Why do airplanes fly?

The millet questionón, ¿becauseé airplanes fly? Una pregunta fácil, pero con una respuesta más compleja e interesante de lo que te imaginas.

post writer by: Juan Matheus

the aviationón comercial ha estado presente en la vida del ser humano por algo más de un siglo. For this reasonón muchas personas hoy en día lo ven como algo normal y ya no hay la capacidad de asombro de cómo logramos conquistar los cielos. This is why it is worth starting a series of posts that help #AvGeeks and people in general, a entender cómo es que un avión today in día logra llevarnos de A a B en tan poco tiempo y todo lo que esto conlleva.

This new series of deliveries that aim to inform, educar y enseñar sobre aspectos técnicos a gente que no tiene una formación tétechnique, but yesí el deseo de aprender y su pasión for aviationón trataremos temas interesantes gracias a Juan, new blog contributor.

¿Becauseé airplanes fly?

Sin más preáBlot, lo primero que debemos resolver es los principios físicos básicos que gobiernan el vuelo de una aeronave. Lo primero que debemos reconocer es la presencia de ciertas fuerzas físicas que afectan a un objeto, en este caso un avión in flight. Debemos reconocer en un avión 4 fuerzas físicas muy importantes y que están relacionadas entre sí por las leyes de Newton que todos habránoído alguna vez. Two of them are exerted vertically (Axis y) and two of them horizontally (eje X). Esta es quizá una simplificación (we live in a 3d world) sin embargo es suficiente para nuestro propósite.

Para que un avión pueda volar, must be able to overcome two key forces: La resistencia aerodinámica que es una fuerza que actúa horizontalmente (pensemos en “arrastre”) y la gravedad que lógicamente atrae a un objeto al suelo, es decir actúa de forma vertical (ya veremos por qué el peso de una aeronave es un factor clave y limitante en la aviación). Each of them, has its counterpart: El empuje y la sustentación. Cuando el empuje y la sustentación son mayores que el peso de la aeronave y el efecto de arrastre (que puede ser la fricción de la pista con las ruedas en tierra o la resistencia del aire) podemos tener un avión that flies. Más adelante veremos otros componentes del diseño de los aviones modernos que contribuyen a vencer estas fuerzas.

When an avión isá volando a velocidad crucero y a una altitud fija, el empuje y el arrastre son de igual magnitud y diferente sentido y lo mismo pasa con el peso y la sustentación. Cualquier desequilibrio en cualquiera de estas fuerzas se traduce en una aceleración o desaceleración (horizontal o vertical). Esto es tan solo una prueba de las leyes del movimiento de Newton en acción.

Once más, simplifying things, podemos observar que la sustentación of a grandfatherón (the force that pushes the aircraft up) it is due to the wings (and in particular its shape) and the thrust is given by the motors. Esto puede parecer quizá obvio pero no fue fácil entender la aerodinámica, una rama de la física que hasta hace poco parecía “magia negra” pues la matemática detrás de ella es muy compleja y hasta el día de hoy no hemos logrado encontrar la solución a muchas ecuaciones que la gobiernan y tan solo hemos podido simular sus efectos a través de una computadora. Sin entender las fuerzas aerodinámicas no podríamos haber desarrollado la aviación moderna y se lo debemos en parte al científico suizo Daniel Bernoulli. In other words, not every object that has enough thrust (two jet turbines for example) couldá volar.

El Airfoil

Anteriormente hablamos de las fuerzas aerodinámicas y como contribuyen a que un avión pueda volar.

Ahora vamos a enfocarnos en cómo se genera sustentación, que es la fuerza aerodinámica responsable de que una aeronave pueda elevarse, and máIt's important, stay in the air.

air is a fluid. No solo los líquidos lo son. En el caso del aire existen diferentes presiones en nuestra atmósfera y que ejercen una fuerza sobre el mismo (más adelante veremos otros factores atmosféricos como la temperatura y que también juegan un papel importante). And if we talk about movement, no podemos evitar pensar en la velocidad como una forma de saber que tan rápido se mueve algún objeto.

Ahora que sabemos cuáles son algunos de los factores que influyen en el movimiento de un fluido, podemos concluir que la presión y la velocidad del aire son las variables que quisiéramos controlar para que un avión pueda surcar los cielos sin contratiempos. El principio de Bernoulli justamente describe cual es la relación entre esas dos variables. In a nutshell, el principio de Bernoulli dice que la velocidad y la presión de un fluido son inversamente proporcionales. Namely, If the velocity of a fluid increases, I took itón disminuye y viceversa. If you are interested, you can search for videos about experiments in a Venturi tube so that you can observe it better.

But, ¿thaté tiene que ver todo esto con un avión? Well, all. Arriba mencionamos que la forma del ala de un avión es lo que genera la sustentación para que este se mantenga en el aire. Well, it's exactly that way., conocida como airfoil o perfil aerodinámonkey, which makes us control Bernoulli's principle in our favor. Para que un avión se mueva, we must move the air around it. Y ya sabemos que un fluido se mueve si existe un diferencial de presión. The purpose of an aircraft wing is, then,  generar un diferencial de presión para que el aire pueda fluir.

If we look at the image of the airfoil we can, por simple inspección visual ver que el “recorrido” de una partícula de aire sobre el borde superior será distinto al recorrido si lo hace por debajo del ala. away from the wing, I took itón del aire es atmosférica. As the air gets closer, what we call relative wind vamos a ver que se crea una distribución en gradiente de la presión alrededor del airfoil.

Existen muchas teorías y formas de explicar cómo es que en la parte superior del ala tenemos alta velocidad y baja presión y lo opuesto en su lado inferior sin embargo es algo demasiado complejo para desarrollarlo aquí.

In conclusionón, el perfil alar nos brinda el diferencial de presión que buscábamos y que genera la sustentación. Becauseé el resultado es una fuerza que va para arriba y no al revés? El diferencial de presión es mayor abajo que arriba. increased speed, menor presión. Literally, la parte inferior “presiona” the air up.

Este tema es bastante complejo y requiere leerlo y releerlo para poder entender mejor la lógica detrás de la física.