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< La última frontera, versión tipográfica
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¿Por qué vuela un avión?

Ala

Hace unos días una compañera me pidió que le confirmara si era cierto aquello que se dice de que los aviones vuelan porque la forma del ala hace que el aire que pasa por la parte de arriba del esta vaya más rápido que en que pasa por abajo para llegar al mismo tiempo a la parte posterior del ala, lo que se denomina el borde de fuga.

Este aumento de velocidad, según esta explicación, causa una caída de presión en la parte superior del ala que hace que se genere la sustentación gracias a la fuerza que ejerce el aire que de la parte inferior del ala, que según esta explicación estaría a más presión.

Esta es una explicación que se encuentra en muchos sitios, pero tiene el pequeño inconveniente de que no es cierta, y no hay que pararse mucho a pensarlo: de serlo, los aviones no podrían volar en invertido, y aquellos que tuvieran perfiles alares simétricos, que los hay, tampoco podrían volar, pues el aire tardaría lo mismo en recorrer la parte inferior que la superior del ala, por no hablar de los aviones de papel, que vuelan con alas perfectamente planas.

Así que la remití a la magnífica anotación Así vuela un avión de La Pizarra de Yuri, que lo explica perfectamente, y que aquí resumo, espero que sin meter mucho las patas.

Avión en vuelo invertido

Básicamente, dice que hay tres explicaciones que se utilizan normalmente para eso de que los aviones vuelen, y las tres son erróneas:

  • La «explicación Venturi», que afirma que al tener la parte superior del ala (el extradós) una curvatura mayor que la inferior y por lo tanto ser más larga acelera el aire al cortarlo, creando una zona de presión menor como si fuera una boquilla de Venturi, lo que tendría un efecto ventosa que tiraría del ala hacia arriba generando la sustentación. El problema es que el ala no es una boquilla de Venturi, con lo que no se produce tal efecto, aparte de que de ser cierta no permitiría volar en invertido ni a aviones con alas de perfil simétrico, entre otras cosas.
  • La «explicación Bernoulli», muy similar a la anterior, que de nuevo dice que al ser la parte superior del ala más larga que la inferior el aire tiene que acelerar al pasar sobre ella para volver a encontrarse con el aire que pasa por debajo, creando la sustentación gracias al principio de Bernoulli. En este caso, aunque sí es cierto que se produce un empuje a causa del efecto Bernoulli, este es mucho más pequeño de lo que sería necesario para levantar un avión, y nos volveríamos a encontrar con el pequeño problema de que haría imposible el vuelo invertido. Por otra parte, se ha comprobado experimentalmente que en realidad las moléculas de aire que van por la parte superior del ala van mucho más rápido que las de abajo y se escapan del ala por su borde de salida mucho antes que las que van por abajo.
  • «Newton en el intradós»: esta tercera teoría dice que las moléculas de aire que chocan con la parte inferior de ala (el intradós) producen un empuje hacia arriba que genera la sustentación, lo que estaría muy bien de no haber otras moléculas haciendo lo mismo en la parte superior del ala que anulan este efecto, al menos a las velocidades y alturas habituales a las que viajan aviones, helicópteros y demás. La excepción serían vuelos a gran altura y velocidad, tipo transbordador espacial, ya que en esas condiciones de gran altura y velocidad con baja presión y densidad del aire sí hay una gran diferencia entre el número de moléculas de aire que golpean el intradós del ala y el extradós.

Así que, ¿cómo rayos vuela un avión?

Pues la explicación correcta tiene también que ver con Newton y la acción y la reacción, pero también con el ángulo del ala frente al aire que le viene de frente, lo que se llama ángulo de ataque.

Cuando un objeto se mueve a través de un fluido, y el aire lo es, las moléculas del fluido tienden a permanecer en contacto con el objeto en cuestión debido al efecto Coandă, lo que en el caso del ala provoca un desplazamiento hacia abajo del aire que pasa por su parte superior.

El efecto Coanda en acción
El efecto Coandă en acción con un chorro de agua y una cuchara. En este caso es el fluido el que se mueve desde nuestro punto de vista, pero es igual, pues ya dijo Einstein que todo es relativo - Foto Coanda spoon, CC BY-SA 2.5 por Axda0002

El desplazamiento de esta masa de aire hacia abajo, y pueden ser muchos kilos por segundo los que se desplazcen, produce un fuerza hacia abajo que es contrarrestada por otra fuerza hacia arriba producida por la tercera ley de Newton, también conocida como la Ley de acción y reacción, y esta fuerza que empuja hacia arriba es la responsable fundamental de que un avión vuele.

Helióptero en vuelo
La «hélice» de los helicópteros es en realidad un ala giratoria que funciona por el mismo principio que la de un avión

Además del ángulo de ataque la cantidad de aire desplazado depende también de la velocidad del avión, por eso cuanto más lento va aun avión mayor tiene que ser el ángulo de ataque para generar la sustentación suficiente, y por eso se utilizan también flaps y otros dispositivos para aumentar la sustentación del ala a velocidades bajas.

Todo esto tiene, por supuesto muchos matices. Pero además, como se puede ver en los comentarios de la anotación enlazada, aún genera muchas discusiones más de cien años después de que volara el primer avión.