Por qué vuelan los aviones

Aunque estamos en el año 2022 aún existen muchas personas que no entienden por qué vuelan los aviones. El ser humano ha deseado poder surcar los cielos y viajar con mayor velocidad para poder explorar todos los rincones de nuestro planeta. Gracias a la ciencia y los estudios en física se ha podido llevar a cabo y hoy día los aviones son realmente importantes en nuestras vidas.

En este artículo vamos explicarte por qué vuelan los aviones y cómo se llegó a esa conclusión.

Por qué vuelan los aviones

La respuesta más simple es decir que los aviones pueden volar porque están diseñados para volar. Así como un transatlántico de más de 100.000 toneladas tiene una forma y un diseño interior que le permite mantenerse a flote, un avión tiene una forma que le permite mantenerse en el aire. No es nada mágico. Lo extraño y asombroso es que los aviones no pueden volar en la forma que tienen. La clave de su forma son las alas y su diseño.

Una respuesta un poco más complicada es decir que el avión debe su vuelo al flujo de aire a través de las alas. Entonces ya podemos deducir que para que un avión vuele se requiere flujo de aire, o lo mismo, velocidad relativa al aire.

Los aviones vuelan bajo una serie de fuerzas en los planos horizontal y vertical. Para que un avión se eleve, la fuerza generada por el eje vertical (ascensor en lenguaje aeronáutico) debe exceder el peso del avión. Por otro lado, en el eje horizontal, debido a los gases de escape del motor, ocurre el principio de acción-reacción, generando una fuerza de avance que vence la resistencia del aire. Cuando un avión sube a una velocidad constante y alcanza su altitud de crucero, esto se debe a que se logra un equilibrio de fuerzas tanto en el eje vertical (la sustentación es igual al peso) como en el eje horizontal, donde la sustentación es igual al peso. El empuje del motor es igual al arrastre proporcionado por el aire.

Por qué vuelan los aviones: principios básicos

La magia ocurre cuando ganas sustentación. Allí, tenemos que explicar su conjunto de principios. Básicamente, la sustentación se logra a través de las alas del avión. Si los cortamos, obtendremos lo que se llama un perfil de ala, la parte que tiene el ala por dentro.

Desde un punto de vista aerodinámico, la sección tiene una forma muy eficiente. El borde por donde entra el aire cuando vuela el avión es redondeado, la parte trasera del perfil es afilada, y también está curvado en la parte superior (en lenguaje aeronáutico, esta parte superior se llama arco exterior y la parte inferior se llama arco interior). Esta curvatura del perfil del ala significa que cuando el flujo de aire lo encuentra, se divide en dos caminos, una parte sobre el ala y la otra hacia abajo. Debido a la curvatura del ala, el camino que debe recorrer el agua es más largo que el de abajo.

Hay un teorema, el teorema de Bernoulli, que básicamente es la conservación de la energía, y dice que para que esto suceda, el flujo de aire de arriba tiene que ir más rápido. Esto significa menos presión que la parte inferior, viaja a menor velocidad y aplica más presión. La diferencia de presión entre los flujos de aire superior e inferior crea sustentación. Aunque esta sustentación por el principio de Bernoulli no explica todo lo que necesita el avión para ascender. Para explicar la altitud es necesario recurrir a otra serie de principios físicos.

Uno de ellos es la tercera ley de Newton. Debido a la forma curva del perfil, el aire de arriba, en lugar de seguir un camino recto, se dirige hacia abajo. Esta desviación provocada por el perfil del ala en el flujo de aire significa que, debido a la tercera ley de Newton (principio de acción-reacción), la fuerza de reacción se crea en la dirección opuesta, por encima del ala, lo que genera más sustentación. Además, esta sustentación se ve incrementada por un efecto conocido como efecto Coanda que se aplica a todos los fluidos viscosos.

El efecto Coanda hace que los fluidos encuentren superficies en su camino y tiendan a adherirse a ellas. Se forma una capa límite entre el perfil del ala y el flujo de aire a modo de capa laminar, la primera se pega al ala y arrastra al resto de capas por encima de ella. El efecto de la tercera ley de Newton se mejora aún más cuando el flujo de aire se adhiere al perfil, el aire fluirá hacia abajo a medida que se adhiere al perfil.

Explicación detallada

Todo esto aumenta con la velocidad del aire. Al comienzo de la carrera de despegue, la aeronave acelera gradualmente, por lo que la sustentación aumenta con la velocidad. Puedes entenderlo mejor con un ejemplo. Si sacamos las manos por la ventanilla de un coche, a medida que aumenta la velocidad, notamos que la fuerza del aire tiende a levantar las manos.

Pero lo que definitivamente hace que el avión suba es levantar la nariz, lo que se llama aumentar el ángulo de ataque. El ángulo de ataque es el ángulo formado por la corriente que incide sobre el perfil del ala en relación con ese perfil. Una vez que la sustentación aumenta con la curvatura del perfil del ala (extendiendo las superficies que posee: slats delanteros y flaps traseros), se mueven los elevadores del estabilizador de cola. Esta acción hace que el morro de la aeronave se eleve. Con el morro levantado, aumentamos el ángulo de ataque. Esto tiene el mismo efecto que cuando sacamos la mano por la ventanilla del coche, si levantamos la mano en el sentido de la marcha, la mano sube. Todos estos trabajan juntos para levantar el avión.

Como pueden ver, gracias a numerosos experimentos y teorías se han podido conseguir que los aviones vuelen y formen parte de nuestro día a día. Espero que con esta información puedan conocer más sobre el por qué vuelan los aviones.