¿Por qué vuelan los aviones? La física del vuelo explicada
Es una pregunta que millones de personas se hacen y muy pocos saben responder con precisión. ¿Cómo es posible que un objeto que pesa entre 70.000 y 400.000 kilos —dependiendo del modelo— se mantenga en el aire durante horas? La respuesta está en la física, y es más elegante de lo que parece.
En BCN Sim Center lo explicamos a menudo durante las sesiones: entender por qué vuela un avión transforma completamente la experiencia de sentarse en la cabina. Cuando sabes qué están haciendo las alas en cada momento, el vuelo deja de ser magia y se convierte en ingeniería.
Las cuatro fuerzas del vuelo
Para que un avión vuele, tienen que equilibrarse cuatro fuerzas físicas:
Sustentación — la fuerza que empuja el avión hacia arriba. Peso — la fuerza de la gravedad que tira del avión hacia abajo. Empuje — la fuerza de los motores que impulsa el avión hacia delante. Resistencia — la fuerza del aire que frena el avión.
Para que el avión vuele en línea recta y a velocidad constante, la sustentación tiene que ser igual al peso, y el empuje tiene que ser igual a la resistencia. Cuando alguna de estas fuerzas se desequilibra —por ejemplo, cuando los motores aumentan la potencia para despegar— el avión sube, acelera o cambia de dirección.
Todo lo que hace un piloto se puede reducir, en última instancia, a gestionar estas cuatro fuerzas.
¿Qué es la sustentación y cómo se genera?
La sustentación es la clave. Sin ella, el avión no volaría. Y se genera, principalmente, gracias a la forma de las alas.
Las alas de un avión tienen un perfil asimétrico: la superficie superior es más curva que la inferior. Cuando el avión avanza, el aire que pasa por encima del ala tiene que recorrer una distancia mayor que el que pasa por debajo. Para recorrer esa distancia mayor en el mismo tiempo, el aire de arriba tiene que ir más rápido.
Aquí entra el principio de Bernoulli: cuando un fluido —como el aire— se mueve más rápido, su presión disminuye. Así, el aire que pasa por encima del ala va más rápido y tiene menos presión, mientras que el que pasa por debajo va más despacio y tiene más presión. Esa diferencia de presión entre la parte superior e inferior del ala genera una fuerza neta hacia arriba: la sustentación.
Pero Bernoulli no lo explica todo. Hay una segunda razón por la que las alas generan sustentación: el ángulo de ataque.
El ángulo de ataque: la segunda clave
Las alas no son completamente horizontales: están ligeramente inclinadas hacia arriba en su borde delantero. Ese ángulo —el ángulo de ataque— hace que el ala «empuje» el aire hacia abajo cuando el avión avanza. Y por la tercera ley de Newton —acción y reacción— si el ala empuja el aire hacia abajo, el aire empuja el ala hacia arriba.
Este principio es el mismo que hace que una cometa vuele o que puedas sacar la mano por la ventanilla del coche y sentir cómo sube si la inclinas ligeramente.
En la práctica, la sustentación de un avión es resultado de la combinación de ambos efectos: el perfil aerodinámico del ala y el ángulo de ataque. Los ingenieros aeronáuticos optimizan ambos para cada tipo de avión y cada condición de vuelo.
¿Cómo despega un avión?
Durante el despegue, el avión necesita generar suficiente sustentación para superar su propio peso. Para eso necesita velocidad: a mayor velocidad, mayor es la sustentación generada por las alas.
Por eso los aviones necesitan pistas: el motor proporciona el empuje para que el avión acelere hasta alcanzar la velocidad de rotación —el momento en que el piloto tira de los mandos y el avión se levanta del suelo.
En un Boeing 737, esa velocidad es de aproximadamente 250-280 km/h, dependiendo del peso del avión y las condiciones meteorológicas. Una vez en el aire, los motores mantienen el empuje para que la velocidad —y por tanto la sustentación— se mantenga o aumente.
Los flaps: las alas que cambian de forma
Una de las cosas que más llama la atención a quienes se sientan por primera vez en el simulador es ver cómo las alas cambian de forma durante el despegue y el aterrizaje.
Esos cambios los producen los flaps: superficies móviles en el borde posterior del ala que, cuando se extienden, aumentan la curvatura y el área del ala. Esto permite generar más sustentación a velocidades más bajas.
¿Por qué es útil? Porque tanto en el despegue como en el aterrizaje, el avión vuela a velocidades mucho más bajas que en crucero. Sin los flaps, necesitaría velocidades muy superiores para mantenerse en el aire, lo que requeriría pistas mucho más largas.
Los flaps son la razón por la que escuchas ese característico ruido mecánico al poco de despegar o durante la aproximación al aterrizaje. Son las alas adaptándose a las condiciones de cada fase del vuelo.
¿Cómo gira un avión?
Un avión no gira como un coche. No puede girar el morro hacia la derecha sin más. Para cambiar de dirección, utiliza tres tipos de superficies de control:
Alerones — en los extremos de las alas. Cuando uno sube, el otro baja, haciendo que el avión se incline hacia un lado. Es el movimiento de balanceo, llamado alabeo.
Timón de dirección — en la cola vertical. Mueve la cola del avión hacia los lados, produciendo el movimiento de guiñada.
Timón de profundidad — en la cola horizontal. Mueve la nariz del avión hacia arriba o hacia abajo, produciendo el movimiento de cabeceo.
Para realizar un giro coordinado —el tipo de giro que hacen los aviones comerciales— los pilotos combinan el alabeo con la guiñada. El avión se inclina en la dirección del giro y la nariz describe un arco suave.
¿Por qué el avión no cae cuando reduce la velocidad?
Durante el descenso hacia el aterrizaje, el avión reduce significativamente su velocidad. Si la sustentación depende de la velocidad, ¿cómo es que no cae?
La respuesta es que los pilotos compensan la reducción de velocidad con dos mecanismos:
Aumentando el ángulo de ataque. Al inclinar ligeramente el morro hacia arriba, el ala genera más sustentación incluso a menor velocidad.
Extendiendo los flaps. Como hemos visto, los flaps aumentan la capacidad del ala para generar sustentación a bajas velocidades.
Existe un límite, sin embargo: si el ángulo de ataque es demasiado grande o la velocidad es demasiado baja, el flujo de aire sobre el ala se separa y la sustentación desaparece bruscamente. Esto se llama pérdida aerodinámica o stall, y es uno de los procedimientos que más se practican en los simuladores de vuelo.
Lo que ves desde la cabina del simulador
Cuando te sientas en la cabina del Boeing 737 de BCN Sim Center y empiezas a rodar por la pista, hay un momento muy especial: el instante en que el instructor te dice «rota» y tiras suavemente de los mandos. El morro sube, la velocidad sigue aumentando y, de repente, el avión se separa del suelo.
En ese momento, todo lo que hemos explicado en este artículo se convierte en experiencia directa. Sientes la sustentación en los mandos, ves el altímetro subir y entiendes, de forma visceral, por qué vuelan los aviones.
No hace falta ser piloto para vivirlo. Nuestros instructores guían a cada persona a través del proceso, explicando qué está pasando en cada fase y respondiendo todas las preguntas.
Conclusión
Los aviones vuelan gracias a la sustentación, una fuerza generada por la forma de las alas y su ángulo de ataque. El principio de Bernoulli, la tercera ley de Newton, los flaps y las superficies de control son las herramientas con las que los ingenieros y los pilotos hacen posible que cientos de toneladas de metal se mantengan en el aire durante horas.
La física del vuelo no es complicada —es elegante. Y una vez que la entiendes, mirar un avión despegar nunca vuelve a ser lo mismo.
¿Quieres experimentar el despegue desde la cabina de un Boeing 737? Reserva tu sesión en BCN Sim Center.
