FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL VUELO DE UN AVIÓN

1. FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL VUELO DE UN AVIACIÓN
Durand Porras, Juan Carlos (Docente Asesor)
Alvarez Reyes, Luis Antonio
Zambrano Romero, Jhonny
Universidad Privada del Norte (UPN-LIMA), Escuela de Ingeniería Industrial
RESUMEN
La verdad es que todos alguna vez nos hemos preguntado por qué un avión vuela. Cuál es la razón de que un
avión de 200 toneladas levante y se eleve hasta los 12.000 metros de altitud, para volver a bajar y frenarse en
sólo 2.000 metros. Pues bien, existe un principio físico que da explicación a este hecho. Aunque posee una gran
complejidad, su resumen es relativamente sencillo. El principio se conoce como "Principio de Bernoulli", y
afirma que en un fluido ideal, la energía del fluido es constante a lo largo de la trayectoria. Esto implica una
relación en la que intervienen la velocidad del fluido, su densidad, su presión, la aceleración de la gravedad y
la altura (en aviación, se considera altura 0 la altura a nivel del mar).
La relación es la siguiente: V2d/2+ P+ dgh= constante (V= velocidad, d= densidad del fluido, P= presión del
fluido, g= aceleración de la gravedad, h= altura a nivel del mar).Las energías que afectan a los fluidos son la
mecánica (cinética y potencial) y la energía de flujo, que deriva de su presión. Este principio se sustenta sobre
otro, el llamado "Efecto Venturi", que afirma que la velocidad de un fluido es mayor cuanto menor es su
presión.
El fluido considerado es el aire, y para que se cumpla la ecuación, es necesario que se den unos requisitos:
El caudal (cantidad de fluido que pasa por una sección o superficie) ha de ser constante.
No se considera la viscosidad del fluido.
La densidad también será constante.
Esta parte está contenida en la Dinámica de Fluidos, y estas teorías, junto con la de Pascal, son de vital
importancia. El flujo en el ala y la sustentación.
Si nos preguntan qué hace que los aviones vuelen, todos dudamos entre alas y motores. La teoría de Bernoulli
hace referencia a presiones y velocidades, algo que afecta directamente al ala. La función del ala es sustentar.
La del motor, propulsar. Cualquier aparato con "alas" y con una velocidad inicial suficiente, volará.
Se parte de un objetivo: lograr una sustentación. Para ello, se toman dos puntos de referencia distintos: la cara
inferior del ala (intradós) y la cara exterior (extradós). La sustentación se logra cuando el aire que fluye bajo el
intradós se ve sometido a una presión mayor que en extradós. Para ello, los ingenieros pensaron en cómo hacer
que un fluido exactamente igual, se comportase de diferente manera en cada cara. Siguiendo lo afirmado por
Venturi, sabemos que para disminuir la presión, aumentamos la velocidad del aire (que sigue un flujo laminar,
en láminas no secantes). Esto se logra modificando el perfil del ala, curvando la superficie del extradós.
Explicado de otra manera, si el aire quiere encontrarse de nuevo consigo mismo al final del ala, debe aumentar
la velocidad en aquel camino que es más largo (extradós).
Este perfil de ala es aplicable a aeronaves comerciales. En las aeronaves de combate, se utilizan perfiles mucho
más complejos, adaptados a condiciones mucho más extremas (los cazas, durante sus maniobras, experimentan
elevadas "g").
Palabras Clave: Principio Físico, Fuerzas, Avión.
Introducción
La aeronáutica como parte de la Física, es la disciplina que se dedica al estudio, diseño y
manufactura de aparatos mecánicos capaces de elevarse en vuelo, así como el conjunto de las
técnicas que permiten el control de aeronaves. La aeronáutica también engloba

2. la aerodinámica, que estudia el movimiento y el comportamiento del aire cuando un objeto se
desplaza en su interior, como sucede con los aviones. Estas dos ramas son parte de la física.
No debe confundirse con el término aviación (referido al manejo de aviones), si bien en la
práctica no es extraño oír cómo se utiliza un término para referirse al otro. Así, por ejemplo,
es correcto hablar de un ingeniero aeronáutico, ya que se trata de una carrera académica, pero
en cambio debe hablarse de historia de la aviación.
El ser humano empezaba a idear formas de volar ya antes del inicio de la investigación
científica de la aeronáutica. En la leyenda griega, Ícaro y su padre Dédalo construyeron alas a
partir de plumas de pollo, y las pegaron con cera, para escapar de una prisión. Ícaro voló muy
cerca del sol, esto provocó que se derritiera la cera y cayó al mar, donde murió ahogado.
Cuando la gente empezó a estudiar de forma científica el modo de volar, se empezaron a
entender lo básico en relación al aire y la aerodinámica.
El primer intento científico de vuelo lo llevó a cabo Abbás Ibn Firnás, en Córdoba, donde
planeó desde una torre de la ciudad en dos oportunidades, primero con una amplia lona y
luego con alas de madera y tela, en el siglo IX. Entre los científicos que iniciaron el estudio de
la aeronáutica estaba Leonardo da Vinci. Da Vinci estudió el vuelo de los pájaros para
desarrollar esquemas para una de las primeras máquinas voladoras, a finales del siglo
XV d. C. Sus esquemas, sin embargo, como el del ornitóptero, que falló al momento de ser
puesto en práctica. Las máquinas de aleteo que había diseñado eran muy pequeñas para
elevarse lo suficiente, en algunos casos, o muy pesadas para ser operadas por humanos. Sin
embargo, en 1793, Diego Marín Aguilera, mecánico de Coruña del Conde (Burgos, España),
consiguió hacer volar un artefacto de este tipo, pilotado por él mismo, 431 varas castellanas
(360 m), y se vio obligado a aterrizar por la rotura de una de las articulaciones de las alas. A
pesar de que el ornitóptero sigue siendo un tema de interés para ciertos grupos de aficionados,
este instrumento fue reemplazado por el planeador en el siglo XIX.
Sir George Cayley diseñó diversos modelos de planeador desde 1804 en adelante; el primer
planeador tripulado, el "Coachman Carrier" (que puede ser traducido literalmente como el
transporte del conductor, ya que el primero que tripuló sus inventos fue el conductor de sus
carros), tiene la atribución de haberse elevado en el año 1853. Voló unos 130 metros
aproximadamente, a través de un valle en Brompton-by-Sawdon, cerca
de Scarborough (ambos en el condado de Yorkshire, Inglaterra).
Cuando se inventaron los motores de explosión interna, suficientemente pequeños como para
poder propulsar con ellos un artefacto volador, se inició una carrera entre dos posibilidades de
vuelo: los más ligeros que el aire (dirigibles) y los más pesados que el aire (aeroplanos).
Desarrollo del Tema y metodología
Al citar este cuestionamiento son muchas las respuestas y definiciones que se orientan al
objeto en sí del vuelo de un avión. Es difícil de interpretar y explicar, pero a su vez implica un
avance muy importante para el diario vivir, defensa aeroespacial, transporte, salvamento, etc.
Es así que el vuelo propiamente tal se interpreta como el efecto físico que se ve con respecto a
un cuerpo u objeto al ser su normal igual a cero. De acuerdo a lo anterior hago referencia a
uno de los componentes que intervienen en la elevación de un aeroplano, llamamos a este
concepto sustentación. Este término hace referencia a un teorema que posee directa relación

3. con el efecto de Bernoulli este consiste en un principio básico del comportamiento de fluidos.
En efecto lo anterior sugiere que producto de una diferencia de presiones en un perfil alar del
avión o aeroplano, debe cumplirse lo siguiente:
1. Producto del paso o corte del movimiento de la corriente de aire relativa a un perfil
alar su velocidad es igual y en sentido opuesto a la velocidad de la aeronave. Es por
ello que al pasar el fluido por un estrechamiento las partículas aumentan su velocidad.
2. Las alas están diseñadas para que obliguen al viento a fluir con mayor velocidad sobre
la superficie superior que sobre la superficie inferior, por lo que la presión sobre esta
última es mayor que sobre la superior.
Esto hace un fiel reflejo a la fuerza aerodinámica generada cuando una corriente de aire fluye
sobre y por debajo de un perfil. El punto donde este se divide se le designa “punto de
impacto”. La fuerza aerodinámica es la resultante de dos fuerzas que desempeñan un rol
importante y estas son: sustentación y resistencia al avance.
El principio de Bernoulli
El principio de Bernoulli puede representarse mediante la siguiente fórmula:
• Si poseemos un perfil alar con sus superficies iguales a la aeronave, necesariamente
deberá aumentar su ángulo de ataque.
• De este modo podemos hacer referencia que la presión es preponderante en la
producción de la sustentación lo que se desprende del análisis de la siguiente
ecuación:
donde: L es la sustentación; , el coeficiente de sustentación, ρ, densidad del aire;
V, la velocidad del aeronave; y S, la superficie alar.
Además a mayor altura la densidad del aire disminuye; por lo cual la sustentación
disminuye, para mantener el vuelo recto y nivelado se deberá aumentar la velocidad.
Demostrando el efecto que se produce para elevar un aeroplano podemos afirmar que
a través de los inicios de la conquista de los cielos el avión y otros vehículos
voladores, más pesados que el aire, todavía están en su juventud. Es por esto que
podemos decir que tras los decenios pasados y los que quedan por vivir se esperan
progresos notables en este campo, es por ello que para que vuele un avión prevalecerá
que:
y, por tanto, la sustentación iguala al peso.

4. Resultados
El tubo aerodinámico se emplea como modelo de estudio del comportamiento de los fluidos.
El tubo aerodinámico fue la base para comprender la física del vuelo primero y la dinámica de
gases en general después. El mismo, en la forma en que lo elaboró Ziolkovsky es un tubo que
forma un circuito cerrado, un motor por lo general eléctrico mueve un compresor el cual
impulsa el gas en el interior del tubo, el tubo tiene 2 zonas significativamente diferenciadas, la
zona de trabajo y la zona de retorno por donde el aire retorna a ser impulsado por el
compresor (éste como se ha aclarado es el tubo diseñado por Ziolkovxky, otros tubos pueden
no utilizar un circuito cerrado y por tanto tener exclusivamente la zona de trabajo). En la zona
de trabajo, en su longitud está dividido en cámaras cuya división se manifiesta por
engrosamientos o estrechamiento del tubo. Cada cámara suele tener algún sensor para
determinar la presión y/o la velocidad del fluido.
Entender el funcionamiento del tubo se remite a entender que si el compresor transmite
una presión está varía al llegar a una cámara cuya sección es diferente, observándose que si la
sección se estrecha la velocidad aumenta y al revés, el caudal se mantiene constante, por tanto
se mantiene en todo momento la ecuación que regula que varían la presión cuando varía la
sección (la cantidad de flujo del fluido). Si se realiza una medida en el manómetro , se
observa que la presión ha caído en el estrechamiento. Dado que la parte ancha tiene más
presión, el fluído es empujado con mayor velocidad hacia la parte estrecha. el mismo
principio observado en el terreno de la hidráulica se conoce como el principio de Bernoulli.
La principal diferencia con los gases es que estos pueden comprimirse y dilatarse más
fácilmente. Al disminuir la presión, el aire se dilata y la densidad baja, esto conlleva un
cambio de velocidad. Colocando varios manómetros a los largo de las cámaras, puede
observarse dicho comportamiento. La sección más estrecha del tubo es conocida como
sección crítica y presión crítica a la presión que registra en dicha zona el manómetro.
Discusión
La explicación correcta para explicar porque vuela un avión tiene que ver con Newton y la
acción y la reacción, pero también con el ángulo del ala frente al aire que le viene de frente, lo
que se llama ángulo de ataque.
Cuando un objeto se mueve a través de un fluido, y el aire lo es, las moléculas del fluido
tienden a permanecer en contacto con el objeto en cuestión debido al efecto Canada, lo que en
el caso del ala provoca un desplazamiento hacia abajo del aire que pasa por su parte superior.
El desplazamiento de esta masa de aire hacia abajo, y pueden ser muchos kilos por segundo
los que se desplazcen, produce un fuerza hacia abajo que es contrarrestada por otra fuerza
hacia arriba producida por la tercera ley de Newton, también conocida como la Ley de acción
y reacción, y esta fuerza que empuja hacia arriba es la responsable fundamental de que un
avión vuele.
Conclusión:
Gracias a la Física podemos establecer y comprobar que tanto en aviación y otros campos se
encuentra presente la materia y la energía, siendo estas las que establecen las leyes que

5. explican los fenómenos naturales, excluyendo los que modifican la estructura molecular de
los cuerpos.
Asimismo, sobre porque un avión vuela, se puede llegar a una conclusión correcta y lógica:
- Las capas de aire alrededor del ala se van curvando suavemente, produciendo una zona de
baja presión en el extradós (explicación Venturi/Bernoulli).
- La curvatura de las láminas de aire se producen por la viscosidad del aire y la existencia de
una capa límite (explicación Canada)
- El aire saliente lleva una dirección inclinada hacia abajo, produciendo una fuerza hacia
arriba en el ala (explicación Newton)
Referencias
[1] Gamow. G, (1980 primera edición 171) Biografía de la Física, Madrid - España
[2] Paul Allen Tipler y Gene Mosca, (6 edición 2010) Física para la ciencia y la tecnología, Madrid - España
Datos de Contacto:
1. Durand Porras, Juan Carlos
[Docente Asesor]
Universidad Privada del Norte –
Lima
jdu@upnorte.edu.pe
2. Alvarez Reye, Luis Antonio Universidad Privada del Norte –
Lima
367516@upnorte.edu.pe
3. Zambrano Romero, Jhonny Universidad Privada del Norte –
Lima
367518@upnorte.edu.pe

6. explican los fenómenos naturales, excluyendo los que modifican la estructura molecular de
los cuerpos.
Asimismo, sobre porque un avión vuela, se puede llegar a una conclusión correcta y lógica:
- Las capas de aire alrededor del ala se van curvando suavemente, produciendo una zona de
baja presión en el extradós (explicación Venturi/Bernoulli).
- La curvatura de las láminas de aire se producen por la viscosidad del aire y la existencia de
una capa límite (explicación Canada)
- El aire saliente lleva una dirección inclinada hacia abajo, produciendo una fuerza hacia
arriba en el ala (explicación Newton)
Referencias
[1] Gamow. G, (1980 primera edición 171) Biografía de la Física, Madrid - España
[2] Paul Allen Tipler y Gene Mosca, (6 edición 2010) Física para la ciencia y la tecnología, Madrid - España
Datos de Contacto:
1. Durand Porras, Juan Carlos
[Docente Asesor]
Universidad Privada del Norte –
Lima
jdu@upnorte.edu.pe
2. Alvarez Reye, Luis Antonio Universidad Privada del Norte –
Lima
367516@upnorte.edu.pe
3. Zambrano Romero, Jhonny Universidad Privada del Norte –
Lima
367518@upnorte.edu.pe