¿Cómo vuelan los aviones?

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O explicación en 3 pasos para principiantes

Siempre es difícil explicar fenómenos físicos que tienen su complejidad intrínseca. El siguiente post dudé mucho de escribirlo, ya que hay miles de páginas que escriben por qué (y/o cómo) vuelan los aviones. Pero si hay algo que tiene este blog es inventiva(?) y vamos a explicar a continuación, en sólo 3 pasos muy simples, cómo y por qué vuelas los aviones.

El avión se mueve a través del aire, desplazándose a alta velocidad. Por ende, nos encontramos en el campo de la física de fluidos, o más estrictamente conocida como hidrodinámica. Por ello, las explicaciones que vamos a dar corresponden a diferencias de velocidades y de presiones en el aire y relativo al avión.

1-Tubo “acogotado” cerrado

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Tubo de diámetro variable (Click para agrandar)

El primer paso es entender qué pasa cuando un fluido (líquido o gaseoso), circula a través de un tubo y en un sector este último se encoge de diámetro. Como se ve en la figura, si el (por ejemplo) agua va de izquierda a derecha, ésta aumenta su velocidad de movimiento al llegar a la zona más angosta. Es el equivalente a cuando estamos regando con una manguera y le apretamos con el dedo del orificio de salida para lograr mayor velocidad de salida y así llegar más lejos.

2-Tubo “acogotado” abierto y “efecto Venturi”

Ahora vamos a tomar el mismo tubo  y le vamos a hacer dos agujeros en la parte superior y luego conectamos dos tubos de igual diámetro. Lo que es obvio es que el agua va a subir hasta un cierto nivel por esos tubos secundarios, pero lo que no es para nada intuitivo es que va a subir más en la parte del tubo donde el agua va más lento:

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Tubo  de Venturi, con las diferentes alturas que alcanza el agua en los tubos verticales (Click para agrandar)

Ahora, ¿por qué sube el agua por los tubos superiores? Porque el fluido ejerce presión sobre las paredes del tubo principal, a mayor presión, mayor altura. Y lo antiintuitivo del asunto es que “la lógica cotidiana” nos llevaría a pensar que a mayor velocidad en el tubo principal el agua ejercería mayor presión, pero esto NO es así.

Mayor velocidad, Menor presión / Menor velocidad, Mayor presión

Este comportamiento de presiones y velocidades fue explicado por Venturi y se lo conoce como efecto Venturi. (Éste a su vez se desprende del Principio de Bernoulli, pero eso es ya irnos por las ramas)

3-Perfil del ala, o cómo vuelan los aviones.

Ya estamos en condiciones de entender como funcionan las alas de un avión, que son las que generan la sustentación y lo hacen volar. El perfil del ala lo componen, muy básicamente, una parte inferior plana y una superior curvada. Hay muchísimos tipos de perfiles y los pueden ver aquí. Ahora nos centramos en nuestro perfil básico:

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Perfil de ala y el flujo de aire que genera (Click para agrandar)

Al desplazarse a través del aire, fuerza a este a pasar o por abajo o por arriba. Ahora miren la imagen que tienen arriba e imagínense dos partículas de aire (los dos puntitos rojos de la izquierda). Cuando pasan a través del ala, uno lo hace por abajo recorriendo en un tiempo determinado una distancia, y la otra lo hace por arriba en el mismo tiempo pero tuvo que recorrer más distancia. Mayor distancia en el mismo tiempo significa que tuvo que acelerarse con respecto a la partícula que pasó por abajo, encontrándose al final del ala. En la práctica, el encuentro entre las dos partículas depende del perfil del ala y de su ángulo de ataque; abajo pueden ver una animación de lo explicado. Noten como los puntos que pasan por arriba del ala sufren una aceleración:

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Noten la separación de los puntos negros cuando atraviesan el ala (Vía Wikipedia)

Del paso 2 (efecto “Venturi”), sabemos que un fluido que se mueve más rápido genera una zona de menor presión, y por ende lo que sucede en el ala es que la parte superior está sometida a menores presiones que la parte baja del avión. El aire que pasa por debajo del ala fuerza el ala hacia arriba en búsqueda de esa zona de menor presión y genera la sustentanción necesaria para mantener el avión en el aire.

Perfil del ala. Con los símbolos más y menos se muestran las zonas de presiones (Click para agrandar)

Perfil del ala. Con los símbolos más y menos se muestran las zonas de presiones (Click para agrandar)

Ahora, ¿quién genera el trabajo (o energía) necesaria para producir el efecto de sustentación? Lo hace el ala mismo al desplazarse por el aire, separando éste en dos líneas de flujos diferentes y haciendo acelerar a la línea de flujo que pasa por encima del ala. Es obvio que la fuente de energía primaria son los motores del avión que trasmiten el movimiento a todo el aparato incluyendo las alas.

Esto ha sido todo por ahora. Tratamos de explicar un efecto que tiene muchísimas variantes en sólo tres sencillos pasos. Esperamos que se haya hecho entender, se aceptan preguntas y/o comentarios y será hasta la próxima.

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11 respuestas a ¿Cómo vuelan los aviones?

  1. Excelente post!
    Un saludo

  2. hljorge dijo:

    ¿Esto es para principiantes? > Yo esperaba algo explicado con un avioncito de juguete y un ventilador.
    Fui leyéndolo a vuelo de pájaro y entendía. Cuando esté sobrio comentaré mi opinión definitiva.

    Feliz 2013

  3. Pingback: [¿Cómo vuelan los aviones?] – Opiniones opuestas | Ultimate Wanker Press

  4. Nachox dijo:

    Bue, había escrito un comentario, pero wordpress no me quiere y vaya uno a saber donde fue a parar…
    En fin, muy buena explicación. Ya tenía una idea sobre la diferencia de presiones, pero el ejemplo de la hidraulica lo deja mas que claro.
    De paso, ya que estás en el asunto. Tenés idea cual es la función que cumple el “diedro” o angulo entre las alas? en aeromodelismo le dan mucha bola, pero nunca me quedó claro como funciona…

    • chimango dijo:

      Es simple: Mejora la estabilidad del avión en el alabeo (para ángulos de diedro positivo). O sea: Cuando el avión alabea hacia un lado, el ala que baja ofrece mas “superficie horizontal” aumentando la sustentación (como dice guillote, la presión “desde abajo” en el ala) a la vez que disminuye en el otro ala que se eleva (queda mas “vertical”), haciendo que el avión tienda a estabilizarse, la sustentación extra de un lado y la falta de sustentación del otro hacen que el avión tienda a ponerse horizontal otra vez. En el caso de algunos aviones militares, se usa al revés (alabeo negativo) para que sea mas maniobrable (fácil de sacar de su trayectoria)

  5. Pingback: ¿Cómo vuelan los gatos? (μpost) | Animal de Ruta

  6. sebaminguez dijo:

    antes que nada decirles que me encanta el blog y los leo seguido
    En cuanto a este punto siempre me quedaron dudas. no entiendo poruqe las particulas deberian llegar juntas a la salida del ala o como es que vuelan los aviones boca abajo
    tal vez para la parte 2
    abrazo y felices fiestas

    • Guillote dijo:

      Seba, no necesariamente llegan juntas al final de ala, como está aclarado en el post:
      “En la práctica, el encuentro entre las dos partículas depende del perfil del ala y de su ángulo de ataque”.
      En términos generales, y para aviones comerciales, lo que sucede es que las partículas de aire que pasan por la parte superior del ala (las “aceleradas”), llegan al final del ala mucho antes que las que pasan por debajo.
      Lo de volar boca abajo es méramente por el ángulo de ataque. Si vos te fijás en aviones a hélice, que tienen un perfil de ala bastante “gordo” (que les permite tener sustentación con baja velocidad), cuando vuelan boca abajo lo hace con la cola del avión bastante caída. No van horizontales respecto al suelo como cuando vuelan normal. Esto es porque buscan que el ala quede en un ángulo de ataque “invertido” respecto al flujo de aire que les permita general sustentación. Lo que sucede en el ala es que en la parte superior se produce la aceleración de las partículas y en el perfil inferior se genera un flujo turbulento. Por eso es inestable volar invertido con aviones que no sean cazas. estos últimos tienen un perfil de ala tan “chato” que pueden volar invertido sin problemas porque la turbulencia que provoca la zona inferior del ala es muy baja.
      Espero que se haya entendido.
      Saludos!

      • Nachox dijo:

        De paso, los aviones acrobaticos usan perfil simetrico en el ala. O sea, tiene la misma curvatura de los dos lados. Con esto (y mucha, mucha potencia de motor) pueden volas invertido, hacer filo de cuchillo y demás cosas raras.

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