10 min - ¿Qué fuerzas actúan para que un avión vuele?
- La magia de la sustentación
- El papel del empuje en el vuelo
- El peso y su equilibrio
- La resistencia y cómo minimizarla
- La vuelta al mundo en avión
- Newton y Bernoulli: Delicado equilibrio entre fuerzas
- Datos curiosos sobre los aviones
- ¡Más datos curiosos en el blog de Novakid!
- La sustentación es el principio que hace posible el vuelo de los aviones: se produce gracias a la forma aerodinámica de las alas y a cómo el aire circula a su alrededor, de acuerdo con el principio de Bernoulli.
- El balance entre las fuerzas es fundamental para un vuelo estable: la sustentación, el peso, el empuje y la resistencia deben mantenerse en equilibrio para que la aeronave pueda despegar, volar y aterrizar de forma segura.
- El empuje generado por los motores permite el despegue y un desplazamiento eficiente: tanto ingenieros aeronáuticos como pilotos trabajan constantemente en optimizar esta fuerza, con el objetivo de mejorar la seguridad y reducir el impacto ambiental de los vuelos.
Volar como un pájaro. Este viejo sueño humano ya se encuentra en el mito griego de Ícaro, que cuenta cómo el hijo del arquitecto Dédalo vio derretirse sus alas de cera y plumas al acercarse demasiado al sol. Más allá de la leyenda, y de manera más pragmática, el hombre conquistó el cielo observando la naturaleza y experimentando.
En este artículo de Novakid, te contamos en qué consiste el principio de Bernoulli, la sustentación, la resistencia y el empuje, y cómo estas fuerzas permiten que los aviones vuelen.
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¿Qué fuerzas actúan para que un avión vuele?
A partir de ahora, cuando observes un avión volar en el cielo tienes que pensar en estas cuatro fuerzas que te vamos a presenta:
- Sustentación: es la fuerza que se opone al peso de la aeronave y hace posible que el avión se eleve y se mantenga en el aire durante el vuelo.
- Peso: corresponde a la acción de la gravedad sobre el avión, considerando su estructura, los pasajeros, el combustible y la carga transportada.
- Empuje: es la energía que producen los motores para impulsar el avión hacia adelante y permitirle vencer la resistencia del aire.
- Resistencia: es la fuerza que frena el desplazamiento de la aeronave, generada por el roce del aire y la presión que este ejerce sobre su superficie.
La magia de la sustentación
El empuje del motor hace avanzar el avión, pero no es lo que lo hace despegar del suelo; la mayor parte del trabajo lo realiza la forma y el ángulo de las alas del avión. Las alas están fijadas al avión en un ángulo de 5 a 10 grados. Son planas en la base y redondeadas en la parte superior.
Cuando el aire choca con el avión, se desvía alrededor del ala, estirando las moléculas de aire que pasan rápidamente por la parte superior. Esto provoca una presión de aire más baja por encima y una presión de aire más alta debajo del ala; una diferencia en la velocidad del aire que ayuda a levantar un avión.
El papel del empuje en el vuelo
Los aviones necesitan propulsión para avanzar, una fuerza llamada «empuje». Los aviones pueden generar empuje de dos formas. La primera consiste en usar hélices que giran muy rápido y empujan el aire hacia atrás. La segunda es el uso de motores a reacción, que tienen forma de tubos y utilizan el calor generado por la combustión del combustible para expulsar los gases por la parte trasera del tubo a gran velocidad.
Cuando estás en un avión que despega, tienes la sensación de hundirte en tu asiento. El empuje es el impulso hacia adelante creado por las hélices o los motores a reacción del avión, que empujan el aire hacia atrás..
El peso y su equilibrio
Para despegar, los aviones necesitan un empuje suficiente para superar el peso de la gravedad que los mantiene pegados al suelo. Pero el peso no es un problema solo durante el despegue. Cuando un avión quema combustible a lo largo de un vuelo, se vuelve más ligero, lo que modifica sutilmente la distribución del peso del avión. Los pilotos deben realizar ajustes constantes durante el vuelo para mantener el peso del avión equilibrado en su centro de gravedad.
La resistencia y cómo minimizarla
El aire se empuja contra el avión a medida que este avanza; la fuerza del aire desplazado se llama «resistencia». Para superar esta resistencia, el empuje frontal de un avión debe ser más fuerte que las fuerzas que intentan mantenerlo en su lugar. Otros factores como la velocidad, la adherencia del aire e incluso otras moléculas de gas en la atmósfera influyen todos en la resistencia. Los aviones están diseñados con líneas aerodinámicas para que haya la menor resistencia posible sobre el avión.
La vuelta al mundo en avión
Una de las hazañas más memorables de la aviación fue el vuelo alrededor del mundo sin escalas y sin reabastecimiento de combustible, del avión Voyager, en diciembre de 1986. Diseñado por Burt Rutan y pilotado por su hermano Dick y por Jeana Yeager, el avión está ahora expuesto en la entrada del Museo Nacional del Aire y del Espacio en Washington.
El vuelo duró 9 días y necesitó dos motores, uno impulsando y otro tirando, para alcanzar la velocidad indicada requerida.
La reserva de combustible habiéndose reducido a mitad del vuelo, se necesitaba menos fuerza de ascenso. Por lo tanto, se pudo apagar un motor, lo que permitió reducir la velocidad aerodinámica. Para evitar disminuirla aún más, la altitud de vuelo subió.
Finalmente, la segunda mitad del vuelo fue mucho más lenta que la primera, y mucho más dura para los pilotos, privados de sueño. Sin embargo, no había otra opción: un vuelo más rápido habría requerido un ángulo de ala menos eficiente y habría desperdiciado demasiado combustible.
Newton y Bernoulli: Delicado equilibrio entre fuerzas
Enseñar a los niños sobre aviones puede ser una experiencia educativa y divertida. Una excelente manera de hacerlo es jugando a juegos de simulación de vuelo en línea. Estos juegos permiten a los niños comprender cómo funcionan los aviones en la práctica y desarrollar habilidades de pilotaje.
Otra actividad divertida es la construcción de modelos de aviones en casa. Utilizando materiales sencillos como cartón, papel y pegamento, los niños pueden aprender sobre la estructura y el diseño de los aviones mientras se divierten. Esta actividad también fomenta la creatividad y el pensamiento crítico.
Las visitas a museos de aviación y aeropuertos son otra excelente opción. En estos lugares, los niños pueden ver de cerca diferentes modelos de aviones, aprender sobre su historia y funcionamiento, y hacer preguntas a expertos en aviación. Estas visitas pueden ser una experiencia inolvidable para los pequeños curiosos.
Finalmente, los padres pueden realizar experimentos sencillos en casa para explicar los principios de la aerodinámica. Utilizando cosas cotidianas como un secador de pelo y una pelota de ping-pong, se puede demostrar cómo el aire en movimiento genera sustentación y permite el vuelo de los aviones.
Datos curiosos sobre los aviones
Los aviones esconden muchos datos curiosos que pueden sorprender a cualquier amante de la aviación. Por ejemplo, para asegurar la seguridad de los pasajeros, el piloto y el copiloto consumen diferentes comidas durante el vuelo, minimizando el riesgo de intoxicación alimentaria.
Otra curiosidad es que la atenuación de luces en despegue y aterrizaje ayuda a los pasajeros a adaptarse a la oscuridad en caso de una evacuación de emergencia. Esta práctica es esencial para garantizar la seguridad en situaciones críticas.
A pesar de los avances tecnológicos y del trabajo constante de los ingenieros aeronáuticos, la aviación sigue planteando interrogantes fascinantes. Uno de los debates más conocidos tiene que ver con la sustentación: ¿en qué momento y en qué proporción influyen los principios de Bernoulli y de Newton para que un avión logre volar?
Las alas están diseñadas para desviar una gran cantidad de aire hacia abajo, lo que genera una reacción que empuja al avión hacia arriba, de acuerdo con las leyes de Newton. Al mismo tiempo, la diferencia de presión que se produce en la parte superior e inferior del ala, explicada por el principio de Bernoulli, contribuye de manera clave a mantener la aeronave en el aire.
En el caso del aterrizaje, el proceso funciona de forma inversa. Al reducir la velocidad, la sustentación disminuye y la gravedad comienza a predominar, permitiendo que el avión descienda de manera controlada hasta tocar pista. Este delicado equilibrio entre fuerzas es lo que hace que volar sea, al mismo tiempo, un fenómeno cotidiano y un desafío permanente para la ingeniería moderna.
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