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.
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. 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.
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.
Así que, la próxima vez que te subas a un avión y mires por la ventanilla, sabrás qué fuerzas te mantienen flotando en el aire y por qué el alerón se mueve hacia arriba y abajo. Lo de los flaps, los slats y otras mil preguntas que surgen tras ver este vídeo lo dejamos para otro artículo. [Rocket Science]