¿Por qué? 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. Cinco minutos bastan para empezar a comprender por qué somos capaces de volar.

Esta animación de Rocket Science explica de manera sencilla cómo funcionan los tres elementos fundamentales de los aviones: la aerodinámica del avión, las partes principales de la aeronave y los mandos de vuelo.

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.

En la cola del avión están el estabilizador horizontal y el estabilizador vertical. Son elementos que aseguran 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.

Un avión de Air Europa sobrevuela el aeropuerto de Barcelona.

Los aviones vuelan gracias a la actuación de una serie de fuerzas, tanto en el plano horizontal como en el plano vertical. Para que el aparato se eleve es imprescindible que la fuerza que se produce en el eje vertical (sustentación en lenguaje aeronáutico) supere al peso del avión. Por otra parte, en el eje horizontal y gracias a los motores que expulsan gases, tiene lugar el principio de acción-reacción que provoca una fuerza hacia adelante que vence la resistencia del aire. Cuando el avión asciende y llega a su altura de crucero y a una velocidad constante es porque se ha alcanzado el equilibrio de fuerzas tanto en el eje vertical, en el que la sustentación se iguala al peso, como en el eje horizontal, en el que el empuje del motor es igual a la resistencia que nos ofrece el aire.

La magia se produce al conseguir esa fuerza de sustentación. Ahí tenemos que acudir a una serie de principios que lo explican. Básicamente, la sustentación se consigue gracias a las alas del avión. Si las cortáramos tendríamos lo que se llama el perfil del ala, la sección que tiene el ala por dentro. Esta sección tiene una forma muy eficiente desde el punto de vista aerodinámico. El borde por donde entra el aire según va volando el avión es redondeado y la parte de atrás del perfil es afilada y además está curvada por la parte de arriba (en lenguaje aeronáutico esta parte de arriba se llama extradós y la parte de abajo se llama intradós). Esa curvatura del perfil del ala hace que cuando la corriente de aire se encuentra con ella, se divida en dos caminos, una parte del flujo de aire se va por arriba del ala y otra parte, por abajo. Debido a la curvatura del ala, el camino que tiene que recorrer el flujo que va por arriba es más largo que el que va por debajo. Existe un teorema, el de Bernouilli, que es básicamente de conservación de la energía y que dice que para que esto ocurra, el flujo de aire que va por arriba tiene que ir a más velocidad. Eso implica que haya menos presión que en la parte de abajo donde va a menor velocidad y ejerce más presión. Esa diferencia de presión entre el flujo de aire por arriba y el de abajo genera una sustentación. Aunque esta sustentación debida al principio de Bernouilli no llega a explicar toda la que necesitamos para que el avión se eleve. Para explicar la elevación hay que recurrir a otra serie de principios físicos.