi. Aspettiamo speranzosi i nuovi sviluppi ed i nuovi prodotti!

 

 


 

 

Riferimenti bibliografici:

Articolo redatto da Claus Falconi, Laboratorio di Biologia Marina, Trieste

Articolo tratto da www.SingleFin.it