¿Por qué los aviones pueden volar?

Todo vuelo se explica con cuatro fuerzas. El peso tira del avión hacia el centro de la Tierra. La sustentación, generada casi por completo por las alas, actúa hacia arriba. El empuje de los motores lo impulsa hacia delante. La resistencia del aire se opone a ese avance. Cuando la sustentación iguala al peso y el empuje iguala a la resistencia, el avión vuela recto y nivelado a velocidad constante; cualquier desequilibrio lo hace subir, bajar, acelerar o frenar. La destreza del diseño y del pilotaje consiste en gobernar esas fuerzas con precisión.

El ala es un perfil curvado que se enfrenta al aire con un ligero ángulo, el ángulo de ataque. Al avanzar, obliga al flujo a curvarse y a salir hacia abajo por el borde de salida. Por la tercera ley de Newton, si el ala empuja el aire hacia abajo, el aire empuja el ala hacia arriba. Esa desviación se manifiesta como una diferencia de presión: el aire que rodea la cara superior se acelera y su presión baja, mientras que en la inferior la presión es mayor. La explicación popular de que el aire de arriba «tiene que llegar a la vez» que el de abajo es incorrecta, aunque el resultado de presiones sí lo es. La sustentación crece con el cuadrado de la velocidad, con la densidad del aire, con la superficie del ala y con el ángulo de ataque hasta un límite: si ese ángulo es excesivo, el flujo se desprende, la sustentación cae de golpe y el avión entra en pérdida.

Sin velocidad no hay sustentación, y la resistencia del aire trata constantemente de restarla. El empuje de hélices o turbinas compensa esa resistencia. En un turbofán, un gran ventilador acelera una enorme masa de aire hacia atrás; en un motor de pistón, la hélice hace lo mismo con menos caudal. Un planeador prescinde del motor y obtiene la velocidad descendiendo suavemente, cambiando altura por velocidad, exactamente como un ciclista en una bajada.

Al levantar el morro, el ángulo de ataque aumenta y también la sustentación; al añadir potencia, el avión acelera y sube. Los pilotos combinan actitud y potencia para cambiar de altura sin perder velocidad. Un avión de línea que despega a unos 280 km/h con flaps extendidos necesita esa configuración porque a baja velocidad el ala limpia no sustentaría el peso; en crucero, a 850 km/h y con el ala recogida, la misma superficie genera sustentación de sobra con un ángulo de ataque de apenas unos grados.