Il coefficiente di resistenza aerodinamica (anche noto con i simboli CD o Cx o Cw) è un coefficiente adimensionale usato per misurare la resistenza aerodinamica di un corpo in moto in un fluido. Comprende, per un corpo generico, i contributi di due tipi di resistenza fluidodinamica, la resistenza di attrito e la resistenza di forma.
Per un profilo aerodinamico, il coefficiente di resistenza include anche gli effetti di resistenza indotta e (in campo transonico e supersonico) di onda.
Il coefficiente di resistenza aerodinamica è definito come:
in cui:
È molto usato in tutti i problemi di fluidodinamica o aerodinamica di flussi esterni e trova applicazione sia in ambito aeronautico (in cui viene indicato con il simbolo CD, dall'inglese drag, resistenza) che in ambito automobilistico, (generalmente indicato in questo caso con il simbolo Cx, in cui la x indica l'asse coordinato lungo la direzione del flusso indisturbato).
In ambito automobilistico viene a volte indicato anche come coefficiente di penetrazione aerodinamica, viene riferito alla sezione frontale del veicolo e rappresenta ovviamente solo uno dei termini di resistenza all'avanzamento. Nel caso delle competizioni, come la Formula 1 il Cx è molto elevato (tra 0,7 e 1,1) a causa dei elementi alari che devono generare un'elevata deportanza, la quale è richiesta per ottenere la maggiore prestazione possibile.
In ambito aeronautico il coefficiente viene utilizzato in particolare per definire la resistenza generata dal moto di un velivolo adimensionalizzata rispetto alla superficie alare o di un profilo alare usando, in tal caso, la corda del profilo come dimensione di riferimento.
Poiché tale coefficiente rappresenta l'entità dello scambio di forze dovute alla viscosità di un fluido, esso può essere utilizzato per calcolare la velocità limite di un corpo che si muove nel fluido stesso quando spinto da una forza.
Nel caso specifico di un corpo in caduta libera verso il centro di gravità, è quindi possibile derivare la sua velocità terminale di caduta applicando l'equivalenza:
in cui:
La resistenza aerodinamica riduce la velocità del corpo in moto e impone una dissipazione energetica. Consideriamo tre oggetti che precipitano con la stessa spinta gravitazionale e che abbiano tre diverse geometrie: cubo =1, cubo inclinato =0,8 e sfera =0,4. La velocità limite risulterà maggiore per la sfera, che è l'oggetto con il valore più basso del coefficiente .
Applicando la formula per il calcolo della potenza, possiamo ricavare la potenza dissipata P per effetto della forza esercitata dalla resistenza aerodinamica D durante la caduta di oggetti con diversa geometria:
Se l'oggetto ha un'area della sezione S=0,01 m2 e si muove nell'aria (densità 1,225 kg/m3) con una velocità costante V= 80 km/h, la potenza dissipata è tabulata per le diverse geometrie nel sistema mks:
Cubo | 1,05 | 70,5 |
---|---|---|
Cubo inclinato | 0,8 | 53,7 |
Sfera | 0,47 | 31,6 |
Semisfera | 0,42 | 28,2 |
Cono | 0,5 | 33,6 |
Cilindro lungo | 0,82 | 55,1 |
Cilindro corto | 1,15 | 77,2 |
Corpo affusolato | 0,04 | 2,7 |