¿Por qué vuelan los aviones?

El ser humano lleva desde su existencia queriendo volar, y gracias a las mejoras tecnológicas y a las leyes de la física lo consiguió. El 27 de abril de 2005, el Airbus A380 (considerado el avión comercial más grande del mundo) realizó su primer vuelo, consiguiendo levantar del suelo sus 421 toneladas, aproximadamente unos 14 camiones articulados al máximo de su peso autorizado, 31 toneladas.

Fuerzas implicadas

Hay cuatro que actúan sobre el avión durante el vuelo: dos en horizontal en sentido contrario, al empuje de los motores que lo conducen hacia delante se opone la resistencia del aire; y dos en vertical, también de sentido contrario, el peso que tira del avión hacia abajo se opone la sustentación que levanta la aeronave.

Cuando las fuerzas horizontales son iguales, hay un equilibrio entre ellas, por lo que el avión continuará moviéndose hacia delante de forma uniforme (misma velocidad). En cuanto se desequilibren, las condiciones cambiarán, y un aumento del empuje provocará una aceleración, mientras que un aumento de la resistencia llevará a una deceleración. Con las fuerzas verticales sucederá algo parecido: cuando están igualadas, el avión no cambia de nivel, mientras que un aumento de la sustentación provocará un ascenso y una disminución hará una bajada de la aeronave.

De momento, ya nos hemos encontrado con uno de nuestros personajes, se trata del inglés Isaac Newton, ya que hemos aplicado sus tres leyes, y también estamos venciendo a la ley de la Gravedad.

Altas y bajas presiones

Una de las partes principales de un avión son sus alas, porque producen la fuerza de sustentación que le permiten volar, y en particular su diseño, ya que la parte superior es más combada que la inferior y el borde de ataque es redondeado.

La forma diferente entre las dos partes del ala hace que el aire que pasa por encima tenga más superficie que recorrer hasta llegar al final, por tanto esta corriente de aire se acelera, viaja a mayor velocidad que el aire de abajo. Y aquí nos encontramos con nuestro segundo personaje, el suizo Daniel Bernoulli, con su principio o ecuación de Bernoulli, que dictamina que si un fluido se mueve a mayor velocidad tiene una presión más baja. De esta manera se crea una diferencia de presión entre el aire que hay encima (bajas presiones), mientras que por debajo de las alas se producen altas presiones. Como consecuencia se crea una fuerza bajo el ala, sustentación, que la impulsa hacia arriba.

Efecto Coanda

Y el borde de ataque redondeado de las alas nos trae a escena a nuestro tercer personaje, el rumano Henri Marie Coanda, con su efecto Coanda, en el cual nos dice que una corriente de un fluido, aire en nuestro caso, tiende a ser atraída por una superficie (el ala) vecina a su trayectoria. Y mucho mejor si es curvada, porque entonces el fluido recorrerá toda la sección de la superficie.

Realicemos el siguiente experimento para comprenderlo mucho mejor. Utilizaremos un pequeño secador de pelo, una vela de las clásicas de cumpleaños, y dos objetos de la misma superficie, uno de forma plana y otro cilíndrica. La vela encendida la ponemos a un lado de la pantalla plana, al otro el secador y lo ponemos a funcionar, comprobaremos que la vela no se apaga. Si ahora sustituimos la pantalla por otra de forma cilíndrica y repetimos la operación, veremos como la vela sí se apaga.

El aire en este segundo caso se está “agarrando” a la superficie redondeada y consigue llegar a su parte de atrás. Y en nuestro caso del avión, se consigue que el aire de la parte superior del ala recorra toda su superficie y por tanto mejore más el efecto de sustentación.

Así que nuestros tres personajes tienen en común que gracias a sus descubrimientos los aviones pueden volar. Para una mejor comprensión del efecto Coanda y de como realizar el anterior experimento, os animamos a que veáis este magnífico programa de Órbita Laika, de RTVE.