¿Te has preguntado alguna vez cómo es posible que un avión, un pájaro o un insecto puedan volar? En este artículo vamos a explicarte de manera sencilla y clara los cuatro fundamentos del vuelo: la sustentación, el peso, la resistencia y la propulsión. ¡Descubre cómo funcionan estas cuatro fuerzas y cómo se combinan para permitir el vuelo de todo tipo de aeronaves y seres vivos!
Si bien suceden muchas cosas cuando un avión despega, es posible que se sorprenda al saber que solo hay 4 fuerzas involucradas cuando se habla del principio de vuelo. Vamos a facilitar su comprensión. Hoy te diremos todo lo que necesitas saber sobre las 4 fuerzas del vuelo, cómo interactúan y qué sucede en las distintas fases del vuelo.
El principio del vuelo
Las cuatro fuerzas que componen el principio del vuelo son sustentación, peso, arrastre y empuje. Todas las fuerzas interactúan juntas para determinar la trayectoria de un avión. La sustentación y el peso son fuerzas opuestas, al igual que el empuje y la resistencia. Todos son igualmente importantes y deben estar equilibrados para mantener un vuelo nivelado.
Si bien las 4 fuerzas se oponen entre sí, no todas actúan exactamente lo contrario.
¿La línea de fondo?
Algunas fuerzas (como el empuje) complementan otras fuerzas (como la sustentación) en determinadas circunstancias.
Una vez que conoce el principio del vuelo y las cuatro fuerzas, comprender lo que le sucede al avión es relativamente fácil. Saber un poco acerca de cómo un ala genera sustentación también puede ser beneficioso. Y para eso, necesitamos referirnos a un señor llamado Daniel Bernoulli.
Esto es lo que necesita saber…
¿Qué es el Principio de Vuelo de Bernoulli?
El principio de vuelo de Bernoulli es un concepto simple de entender. la teoria de bernoulli establece que si el flujo de un fluido se acelera, hay una caída de presión. El aire actúa como un fluido. Para los aviadores, esto significa que si el aire se acelera por encima de un ala, entonces hay una presión más baja por encima del ala que por debajo.
Esta aceleración es causada por las alas. comba, un término de aviación elegante que significa ‘curvado en la parte superior’. Una línea curva es más larga que una línea recta, lo que significa que el aire debe viajar más lejos para llegar al borde de salida del ala.
O, para ponerlo en realidad términos básicos, el aire se acelera.
¿Qué crees que sucede si hay alta presión debajo del ala y baja presión en la parte superior?
el ala se mueve arriba en el área de baja presión, y llamamos a esta fuerza elevar.
¿Cuáles son los 4 Principios del Vuelo?
Cuatro fuerzas trabajan juntas para determinar el comportamiento de una aeronave. Levantamiento, peso, empuje y arrastre. Estas fuerzas, de forma aislada, son relativamente simples de entender. Una vez que los conoce, su interacción y efecto en un avión son relativamente sencillos.
A continuación encontrará una lista que detalla cada principio de vuelo. Explicaremos la dirección en la que actúa la fuerza, su fuerza opuesta y los factores que afectan la magnitud de la fuerza.
Antes de comenzar, es útil discutir brevemente un par de términos que nos ayudarán a comprender el principio del vuelo. Los usaremos a menudo.
Y estan…
Vectores
Suena complejo, ¿verdad? Confía en nosotros, no lo es.
Para mantenerlo simple, un ‘vector’ es una línea imaginaria que tiene dos características: –
- Un vector actúa en una dirección dada.
- Un vector tiene una fuerza o magnitud dada
¡Eso es todo! Los vectores pueden combinarse para producir fuerzas resultantes.
Fuerzas resultantes
Las fuerzas resultantes son la combinación de dos vectores.
Dos vectores a 90 grados entre sí forman dos lados de un triángulo rectángulo. La hipotenusa es la fuerza resultante.
Para mantenerlo simple. Si aumenta cualquier vector, la fuerza resultante crecerá.
¿Por qué necesitamos saber acerca de las fuerzas resultantes?
La respuesta fácil es que ningún principio de vuelo existe de forma aislada. Todos interactúan. La comprensión de las fuerzas resultantes facilita la determinación de lo que sucederá con la aeronave.
Aquí están las cuatro fuerzas involucradas en el principio del vuelo, sus efectos y cómo funcionan.
Elevar
El vector actúa a través de: El centro de presión
Dirección del vector: 90° al caudal de aire relativo
Fuerzas opositoras: Peso
Cosas que influyen en la elevación:
Está bien, es un poco obvio, pero el ascensor es un buen lugar para comenzar ya que estamos hablando de aviones.
La sustentación es vital para garantizar un vuelo sostenido. Es generado principalmente por las alas, pero el estabilizador horizontal e incluso el fuselaje generan elementos más pequeños de sustentación.
La elevación actúa a través del centro de presión ya 90° del flujo de aire relativo.
Recuerda esa última frase. Es importante. Explicaremos por qué en un minuto.
Las alas no son del todo iguales y cambian de forma desde la raíz hasta la punta. Como resultado, generan diferentes cantidades de sustentación. El centro de presión describe la suma de estas diferentes cantidades. A menudo se expresa utilizando la línea de cuerda del ala como referencia.
Ahora…
Se le perdonaría pensar que el ascensor siempre actúa directamente.
Pero…
¿Recuerdas lo que dijimos arriba? Aquí, repitámoslo. El elevador siempre actúa a 90° del flujo de aire relativo. Normalmente, esta es la dirección de avance en la que se mueve el ala.
Entonces, si el avión está invertido, el ala en realidad generaría sustentación en un hacia abajo dirección. Del mismo modo, si estuviera volando verticalmente hacia arriba, el vector de sustentación actuaría hacia ¡el horizonte!
¿Por qué es este un concepto tan importante de entender?
Porque la orientación del vector de sustentación tiene un gran impacto en el comportamiento de la aeronave. Si bien puede actuar de manera opuesta al peso, también puede funcionar en la misma dirección o requiere la aplicación de otra fuerza para garantizar un vuelo sostenido.
Consulte nuestra sección a continuación sobre rectas y niveladas y subidas y bajadas para ver ejemplos realmente excelentes.
Peso
El vector actúa a través de: Centro de gravedad
Dirección del vector: Siempre hacia el Centro de la Tierra
Fuerza opositora: Elevar
Cosas que afectan el peso:
- ¿Cuánta masa se coloca a bordo de una aeronave, incluidos los pasajeros, el equipaje, el combustible y el equipo?
El peso es un concepto relativamente simple de entender. Cuantos más artículos haya a bordo de la aeronave, y cuanto mayor sea su masa, mayor será su peso.
Cada artículo se suma para calcular cuánto pesa el avión. Pero, ¿dónde actúa esta fuerza?
Fácil, a través del centro de gravedad.
El centro de gravedad es el punto a través del cual actúan todas las fuerzas de peso. ¿Una manera fácil de entenderlo? Considere el punto de «pivote» a través del cual actúa el peso, muy parecido al pivote central de un balancín. El avión también gira alrededor de su centro de gravedad.
Es vital tener en cuenta…
el centro de gravedad siempre actúa hacia el centro de la tierra, independientemente de la actitud u orientación de la aeronave.
Arrastrar
El vector actúa a través de: Centro de presión, 90° al centro del vector de sustentación
Dirección del vector: Hacia atrás
Fuerza opositora: Empuje
Cosas que afectan la resistencia:
- Densidad del aire
- Forma de avión
- Velocidad aerodinámica
- ¿Cuánto ascensor se está produciendo?
El arrastre actúa en una dirección hacia atrás, opuesta a la dirección en la que viaja la aeronave.
El arrastre se compone de numerosas partes. Algunos son causados por la forma de un objeto que se mueve a través del aire (resistencia de forma), mientras que otros son un subproducto de la sustentación (resistencia inducida).
Puedes leer más sobre el arrastre aquí. (NECESITA ENLACE)
Empuje
El vector actúa a través de: Centro de empuje
Dirección del vector: Adelante en la dirección en la que apunta el motor
Fuerza opositora: Arrastrar
Cosas que afectan el empuje:
- RPM del motor
- Velocidad aerodinámica
- Densidad del aire
- Altitud
El vector de empuje actúa en dirección hacia adelante y normalmente lo genera el motor del avión. Al agregar empuje (empujando el acelerador hacia adelante), podemos aumentar el vector de empuje, haciendo que la aeronave se mueva más rápido.
A estas alturas, los ojos de águila entre ustedes se habrán dado cuenta de que cambiar uno de los vectores afectará a los demás.
Pero aquí está la cosa (y es lo que hace que volar sea tan divertido).
Un avión es súper dinámico. ¡Puede moverse en tres dimensiones con posibilidades ilimitadas! Y explicar todas y cada una de las combinaciones posibles es casi imposible.
Entonces…
Necesitamos un punto de partida donde podamos ver fácilmente lo que está pasando al considerar el principio de vuelo. A partir de ahí, podemos explicar qué sucede cuando algo cambia en términos básicos.
Y llamamos a ese punto…
“Recta y nivelada”…
Recto y nivelado: las 4 fuerzas equilibradas
Entonces, estamos sentados en un vuelo, en el crucero, mirando por la ventana con una coca cola en una mano y un paquete de nueces en la otra.
Hermoso.
Si bien es agradable dentro del avión, pensemos en lo que sucede fuera del avión. Se trata de estar en equilibrio.
El vuelo recto y nivelado es el ejemplo perfecto de lo que sucede cuando todas las fuerzas de vuelo están en equilibrio.
Antes de ver los principios del vuelo, pensemos en lo que sucede cuando volamos en línea recta y nivelada. En los términos más básicos: –
- El avión no sube ni desciende
- El avión no acelera ni desacelera.
Eso solo puede significar una cosa.
Cada fuerza está igualando igualmente a su opuesto.
¿Lo quieres en términos un poco más técnicos?
- El vector de sustentación tiene el mismo tamaño en magnitud que su fuerza opuesta (peso)
- El vector de empuje coincide exactamente con el vector de arrastre
Para visualizar este concepto, imagine una simple cruz que corre vertical y horizontalmente. El eje vertical representa la sustentación y el peso. El eje horizontal, empuje y arrastre.
Todas las líneas o ‘vectores’ tienen la misma longitud.
¡Ves, te dijimos que era fácil!
¿Tienes un concepto general? vamos a tirar una subida y una bajada en la mezcla y ver qué cambia…
¿Cuáles son las fuerzas de vuelo en una escalada?
Para escalar, deben suceder dos cosas cuando se habla del principio de vuelo: –
- El vector de elevación debe exceder el vector de peso.
- El empuje debe exceder la resistencia.
Para hacer esto, el piloto hace dos cosas: –
- Lanzan el avión hacia arriba (aumentando el ángulo de ataque y, por lo tanto, la sustentación que produce el ala)
- Aumentan el empuje (evitando que la velocidad disminuya)
Imaginando nuestra ‘cruz’ que describimos arriba, dos de las líneas aumentan de tamaño. Dos vectores (ascensor y empuje) crecientes provocan una fuerza resultante.
¿En qué dirección crees que actúa esta fuerza resultante?
“Arriba” es la respuesta correcta. Sin embargo, hay un poco más en la historia…
¿Por qué?
¿Recuerdas lo que dijimos sobre la dirección del vector de sustentación y hacia dónde está orientado?
Está a 90° del flujo de aire relativo.
Si el avión está ascendiendo, el ala tiene un ángulo de ataque mayor y, por lo tanto, el vector de sustentación no está, de hecho, apuntando directamente hacia arriba.
También podemos suponer que no está actuando directamente opuesto al vector de peso (que siempre apunta directamente hacia abajo a través del centro de gravedad).
Pero, arriba, dijimos que el vector de sustentación debe excede el vector de peso para que el avión ascienda?
Es algo parecido a esto.
El vector de empuje generalmente actúa en la dirección en la que apunta el avión. Con el morro levantado, la fuerza resultante del empuje y la sustentación se combinan para superar el peso y hacer que el avión ascienda.
¿Cuáles son las fuerzas de vuelo en un descenso?
Las fuerzas de vuelo en descenso son fáciles de entender.
El ala del avión genera algo de sustentación, pero el peso del avión la supera. El vector de empuje también será pequeño, y si el avión apunta con el morro hacia abajo, la fuerza resultante del empuje y el peso combinados excederá la sustentación producida.
Una vez más, es importante tener en cuenta que el vector de peso siempre actúa directamente hacia abajo. Entonces, a menos que los vectores de sustentación y empuje (o la fuerza resultante de los dos) excedan el peso, el avión siempre descenderá.
¿Quieres una prueba del concepto anterior?
Al realizar un giro en un avión, deberá aplicar potencia (aumentando el empuje) y tirar ligeramente hacia atrás de la palanca (aumentando la sustentación).
Esto se debe a que cuando el avión se balancea, el vector de sustentación apunta en una dirección que no se opone directamente al vector de peso. Si no aplicara potencia y palanca trasera, el avión giraría, ¡pero también descendería!
Pensamientos finales
El principio del vuelo no es demasiado complejo. Solo hay 4 fuerzas para recordar; sustentación, peso, empuje y arrastre. Estas fuerzas interactúan y están todas vinculadas. Cómo se combinan determina el comportamiento del avión. La teoría aerodinámica no tiene por qué ser compleja. ¿Quieres más pruebas? Consulta nuestros cursos en línea. Hacen que el aprendizaje de la teoría de la aviación sea realmente fácil, ¡e incluso puedes completarlos en casa!
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