¿Por qué vuela un avión?
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Si eres nuevo en el mundo de la aviación quizás esta es una de las preguntas que más te has hecho: ¿Cómo vuela un avión? Si alguna vez te has preguntado, cómo es posible que un Airbus A380, con más de 300 pasajeros, pueda despegar del suelo y mantenerse por varias horas en el aire, en este post te enseñaremos acerca de las fuerzas que actuán sobre el avión y cómo se genera la sustentación.
Para entender un poco más la aerodinámica detrás del vuelo de los aviones, es necesario recordar algunos conceptos de la física clásica como las Leyes de Newton y el Principio de Bernoulli, a continuación te explicaremos de manera muy breve cuáles son las fuerzas que actuán sobre un avión y cómo se genera la sustentación necesaria para que éste vuele.
Cuatro fuerzas actuán sobre un avión en vuelo: Sustentación, Peso, Empuje y Resistencia
Las Fuerzas que actúan sobre un avión
Cuando un avión se encuentra en vuelo, actuán sobre el cuatro fuerzas: Sustentación, Peso, Empuje y Resistencia. Estas fuerzas permiten que un avión pueda volar de un continente a otro a más de 10.000 metros en el aire a velocidades superiores a 300 kilómetros por hora.
La sustentación y el peso son fuerzas contrarias que, cuando son iguales, se anulan entre ellas. Para entender un poco más este concepto, imaginemos un avión que vuela recto y nivelado a 41.000 pies de altura, en ese momento su fuerza de sustentación y su peso son iguales en magnitud y, como son fuerzas contrarias, el avión se mantendrá a la misma altitud.
Algo similar ocurre con las fuerza de empuje y resistencia. Cuando el avión vuela recto y nivelado, la fuerza de empuje y la resistencia se mantienen en equilibrio para que el avión mantenga una velocidad constante.
Empuje
El empuje es la fuerza que le permite al avión desplazarse a través del aire, son los motores los encargados de generar este empuje. No importa si es un motor recíproco como el de un Piper Archer o las enormes turbinas GE90 de un Boeing 777, los motores se encargan de generar la fuerza necesaria para vencer la resistencia al viento y de esta manera permitir que el aire pase por las alas para que genere el empuje necesario para despegar.
Los motores generan el empuje basandose en el mismo principio de la Tercera Ley de Newton, producen una fuerza en la misma dirección de la resistencia y ante esta fuerza ocurrirá una reacción de la misma magnitud pero en sentido contrario, ésto es el empuje.
Los motores del avión son los que generan el empuje necesario para vencer la resistencia al viento
Resistencia
Esta es una fuerza que impide que el avión pueda desplazarse, se produce al entrar en contacto con el aire. Cuanto menor sea la resistencia menor será el empuje requerido para que el avión pueda desplazarse.
La resistencia del avión depende de su forma, es por ello que los Ingenieros trabajan todo el tiempo en hacer que los aviones sean más aerodinámicos requiriendo una menor potencia en los motores para despegar. Los diseños más aerodinámicos permitirán que el aire pase con mayor facilidad.
¿Cuál de estas figuras permite un mejor paso del aire y ofrece menor resistencia?
Peso
Esta es una de las fuerzas más conocidas, el peso es la reacción de la masa del avión ante la gravedad que existe en la Tierra. Esta fuerza corresponde al peso de la aeronave, el combustible, los pasajeros, el equipaje, la tripulación y todo lo demás que esté unido al avión.
El peso de un A380 puede llegar a ser de 500 toneladas al despegar. Para lograr que 500 toneladas despeguen del suelo será necesaria una fuerza contraria de mayor magnitud para que el avión ascienda o, de igual magnitud para que se mantenga en un nivel de vuelo fijo, la fuerza que levanta todo este peso se conoce como sustentación
Un A380 puede pesar alrededor de 500 Toneladas antes del despegue
Sustentación
Es la fuerza que se opone al peso, es decir, es la fuerza encargada de poner el avión en el aire. La dirección de la sustentación siempre es perpendicular (forma un ángulo de 90º) con la dirección del viento que se mueve sobre las alas (viento relativo).
La sustentación se genera en las alas del avión gracias a una diferencia de presiones entre la parte superior e inferior del ala. Para entender un poco más cómo se genera la sustentación es importante entender el Principio de Bernoulli.
Fuerza de Sustentación en el ala
Principio de Bernoulli
Daniel Bernoulli publicó, en 1738 su libro Hydrodynamica, una ecuación que describe el comportamiento de un fluido -como el aire- que se mueve a lo largo de una corriente horizontal.
Este modelo del comportamiento del aire nos ayudará a entender cómo se genera la sustentación en las alas de un avión.
En un flujo de aire horizontal, las zonas de menor presión tienen una mayor velocidad y las de mayor presión una velocidad menor
Podemos usar el Principio de Bernoulli para entender el comportamiento del aire a través del ala del avión. Las alas de los aviones están diseñadas para que, el aire que pasa por encima de ella se acelere. De esta manera, el aire tendrá una presión menor por encima del ala.
En el lado inferior del ala, la velocidad es mucho menor por lo que la presión será mayor. Siendo mayor la fuerza debajo del ala, ésta se elevará en el aire generando la sustentación necesaria para llevar a un avión a más de 10 kilómetros en el aire.
