¿Cómo es posible que un avión vuele? La ciencia detrás del milagro aéreo

Aunque parezca que los aviones vuelan por arte de magia (o por un hechizo de Harry Potter), la verdad es que todo se debe a la aerodinámica y a una ingeniería impecable. Estas maravillas pueden recorrer hasta 13.000 km sin repostar, gracias a cuatro fuerzas que actúan durante el vuelo: resistencia, empuje, sustentación y peso.

Estas fuerzas trabajan en pares: la resistencia se opone al empuje, y la sustentación contrarresta al peso. Cuando el avión está en equilibrio, el empuje iguala la resistencia y la sustentación iguala el peso. Resultado: el avión se mantiene en el aire sin irse al suelo… ni al espacio.

La resistencia es esa fuerza que tira hacia atrás, como cuando sacas la mano por la ventanilla del coche. Para reducirla, los aviones pliegan el tren de aterrizaje tras despegar. El empuje, por otro lado, es la fuerza que los impulsa hacia adelante y vence esa resistencia.

Los motores a reacción (o jets) funcionan gracias a la tercera ley de Newton: por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Así, el chorro de gases expulsado hacia atrás empuja al avión hacia adelante. También existen aviones con hélices o incluso con cohetes.

Así que la próxima vez que subas a un avión, recuerda: no es magia… ¡es ciencia con alas!

¿El aire tiene fuerza? Más de la que imaginas

Aunque a simple vista el aire parezca inofensivo (después de todo, no impide que una piedra caiga al suelo), lo cierto es que su capacidad de acción es asombrosa. Prueba de ello es lo complicado que resulta caminar contra un viento fuerte o las imágenes de tornados levantando coches como si fueran de juguete.

Este mismo aire es el protagonista silencioso que hace posible que los aviones vuelen. La clave está en las alas, específicamente en su diseño aerodinámico llamado airfoil. Este perfil especial les permite generar sustentación, la fuerza que vence la gravedad y mantiene al avión en el aire. ¿Cómo lo logran? Muy sencillo (bueno, más o menos): al moverse por el aire, las alas desvían el flujo hacia su parte inferior, creando una presión mayor abajo que arriba. Ese desequilibrio genera una fuerza hacia arriba que levanta el avión.

Durante el vuelo, cuando el avión ya está en el aire, la sustentación iguala al peso del aparato, incluyendo su carga, combustible y pasajeros. Por eso, la fuerza neta es cero y el avión no sube ni baja… simplemente se mantiene “flotando” en el cielo.

Así que sí, el aire tiene fuerza. Mucha más de la que parece. Solo que, como todo héroe discreto, actúa sin alardes.

¿Qué pasa realmente en el ala de un avión?

Para entender cómo se genera la sustentación, lo ideal es cambiar nuestra forma de mirar el problema. Imaginemos que el ala del avión está fija y es el aire el que se mueve hacia ella, de izquierda a derecha. Lo que importa aquí es el llamado viento relativo, que es cómo el ala «siente» el aire.

Cuando ese flujo de aire llega al perfil alar (así se llama la forma especial del ala), se divide en dos caminos: uno que pasa por encima y otro por debajo. La forma curva del ala y su ángulo de ataque (es decir, la inclinación respecto al aire) hacen que estos caminos no sean iguales. Por arriba, el aire se acelera y la presión disminuye; por abajo, el aire se frena y la presión aumenta. Este desequilibrio entre presiones genera una fuerza hacia arriba, que es la sustentación.

Es como si el aire de abajo empujara con más ganas y el de arriba dejara que el ala suba. ¡Y listo! El avión se eleva.

Así que no, las alas no “empujan el aire hacia abajo” como muchos piensan. Es un juego de presiones y velocidades, una danza perfecta entre el diseño del ala y el comportamiento del aire. Y todo esto sucede mientras tú estás en tu asiento, pensando si pedir jugo o café.

¿Cómo generan las alas sustentación?

Volviendo al ejemplo del coche, si sacas la mano por la ventanilla y el coche va rápido, notarás que puedes “jugar” con el aire. Cuanto más rápido va el vehículo, más fácil es mantener la mano suspendida. Pues con las alas de un avión ocurre algo parecido: cuanto mayor sea su velocidad relativa al aire, mayor será la fuerza de sustentación que se genera. Por eso los aviones necesitan una larga pista de despegue: para poder acelerar lo suficiente antes de que esa fuerza sea capaz de levantar el avión del suelo.

Pero hay otro detalle clave: la inclinación del ala respecto al flujo del aire. Es lo que se llama ángulo de ataque. Si inclinas tu mano hacia arriba mientras va por la ventanilla, notarás que sube. Si la giras hacia abajo, baja. Con el avión pasa igual. Para ajustar ese ángulo, se hace rotar todo el avión subiendo o bajando el morro, y esto se controla desde la cola, con unas superficies móviles llamadas elevadores.

En el momento del despegue, cuando el avión alcanza la velocidad llamada “de rotación”, el piloto tira suavemente del control para elevar el morro, aumenta el ángulo de ataque y ¡voilà!, aparece la fuerza de sustentación necesaria para volar. Es física en acción, pero con estilo.

El secreto está en el perfil alar

Conseguir sustentación no es difícil; lo complicado es hacerlo de forma eficiente. La clave está en que las alas no solo deben levantar el avión, sino hacerlo sin generar demasiada resistencia al avance. Por eso, el diseño de las alas es casi un arte, con cada detalle pensado para lograr un equilibrio perfecto. Uno de los aspectos más importantes es la forma del llamado perfil alar, es decir, una sección transversal del ala vista de lado.

Este perfil puede variar según el tipo de avión: acrobático, de pasajeros, militar o incluso de uso recreativo. Sin embargo, la mayoría comparten una característica común: el borde de ataque (la parte delantera del ala) es redondeado, mientras que el borde de salida (la parte trasera) es mucho más fino. Esta forma favorece una circulación eficiente del aire y mejora el rendimiento en vuelo.

En la cola del avión encontramos dos piezas fundamentales para mantener la estabilidad: el estabilizador horizontal y el estabilizador vertical. El primero controla los movimientos de subida y bajada del morro (eje lateral), y el segundo gestiona los giros hacia los lados (eje vertical). Juntos, aseguran que el avión vuelva a su trayectoria después de una perturbación.

Por último, están los mandos de vuelo: los elevadores, los alerones y el timón de dirección. Son los encargados de controlar la posición del avión en el aire. Sin ellos, sería como volar a ciegas.

¿Hasta qué punto son importantes los motores?

Para generar suficiente sustentación y evitar que un avión caiga como una piedra, se necesita que haya flujo de aire atravesando las alas. En otras palabras, lo esencial es tener velocidad relativa respecto al aire. Y a las alas, francamente, les da igual cómo se consiga esa velocidad.

Una forma común es usar los motores para empujar el avión hacia adelante. Es lo mismo que cuando pedaleamos en bicicleta: sentimos el aire dándonos en la cara porque estamos en movimiento. Pero también hay otra opción, menos ruidosa y más elegante: convertir altitud en velocidad. Imagina que estás en una bicicleta cuesta abajo; no hace falta pedalear para sentir el viento. Con un avión pasa algo similar.

Gracias a eso, incluso un avión sin motores funcionando puede planear. ¿Y cuánto? Pues mucho más de lo que uno imagina. Desde la altitud de crucero, un avión comercial puede recorrer más de 150 kilómetros planeando antes de tocar el suelo. Eso sí, hay que mantener una pequeña “cuesta abajo” constante, porque estás intercambiando altura por desplazamiento.

De hecho, cuando un avión desciende para aterrizar, lo hace casi como si planease. En esos momentos, los motores se ponen en ralentí (sí, encendidos, pero al mínimo), y lo único que hace el avión es descender suavemente por esa pendiente imaginaria. Así que sí: los motores son importantes… pero no tanto como pensabas. ¡Las alas también hacen su magia!