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¿Qué hace que un avión de papel vuele más lejos?
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 de ellas 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?
Qué es un plano en geometría
Todos los objetos de la Tierra tienen peso, producto de la gravedad y la masa. Un avión de pasajeros Boeing 747-8, por ejemplo, tiene un peso máximo de despegue de 487,5 toneladas (442 toneladas métricas), la fuerza con la que el pesado avión es atraído hacia la Tierra.
La fuerza opuesta al peso es la sustentación, que mantiene al avión en el aire. Esta hazaña se consigue mediante el uso de un ala, también conocida como perfil aerodinámico. Al igual que la resistencia, la sustentación sólo puede existir en presencia de un fluido en movimiento. No importa si el objeto está inmóvil y el fluido en movimiento (como en el caso de una cometa en un día de viento), o si el fluido está quieto y el objeto se mueve a través de él (como en el caso de un avión en un día sin viento). Lo que realmente importa es la diferencia relativa de velocidades entre el objeto y el fluido.
En cuanto a la mecánica real de la sustentación, la fuerza se produce cuando un fluido en movimiento es desviado por un objeto sólido. El ala divide el flujo de aire en dos direcciones: hacia arriba y sobre el ala y hacia abajo a lo largo de la parte inferior del ala.
El ala tiene una forma y una inclinación tales que el aire que se mueve por encima de ella viaja más rápido que el aire que se mueve por debajo. Cuando el aire en movimiento fluye por encima de un objeto y encuentra un obstáculo (como un bache o un aumento repentino del ángulo del ala), su trayectoria se estrecha y el flujo se acelera a medida que todas las moléculas se precipitan. Una vez superado el obstáculo, la trayectoria se ensancha y el flujo vuelve a ralentizarse. Si alguna vez has pellizcado una manguera de agua, habrás observado este mismo principio en acción. Al pellizcar la manguera, se estrecha la trayectoria del flujo de fluido, lo que acelera las moléculas. Si se elimina la presión, el flujo de agua vuelve a su estado anterior.
Cómo volar un avión
Para que un avión despegue, hay que generar suficiente empuje para que el avión se mueva hacia delante y 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 cómo se mueven 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.
Qué hace que un avión suba
Un avión es un vehículo o máquina que puede volar gracias a la ayuda del aire. Contrarresta la fuerza de la gravedad utilizando la sustentación estática o la sustentación dinámica de un perfil aerodinámico,[2] o, en algunos casos, el empuje descendente de los motores a reacción. Algunos ejemplos comunes de aeronaves son los aviones, los helicópteros, los dirigibles (incluidos los dirigibles), los planeadores, los paramotores y los globos aerostáticos[3].
La actividad humana que rodea a las aeronaves se denomina aviación. La ciencia de la aviación, que incluye el diseño y la construcción de aviones, se llama aeronáutica. Las aeronaves con tripulación son pilotadas por un piloto a bordo, pero los vehículos aéreos no tripulados pueden ser controlados a distancia o autocontrolados por ordenadores a bordo. Las aeronaves pueden clasificarse según diferentes criterios, como el tipo de sustentación, la propulsión de la aeronave, el uso y otros.
Las maquetas de vuelo y las historias de vuelos tripulados se remontan a muchos siglos atrás; sin embargo, el primer ascenso tripulado -y descenso seguro- de los tiempos modernos tuvo lugar mediante globos aerostáticos de mayor tamaño desarrollados en el siglo XVIII. Cada una de las dos Guerras Mundiales dio lugar a grandes avances técnicos. En consecuencia, la historia de la aviación puede dividirse en cinco épocas:
