Perché le ali sono utili per il volo?

Un'ala è una superficie progettata per deviare l'aria. Il suo profilo, curvo nella parte superiore con il bordo d'uscita inclinato verso il basso, costringe l'aria che scorre sopra a cambiare direzione e a defluire verso il basso. Per la terza legge di Newton, quando l'ala spinge l'aria verso il basso, l'aria spinge l'ala verso l'alto. Dal punto di vista della pressione, l'aria accelera sopra la superficie superiore e decelera sotto quella inferiore, cosicché la pressione sopra l'ala è inferiore a quella sotto: questa differenza, integrata su tutta la superficie, è la portanza. Entrambe le descrizioni sono la stessa fisica, viste da angolazioni diverse.

La portanza cresce con il quadrato della velocità, con la superficie alare e con l'angolo di attacco. Un aereo di linea genera con le sue ali una forza pari al proprio peso, in cambio di una resistenza che ne rappresenta solo una frazione: il rapporto di volo plananto di un jet di linea è di circa 17 a 1, quello di un aliante supera 50 a 1. Ciò significa che i motori devono fornire solo una spinta pari a una piccola parte del peso. Un razzo, che non ha ali, deve vincere tutto il proprio peso con spinta diretta e consuma carburante a un ritmo molto più alto.

Ali lunghe e sottili, come quelle di un aliante, generano portanza con poca resistenza indotta, ma sono pesanti e difficili da manovrare. Ali corte e a freccia, come quelle di un caccia, compromettono l'efficienza a basse velocità, ma permettono di volare velocemente. Gli aerei di linea cercano un equilibrio con freccia moderata, alto allungamento e dispositivi di ipersostentazione, flap e slat, che aumentano curvatura e superficie quando serve decollare e atterrare a basse velocità.