Come fa un aereo a rimanere in volo?

Su ogni aereo in volo agiscono le stesse quattro forze. Il peso lo tira verso il suolo. La portanza, generata dalle ali mentre si muovono nell'aria, agisce verso l'alto e contrasta il peso. La spinta di eliche o motori a getto spinge l'aereo in avanti, e la resistenza si opone a essa. Quando l'aereo vola a quota e velocità costanti, queste forze si annullano esattamente: la portanza equivale al peso, la spinta equivale alla resistenza. Non c'è una forza risultante, e per questo, secondo la prima legge di Newton, l'aereo continua semplicemente a fare ciò che stava già facendo — volare dritto e livellato. Non è sostenuto da nulla di esotico; si trova semplicemente in equilibrio.

Questo equilibrio non si stabilisce da solo, e gran parte del compito di un pilota — o di un autopilota — consiste nel mantenerlo. La portanza dipende fortemente dalla velocità dell'aria e dall'angolo di attacco dell'ala. Se l'aereo decelera, la portanza scende sotto il peso e inizia a scendere; il pilota compensa alzando leggermente il muso, aumentando l'angolo di attacco o aumentando la potenza. Poiché durante un volo lungo il carburante viene consumato, l'aereo diventa più leggero e quindi ha bisogno di un po' meno portanza. Per questo gli aerei di linea salgono tipicamente a gradini verso un'aria più rarefatta, dove l'ala, alla stessa velocità, genera esattamente la portanza ora necessaria. I compensatori (trim) e le regolazioni dello stabilizzatore permettono all'equipaggio di mantenere l'equilibrio senza dover intervenire costantemente sui comandi.

Chi capisce questo equilibrio capisce anche cosa succede quando viene disturbato. Se i motori si fermano, la spinta scompare, ma non la portanza: l'aereo scambia quota per velocità e plana, percorrendo tipicamente circa 15 km per ogni chilometro di quota persa su un aereo di linea moderno — per questo i guasti ai motori sono generalmente superabili. Se il pilota alza troppo il muso a bassa velocità, il flusso d'aria sull'ala si separa e la portanza collassa in uno stallo; il recupero consiste nell'abbassare il muso e riprendere velocità, in modo che l'ala torni a funzionare. In una virata, parte della portanza viene inclinata lateralmente per cambiare direzione, quindi l'ala deve generare in totale più portanza che in volo livellato, cosa che il pilota percepisce come un aumento del fattore di carico (g). In ogni caso, l'aereo resta in volo solo finché è possibile riportare in equilibrio le quattro forze.