Un avión hecho por el hombre vuela de acuerdo con los mismos principios de la física que un pájaro: debe superar las fuerzas gravitatorias para lograr la sustentación y el vuelo. Las alas de un avión funcionan para generar el ascensor, y lo logran curvando el flujo de aire a su alrededor. Sin alas, un avión es un mero automóvil.
Fuerzas aéreas.
Las aeronaves y los pájaros pueden volar porque equilibran cuatro fuerzas: sustentación, peso, arrastre y empuje. Un avión despega en el aire cuando el ascensor -la fuerza que empuja hacia arriba en la superficie inferior de sus alas- excede el peso del avión debido a la fuerza de la gravedad. El levantamiento se crea por el flujo de aire alrededor del avión, especialmente alrededor de las alas. Arrastre es la fuerza de la resistencia del aire contra el movimiento del avión. Esta fuerza aumenta con el aumento de la velocidad de la aeronave, pero disminuye si el avión tiene una forma lisa o aerodinámica. El motor y el sistema de propulsión del avión, ya sea a propulsión o a propulsión, generan una fuerza de empuje para superar el arrastre.
Newton y Bernoulli
Dos científicos europeos explicaron los principios del vuelo de la aeronave. El físico inglés Isaac Newton (1642-1727) enumeró tres leyes del movimiento que son aplicables a todos los objetos en movimiento. La primera es que los objetos permanecen en reposo o en movimiento uniforme a menos que se vean obligados a cambiar por una fuerza externa. El segundo indica que una fuerza dirigida a un objeto hace que se acelere en la dirección de esa fuerza. El tercero establece que para cada fuerza, existe una fuerza igual y opuesta. El matemático suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) fue un pionero en el desarrollo de una explicación matemática para la dinámica de fluidos, la mecánica de cómo fluyen los líquidos y gases. Su hallazgo principal, conocido como el principio de Bernoulli, establece que a medida que aumenta la velocidad del flujo de aire, su presión disminuye.
Ángulo de ataque
Las alas del avión están diseñadas para inclinarse ligeramente desde la horizontal, también conocido como el camino de vuelo. Este ángulo de inclinación se denomina ángulo de ataque y es la variable más importante en la generación de sustentación. Un avión comienza a moverse cuando el piloto aplica el empuje del motor para hacer que el avión se desplace hacia adelante en el suelo. El piloto gira la aeronave hacia arriba levantando su nariz para aumentar el ángulo de ataque y lograr el despegue. Sin embargo, un ángulo de ataque demasiado grande parará el avión.
Curvatura de flujo
El levantamiento se genera por el aire que se curva alrededor de las alas de un avión. A medida que el flujo de aire golpea el borde delantero de un ala, se divide en dos, algunos fluyen a lo largo de la superficie superior y otros fluyen a lo largo de la superficie inferior. La forma de un ala es ligeramente asimétrica, con una mayor superficie en el lado superior. El flujo de aire se adhiere a la superficie superior a medida que se mueve entre los bordes anterior y posterior del ala, curvando y bajando la presión de acuerdo con el principio de Bernoulli. A medida que el avión gana velocidad, el ascensor aumenta de acuerdo con la segunda ley de movimiento de Newton. Esto, a su vez, aumenta la curvatura del aire en la superficie superior, lo que obliga a que haya más aire hacia abajo desde el borde posterior del ala. A medida que el avión se mueve a través del aire, la parte inferior del ala que se enfrenta al flujo de aire en el ángulo de ataque también desvía un poco de flujo de aire hacia abajo. Este flujo de aire descendente genera una reacción igual y opuesta en un flujo ascendente de aire a alta presión (la tercera ley de Newton), lo que aumenta la sustentación y mantiene el avión en el aire.
