¿POR QUÉ VUELAN LOS AVIONES?

Aerodinámica 
Es la rama de la mecánica de fluidos que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos, y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Un ejemplo claro de la aerodinámica es el movimiento de un avión a través del aire.

Para empezar, un poco de física. 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. Vamos por partes.

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. 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.

Principio de vuelo

Un avión se sustenta en el aire como consecuencia de la diferencia de presiones que se origina al incidir la corriente de aire sobre un perfil aerodinámico, como es el ala. En la parte superior de la misma se produce un aumento de velocidad ya que la trayectoria a recorrer por las partículas de aire en esta, es mayor que en la parte inferior, en el mismo  tiempo.

El ala produce un flujo de aire en proporción a su ángulo de ataque (a mayor ángulo de ataque mayor es el estrechamiento en la parte superior del ala) y a la velocidad con que el ala se mueve respecto a la masa de aire que la rodea; de este flujo de aire, el que discurre por la parte superior del perfil tendrá una velocidad mayor (efecto Venturi) que el que discurre por la parte inferior. Esa mayor velocidad implica menor presión (teorema de Bernoulli). 

Tenemos pues que la superficie superior del ala soporta menos presión que la superficie inferior. Esta diferencia de presiones produce una fuerza aerodinámica que empuja al ala de la zona de mayor presión (abajo) a la zona de menor presión (arriba), conforme a la Tercera Ley del Movimiento de Newton.

Pero además, la corriente de aire que fluye a mayor velocidad por encima del ala, al confluir con la que fluye por debajo deflecta a esta última hacia abajo, produciéndose una fuerza de reacción adicional hacia arriba. La suma de estas dos fuerzas es lo que se conoce por fuerza de sustentación, que es la que mantiene al avión en el aire.

  

En la cola del avión están el estabilizador horizontal y el estabilizador vertical. Son elementos que aseguren la estabilidad del avión; es decir, su tendencia a regresar a un estado inicial tras una perturbación. El horizontal se encarga de estabilizar los movimientos de arriba a abajo del morro del avión (eje lateral) y el vertical los movimientos de izquierda a derecha (eje vertical).

Los mandos de vuelo son los mecanismos que permiten cambiar la orientación y la posición del avión. Las tres superficies de mando principales son los elevadores, los alerones y el timón de dirección. 

Los elevadores están en la parte trasera del avión. Hacen ascender o descender la aeronave, un movimiento que se conoce como cabeceo. Elevarlos incrementa la fuerza descendente, lo que produce un cabeceo hacia arriba, y lo contrario produce un cabeceo hacia abajo. 

Los alerones están en las alas y se activan en sentidos opuestos para que el avión se incline hacia un lado, lo que se conoce como alabeo. Si el piloto quiere inclinar el avión hacia la izquierda, tendría que flexionar el alerón izquierdo hacia arriba y el del ala derecha hacia abajo.






El timón de dirección está en la cola del avión y hace que el morro del avión gire hacia la izquierda o la derecha, lo que se conoce como la maniobra de guiñada. Funciona como el timón de un barco: un giro de la superficie hacia la derecha cambia de dirección a la derecha.