Por que os aviões flutuam no ar?

Um balão de ar quente ou um dirigível realmente flutua: contém um gás menos denso do que o ar ao redor, de modo que a força de flutuação de Arquimedes supera o seu peso. Um avião é o contrário, uma máquina mais pesada que o ar. Um jato de fuselagem estreita pesa cerca de 70 a 80 toneladas na decolagem, enquanto o ar que ocupa o seu volume pesa apenas algumas dezenas de quilos. Nada o mantém no ar por flutuação. Na verdade, ele permanece no alto por um trabalho constante: os motores o impulsionam para frente, e as asas transformam essa velocidade numa força vertical. Assim que a velocidade de voo desaparece, a sustentação também desaparece, e o avião desce. A sensação de flutuar durante o cruzeiro surge pela falta de referências visuais próximas naquela altitude e pela estabilidade do voo, mas a asa trabalha a cada instante.

A asa é um perfil curvo que se move para frente com um ligeiro ângulo em relação ao fluxo de ar. O ar ao seu redor se curva e escoa para baixo na borda de fuga; pela terceira lei de Newton, o ar empurra a asa para cima quando a asa empurra o ar para baixo. Vista do ponto de vista da pressão, o ar sobre a superfície superior acelera e a pressão diminui, enquanto sob a superfície inferior ela aumenta: a diferença, integrada sobre toda a superfície, é a sustentação. Ambas as descrições são a mesma física. O que não é correto é a explicação popular de que o ar de cima precisa alcançar a borda de fuga ao mesmo tempo que o ar de baixo; na verdade, ele chega antes. A sustentação aumenta com o quadrado da velocidade, com a densidade do ar, com a área da asa e com o ângulo de ataque, até que o fluxo se separe e a asa entre em perda.

Em voo nivelado, a sustentação iguala o peso e o empuxo iguala o arrasto. Se os pilotos querem subir, aumentam a potência ou o ângulo de ataque; se querem descer, diminuem um dos dois. Mesmo um avião sem motores não cai como uma pedra: ele plana, trocando altitude por velocidade, e um avião comercial pode percorrer 15 a 20 km horizontalmente para cada 1.000 m de altitude perdida. É por isso que os planadores voam durante horas sem motor, procurando correntes de ar ascendentes. O que um avião faz é, em última análise, cair muito lentamente para frente, enquanto os motores compensam a perda de energia.

A outra interpretação da pergunta também tem resposta. Os aviões terrestres não são projetados para amerissar, mas a fuselagem pressurizada é um tubo quase hermético, e as asas contêm tanques que, vazios ou quase vazios, fornecem volume adicional. As normas de certificação exigem analisar o comportamento numa amerissagem de emergência e disponibilizar saídas de emergência e botes salva-vidas. Em janeiro de 2009, um Airbus A320 da US Airways amerissou sem empuxo em nenhum dos motores no rio Hudson e permaneceu boiando tempo suficiente para evacuar todos os ocupantes. Já os hidroaviões e anfíbios com flutuadores ou casco em forma de barco são, de fato, construídos para boiar e decolar rotineiramente da água.