Por que um avião consegue vencer a gravidade?

A formulação habitual sugere uma luta entre duas forças, e vale a pena corrigir essa ideia. A gravidade atua sobre um Boeing 787 em velocidade de cruzeiro exatamente como sobre o mesmo avião no solo: o seu peso não diminui nem um grama a 11.000 metros de altitude. O que realmente acontece é que surge outra força, de origem completamente diferente, que a equilibra. Quando duas forças opostas têm a mesma magnitude, a força resultante é nula e o corpo mantém o seu estado de movimento: é a primeira lei de Newton, e não há mais nada por detrás do voo horizontal.

O mesmo princípio explica por que uma mesa "vence" a gravidade ao sustentar um copo, ou por que um navio não se afunda. O que distingue o avião é a origem da força que o equilibra: não um apoio sólido nem a flutuação hidrostática, mas a interação dinâmica entre uma superfície e um fluido que se move em relação a ela.

A asa, ao avançar, desvia para baixo uma massa considerável de ar. Pela terceira lei de Newton, o ar reage empurrando a asa para cima com igual intensidade. Vista do ponto de vista da pressão, o fluxo curvado sobre a superfície superior acelera e a sua pressão diminui, enquanto sob a superfície inferior a pressão é ligeiramente maior; o integral dessa diferença em toda a área da asa é a sustentação. São duas descrições do mesmo fenómeno, não duas causas distintas.

A magnitude cresce com o quadrado da velocidade, com a área da asa, com a densidade do ar e com o ângulo de ataque. A única condição real para se manter no ar é, portanto, manter um fluxo de ar suficiente sobre a asa. Os motores não sustentam o avião — num avião comercial, o seu impulso situa-se na ordem de 25 a 30% do peso, muito abaixo do que seria necessário para o manter na vertical —, apenas compensam a resistência aerodinâmica para manter a velocidade necessária.

Manter-se no ar tem um preço. Gerar sustentação provoca resistência induzida, a energia perdida nos vórtices nas pontas das asas, e o avanço gera resistência parasita. O combustível é consumido inteiramente para vencer essa resistência, não a gravidade. A eficiência de um desenho mede-se pela sua razão de planeio: cerca de 17 num avião comercial moderno, mais de 50 num planador de competição e cerca de 4 num caça supersónico.

Aqui torna-se evidente a diferença entre equilibrar e vencer. Um planador não tem motor e permanece horas no ar; desce muito lentamente em relação ao ar circundante, enquanto procura massas de ar ascendente que subam mais rápido do que ele desce. Um helicóptero consegue o mesmo com uma asa que gira em vez de avançar. Um foguete, pelo contrário, opõe-se de facto diretamente à gravidade, pois fora da atmosfera não há ar que possa ser desviado: tem de gerar um impulso superior ao seu peso, pago com um consumo de combustível incomparavelmente maior. Esta comparação resume a vantagem do avião: usar um fluido externo permite transportar toneladas com uma fração da energia que exigiria um impulso puramente vertical.