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¿Cuándo están en equilibrio las cuatro fuerzas que actúan sobre un avión?
Para que un avión despegue, hay que generar suficiente empuje para que el avión se mueva hacia delante, y hay que crear suficiente sustentación para que el avión despegue del suelo. Es fácil visualizar cómo se genera el empuje con un motor o una hélice; después de todo, la mayoría de la gente está familiarizada con el movimiento de los vehículos en tierra. La parte más difícil es conceptualizar cómo un avión que pesa decenas de miles de libras puede parecer que desafía la gravedad.
Sin embargo, los aviones no desafían la gravedad. En cambio, la inclinación y el área de las alas de un avión manipulan las partículas de aire que lo rodean, creando una elevación lo suficientemente fuerte como para que la fuerza de la gravedad sea superada por la fuerza del aire bajo las alas. En pocas palabras, las alas de los aviones están diseñadas para crear una fuerza de sustentación mayor que el peso del avión.
El ángulo de ataque se refiere al ligero ángulo de un ala de avión en relación con el aire que se aproxima, lo que permite al ala “atrapar” el aire mientras se mueve hacia adelante. Las moléculas de aire se dividen en dos direcciones al bombardear la parte delantera del ala, y muchas de ellas son empujadas por debajo del ala. Esto obliga al aire a descender del avión, creando una “onda descendente”, y -¡de nuevo según la tercera ley de Newton! – el avión es empujado hacia arriba por una fuerza igual.
Ejemplos de aire en movimiento
Cuando un avión se desplaza por el aire, sus alas provocan cambios en la velocidad y la presión del aire que pasa por ellas. Estos cambios dan lugar a la fuerza ascendente llamada sustentación. Para entender la sustentación, primero hay que comprender cómo se comporta el aire (un gas) en determinadas condiciones.
Para que una corriente de aire se acelere, parte de la energía del movimiento aleatorio de las moléculas de aire debe convertirse en energía del flujo hacia delante. El movimiento aleatorio de las moléculas de aire es lo que causa la presión del aire; por lo tanto, la transferencia de energía del movimiento aleatorio al flujo de la corriente da como resultado una menor presión del aire.
Un ala tiene la forma y la inclinación necesarias para que el aire que se mueve por encima sea más rápido que el que se mueve por debajo. A medida que el aire se acelera, su presión disminuye. Así, el aire que se mueve más rápido por encima ejerce menos presión sobre el ala que el aire que se mueve más lento por debajo. El resultado es un empuje hacia arriba del ala: ¡la sustentación!
Phak capítulo 6
En diciembre de 2003, para conmemorar el centenario del primer vuelo de los hermanos Wright, el New York Times publicó un artículo titulado “Staying Aloft; What Does Keep Them Up There?”. El objetivo del artículo era una simple pregunta: ¿Qué mantiene a los aviones en el aire? Para responderla, el Times recurrió a John D. Anderson, Jr., conservador de aerodinámica en el Museo Nacional del Aire y del Espacio y autor de varios libros de texto sobre el tema.
Lo que Anderson dijo, sin embargo, es que en realidad no hay acuerdo sobre lo que genera la fuerza aerodinámica conocida como sustentación. “No hay una respuesta sencilla para esto”, dijo al Times. La gente da diferentes respuestas a la pregunta, algunas con “fervor religioso”. Más de 15 años después de aquel pronunciamiento, sigue habiendo diferentes versiones de lo que genera la sustentación, cada una con su propio y considerable rango de celosos defensores. A estas alturas de la historia del vuelo, esta situación es ligeramente desconcertante. Al fin y al cabo, los procesos naturales de la evolución, trabajando sin sentido, al azar y sin ninguna comprensión de la física, resolvieron el problema mecánico de la sustentación aerodinámica para las aves que vuelan hace siglos. ¿Por qué debería ser tan difícil para los científicos explicar qué es lo que mantiene a las aves, y a los aviones, en el aire?
Tipos de resistencia en los aviones
Un deslizamiento es un estado aerodinámico en el que una aeronave se mueve un poco hacia los lados y hacia delante en relación con el flujo de aire que se aproxima o el viento relativo. En otras palabras, para una aeronave convencional, el morro estará apuntando en la dirección opuesta a la inclinación del ala(s). La aeronave no está en vuelo coordinado y, por lo tanto, está volando de manera ineficiente.
Volar en deslizamiento es ineficiente desde el punto de vista aerodinámico, ya que la relación entre sustentación y resistencia se reduce. Hay más resistencia que consume energía pero no produce sustentación. Los pilotos inexpertos o desatentos a menudo entran en resbalones involuntariamente durante los giros al no coordinar la aeronave con el timón. Los aviones pueden entrar fácilmente en un deslizamiento al salir del despegue en un día de viento. Si no se controla, el rendimiento en el ascenso se verá afectado. Esto es especialmente peligroso si hay obstáculos cercanos bajo la trayectoria de ascenso y la aeronave tiene poca potencia o está muy cargada.
Un deslizamiento también puede ser una maniobra de pilotaje en la que el piloto entra deliberadamente en un tipo de deslizamiento u otro. Los resbalones son particularmente útiles para realizar un aterrizaje en campo corto sobre un obstáculo (como árboles o líneas eléctricas), o para evitar un obstáculo (como un solo árbol en la línea central extendida de la pista), y pueden practicarse como parte de los procedimientos de aterrizaje de emergencia. Estos métodos también se emplean comúnmente cuando se vuela en pistas de aterrizaje de granjas o de zonas rurales accidentadas donde la pista de aterrizaje es corta. Los pilotos necesitan aterrizar con una pista amplia para reducir la velocidad y detenerse.
