Aereo

¿Cómo vuela el avión?

Para empezar: ¿qué es volar? Es el movimiento a través del aire generado por fuerza de elevación aerodinámica o flotabilidad aerostática.

Cuando un avión está en una pista de un aeropuerto, está pegado al suelo porque la fuerza de gravedad lo empuja hacia abajo y el suelo equilibra esa fuerza. Para que el avión empiece a volar, debe de haber una fuerza que sea mayorque la gravitatoria y que empuje al avión hacia arriba. Esta fuerza es la sustentación y se logra mediante la forma del ala (más curvada por arriba), y aplicando al avión una determinada velocidad hacia delante. Esta velocidad se logra con los motores.

La sustentación empuja al ala hacia arriba.
El ala está pegada solidariamente al fuselaje, que es el cuerpo principal del avión y por lo tanto,si el ala es impulsada hacia arriba, el avión comienza a volar.

Pero la pregunta es: ¿cómo es capaz de sostenerse el avión en el aire? No olvidemos que es una máquina bastante pesada.

A primera vista parece que el aire es muy poca cosa como para que vuele un avión en el aire. Sin embargo, la sumatoria de muchas pocas cosas genera fuerzas importantes. Tanto es así que como resultado deellas, el avión vuela.

Hagamos un ejercicio simple:
* Si agitas la mano apenas sientes el aire
* Si sacas la mano por la ventana del coche cuando va a 120 Km/h sientes una fuerza  importante.
* Si pudieras sacar la mano por la ventanilla de un avión (~850 Km/h), sentirías una fuerza muy importante en tu mano. Probablemente terminarías en el hospital.
Conclusión, para usar el airecomo medio generador de fuerzas para que vuelen los aviones, hay que trabajar con velocidades elevadas y tener elementos que generen sustentación, las alas.

La sustentación es una fuerza que ejerce el aire sobre el ala de los aviones. Una fuerza es una presión por una superficie. El ala del avión al volar tiene una superficie por arriba, extradós, y por abajo, intradós. Hablando de fluidos es máscómodo pensar en presiones. Si el avión está en la pista de despegue con velocidad cero, la presión tanto en extradós como en el intradós es la presión ambiente y se igualan. Ahora mismo todos estamos sometidos a una presión atmosférica en toda la superficie de nuestra piel. No somos empujados hacia ninguna parte, porque es la misma por toda nuestra piel. La fuerza resultante de esta presiónatmosférica es nula y seguimos pegados al piso, al igual que el avión detenido, gracias a la fuerza de gravedad.

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Cuando el avión vuela, a velocidad normalmente mayor de ~150 Km/h, la distribución de presiones en el ala es tal, que hay una fuerza resultante hacia arriba que compensa la fuerza de la gravedad.

Esa distribución de presiones hace que sobre el intradós haya más presión quela presión atmosférica y en el extradós hay menos presión que la atmosférica. El aire que está bajo el ala empuja al ala del avión hacia arriba y vuela. El aire que está sobre el ala succiona al ala hacia arriba.

La succión supone ~66% de la sustentación, es decir, es importante el aire que hay por debajo y por arriba. Se concluye que la sustentación es la sumatoria de las fuerzas generadas porel aire que empuja por debajo del ala y las fuerzas de succión del aire que está por arriba del ala del avión.

Esta distribución de presiones se consigue con la geometría del ala. El estudio de este fenómeno es muy complejo y se explica mediante el efecto Venturi y el teorema de Daniel Bernoulli (1738), quien comprobó experimentalmente que "la presión interna de un fluido (líquido o gas)decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho de otra forma "en un fluido en movimiento, la suma de la presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece constante", es decir que  p + v = k.
Para que se mantenga esta constante k, si una partícula aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su presión p, y a la inversa.

Desde el punto de vista analítico, el...