¿Por qué vuelan los aviones?

Una de las cosas más complicadas a la hora de explicar algo es saber de dónde partir, dónde dar por supuesto algo, y dónde decirle al que tienes delante: “Esto te lo tienes que creer”.

Pues bien, creo que la mejor manera de explicar por qué los aviones vuelan es partir de que la velocidad del aire produce fuerzas derivadas de las diferentes presiones que hay por encima y por debajo del avión. -¿Y ya?- Obviamente no, pero para los que quieran indagar más, les recomiendo que echen un vistazo a la Ecuación de Bernoulli.

-A ver, que eso de las presiones yo no lo entiendo muy bien…- Bueno, vamos a hacer un ejercicio práctico. Cuando vamos en un coche y sacamos la mano por la ventanilla, el aire nos la empuja hacia atrás (sobre todo si la sacamos con la palma abierta). Eso es debido a la fuerza que el aire hace sobre nuestra mano. Es algo muy intuitivo, porque nos sucede a diario en nuestra vida. Cuando hace viento nos cuesta más caminar o ir en bicicleta. Son sensaciones que hemos tenido desde siempre, por lo que es probable que no nos planteemos su origen.

-Entonces… ¿los aviones vuelan porque el aire los empuja hacia arriba?- Sí, pero no. Aquí es donde es bueno que se traduzca la ecuación de Bernoulli. Esta ecuación nos dice que, en condiciones ideales (que es lo que nosotros vamos a pensar que ocurre) en una corriente de aire se generan presiones dependiendo de la velocidad del mismo, de modo que en los puntos donde se frena el aire hay mayor presión, y donde se acelera hay menor presión. -Para para, que esto es muy complicado- Bueno, veamos, para entendernos. Como decíamos antes, cuando estás parado en la calle en contra del viento, este te empuja un poco hacia atrás. Podemos pensar que el aire que tenemos justo delante nuestro está casi parado, ya que no nos puede traspasar, por lo que genera una presión mayor que la que genera el aire a nuestra espalda, acelerándose para recuperar la velocidad del viento. Entonces tenemos más presión por delante y menos por detrás, lo cual genera una fuerza hacia atrás nuestro.

-Entonces el aire empuja a los aviones para volar, ¿no?- Bueno, no de la misma manera que a nosotros. Si los aviones volaran sólo por el “empuje” del aire les haría falta un chorro vertical hacia arriba, muy potente. No es el caso. Ese tipo de fuerza es la Resistencia (D), que es la que empuja la mano hacia atrás en el coche. Ahora haz otra prueba, saca la mano por la ventanilla con la palma estirada y hacia abajo; casi no generas resistencia. Si ahora vas girando suavemente la mano notarás como intenta subir hacia arriba. Esa fuerza es la Sustentación (L) y es la que hace volar a los aviones. Si giras mucho la mano surge de nuevo la fuerza hacia atrás, porque aparece de nuevo la Resistencia.

-Pero… la fuerza hacia atrás en mi mano es mucho mayor que la fuerza hacia arriba… y los aviones pesan mucho, ¿no?- Cierto, pero por eso los aviones no son piedras, y tienen la forma que tienen. Ahí es donde entra en juego el ala del avión, diseñada para que esa fuerza de sustentación sea mucho mayor que la fuerza de resistencia. Esto se consigue haciendo que el aire que pasa por encima del ala (extradós) lo haga a una velocidad mucho mayor que la que pasa por debajo (intradós), por lo que debajo del ala hay mucha más presión que encima, generando una fuerza vertical y hacia arriba, que es la que hace que el avión vuele. El diseño de las alas pretende generar la mayor fuerza de sustentación posible generando la mínima resistencia. Para no meternos en muchos detalles, diremos que el aire que pasa por encima del ala tiene más recorrido que hacer que el que pasa por debajo, por lo que debe ir más rápido, generando más presión bajo el ala que sobre ella.

Parece que los aviones vuelan gracias a las alas, que tienen una forma muy característica. La fuerza de sustentación de los aviones depende únicamente de la velocidad del aire respecto a él. Para tener un orden de magnitud, los aviones pueden despegar con velocidades en torno  a los 300 km/h, por lo que si consiguiéramos poner un avión de cara al viento en un huracán, y consiguiéramos que no generara resistencia (que se estuviera quieto respecto a la tierra), este despegaría del suelo verticalmente. Por esta razón, los aviones despegan, siempre que sea posible, con viento de cara, sí, en contra, y aterrizan también con viento de cara.

Una vez entendido esto, que no es trivial y que conviene darle muchas vueltas, podemos empezar a entender muchas otras cosas que nos preguntamos cuando volamos en avión, sobre todo cerca del ala. Ahí vemos cómo el avión despliega un poco  unas chapas por detrás del ala cuando despega, y las despliega completamente cuando aterriza (los Flaps). También vemos cómo levanta otras chapas por encima del ala al girar o al aterrizar (los Spoilers). También podemos entender por qué un Fórmula uno tiene diferentes alerones dependiendo de los circuitos en que corra. Todo eso, y otras muchas cosas, intentaremos ir explicándololas en este blog.