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Las cuatro fuerzas

Entender los principios por los que una aeronave se mantiene en vuelo es fácil, es una cuestión de física básica. Otra cosa bien diferente es conseguir durante las fases de diseño, fabricación y operación de una aeronave el equilibrio deseado para que esta cumpla con todas las prestaciones que se le exigen. Pero, como digo, los principios físicos que posibilitan el vuelo son elementales y se pueden concretar en la acción de cuatro fuerzas: el peso, la sustentación, la resistencia y el empuje.

Peso, sustentación, resistencia y empuje son la clave de que cualquier aeronave se eleve y mantenga el vuelo.

Una situación de vuelo recto y nivelado se propicia cuando las cuatro fuerzas mantienen un equilibrio, esto es, el empuje debe igualar en tal caso a la resistencia y la sustentación haría lo propio con el peso.

El peso es la fuerza con la que la gravedad terrestre atrae a la masa de la aeronave. Es una fuerza que se aplica desde el centro de gravedad de la aeronave (donde todas las fuerzas de todos los pesos de la aeronave se encuentran en equilibrio) y siempre en vertical a través de una línea imaginaria que une el avión con la tierra.

La sustentación es el principal elemento que propicia que una aeronave se mantenga en vuelo y se puede definir como la fuerza que desarrolla un perfil aerodinámico moviéndose en el aire. Se ejerce desde abajo hacia arriba y es perpendicular al viento relativo y paralelo a la trayectoria de vuelo.

La sustentación se ve afectada por varios factores tales como la densidad del aire, la superficie alar, la curvatura del extradós, el ángulo de ataque o la velocidad del viento relativo.

La resistencia es la fuerza aerodinámica que se opone al movimiento de avance de la aeronave a través de la masa de aire. Depende de varios factores tales como pueden ser el tamaño de la superficie, la velocidad de movimiento, la densidad del aire y otras. La resistencia total que ofrece una aeronave puede ser de dos tipos: la resistencia parásita, que aumenta con la velocidad, es la generada por el rozamiento de todas las partes del avión expuestas al viento relativo (fuselaje, motores, tren de aterrizaje, antenas, ranuras, partes móviles, etc.). Por su parte, la resistencia inducida es la que se produce al generar sustentación y surge debido a la diferencia de presiones entre el intradós (alta presión) y el extradós (baja presión). Un efecto curioso producido por esta circulación del aire son los llamativos vórtices de punta del ala.

Finalmente, el empuje es proporcionado por el motor (o motores) del avión. Esta fuerza permite a la aeronave moverse a través de la masa de aire y es opuesta a la resistencia.

Estas cuatro fuerzas son claves en el entendimiento de la aeronáutica y, sin duda, estuvieron presentes de una forma u otra en la mente de los pioneros en el diseño de aeronaves. Desde que en el siglo IX el científico andalusí Ibn Abbas Firnás hizo el primer vuelo del que se tiene constancia histórica, hasta Leonardo da Vinci, que en el siglo XVI diseñó con todo lujo de detalles algunos artefactos que podrían haber volado, el reto fue siempre el mismo: lograr el equilibrio perfecto entre ellas.

 

 

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26/03/2018

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