¿Cómo vuelan los aviones?
No es sólo magia. Los aviones pueden levantar el vuelo y recorrer hasta 13.000 kilómetros sin repostar porque hay una serie de principios aerodinámicos y de ingenios mecánicos que lo permiten. Hay cuatro fuerzas que actúan sobre el avión durante el vuelo: resistencia, empuje, sustentación y peso. Actúan en pares: la resistencia es opuesta al empuje y la sustentación es opuesta al peso. Cuando el avión se mantiene a flote, empuje=resistencia y sustentación=peso, así que la fuerza neta equivale a cero.
La resistencia es la fuerza que actúa en dirección contraria al movimiento de un objeto en el fluido que lo rodea, en este caso el aire. La energía que usamos para impulsar el avión a través del aire genera una resistencia que disminuye su velocidad (es fácil notar esta fuerza si sacas la mano por la ventanilla de un coche en marcha). Los aviones pliegan el tren de aterrizaje después del despegue para reducir su resistencia al aire.
El empuje o tracción es la fuerza que hace que el avión avance y contrarreste la resistencia al aire. Los aviones comerciales usan motores a reacción, pero también hay aviones de hélices y otros que usan cohetes como propulsión. Un motor a reacción o motor jet descarga un chorro de gas para generar el empuje con ayuda de la tercera ley de Newton: el gas, que se expulsa hacia atrás a gran velocidad, empuja el motor hacia adelante, lo que hace que el avión avance.
La parte principal de un avión son sus alas, porque producen la fuerza de sustentación que le permite volar. Para ello se diseñan con un perfil aerodinámico especial llamado airfoil. Al desplazarse a través del aire, las alas desvían el aire a su parte inferior. Con una presión del aire mucho mayor abajo que arriba, las alas generan la fuerza de sustentación que eleva el avión durante el despegue y lo mantiene a flote durante el vuelo. En el aire, la fuerza neta es cero porque la sustentación es igual al peso del avión, que incluye a la gravedad.
El flujo de aire se divide tomando dos caminos, uno que pasa por encima del perfil alar y otro por debajo. La forma y la inclinación del perfil alar respecto a la corriente de aire (ángulo de ataque) consiguen que los dos caminos no sean simétricos, que las partículas de aire tomen trayectorias curvas, que varíen su velocidad y que aparezca una distribución de presiones peculiar. En concreto, debajo del perfil alar la presión aumenta y las partículas de aire se ven frenadas, y por encima del perfil la presión disminuye y las partículas aceleran. Esta diferencia de presiones entre los dos lados, más presión abajo y menor presión arriba, crea un desequilibrio que da lugar a una fuerza hacia arriba que llamamos sustentación.
