¿Cómo vuelan los aviones?

Usar el aire para crear un vuelo

El aire es una sustancia física que tiene peso. Tiene moléculas que se mueven constantemente. La presión del aire es creada por las moléculas que se mueven. El aire en movimiento tiene una fuerza que levanta cometas y globos hacia arriba y hacia abajo. El aire es una mezcla de diferentes gases; oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno. Todas las cosas que vuelan necesitan aire. El aire tiene el poder de empujar y tirar de pájaros, globos, cometas y aviones. En 1640,  Evangelista Torricelli  descubrió que el aire tiene peso. Al experimentar con la medición de mercurio, descubrió que el aire ejerce presión sobre el mercurio.

Francesco Lana usó este descubrimiento para comenzar a planificar una aeronave a fines del siglo XVII. Dibujó una aeronave en papel que usaba la idea de que el aire tiene peso. La nave era una esfera hueca a la que se le quitaba el aire. Una vez que se eliminó el aire, la esfera tendría menos peso y podría flotar en el aire. Cada una de las cuatro esferas estaría unida a una estructura similar a un barco, y luego toda la máquina flotaría. El diseño real nunca se probó.

El aire caliente se expande y se esparce y se vuelve más liviano que el aire frío. Cuando un globo está lleno de aire caliente, se eleva porque el aire caliente se expande dentro del globo. Cuando el aire caliente se enfría y sale del globo, el globo vuelve a bajar.

Cómo las alas levantan el avión

Las alas del avión están curvadas en la parte superior, lo que hace que el aire se mueva más rápido sobre la parte superior del ala. El aire se mueve más rápido sobre la parte superior de un ala. Se mueve más lento debajo del ala. El aire lento empuja hacia arriba desde abajo mientras que el aire más rápido empuja hacia abajo desde arriba. Esto obliga al ala a elevarse en el aire.

Las tres leyes del movimiento de Newton

Sir Isaac Newton propuso tres leyes del movimiento en 1665. Estas leyes ayudan a explicar cómo vuela un avión.

1. Si un objeto no se mueve, no empezará a moverse por sí solo. Si un objeto se está moviendo, no se detendrá ni cambiará de dirección a menos que algo lo empuje.
2. Los objetos se moverán más y más rápido cuando se empujen con más fuerza.
3. Cuando se empuja un objeto en una dirección, siempre hay una resistencia del mismo tamaño en la dirección opuesta.

Cuatro Fuerzas de Vuelo

Las cuatro fuerzas del vuelo son:

• Levantar - hacia arriba
• Arrastrar hacia abajo y hacia atrás
• Peso - hacia abajo
• Empujar hacia adelante 

Controlar el vuelo de un avión

¿Cómo vuela un avión? Hagamos como que nuestros brazos son alas. Si colocamos un ala hacia abajo y un ala hacia arriba podemos usar el rollo para cambiar la dirección del avión. Estamos ayudando a girar el avión guiñando hacia un lado. Si levantamos el morro, como un piloto puede levantar el morro del avión, estamos elevando el cabeceo del avión. Todas estas dimensiones juntas se combinan para controlar el vuelo del avión . Un piloto de un avión tiene controles especiales que pueden usarse para volar el avión. Hay palancas y botones que el piloto puede presionar para cambiar la orientación, el cabeceo y el balanceo del avión.

• Para girar el avión hacia la derecha o hacia la izquierda, los alerones se levantan en un ala y se bajan en el otro. El ala con el alerón bajado se eleva mientras que el ala con el alerón elevado desciende.
• El paso es hacer que un avión descienda o ascienda. El piloto ajusta los elevadores de la cola para hacer descender o ascender un avión. Bajar los ascensores hizo que el morro del avión cayera, lo que hizo que el avión cayera. Al subir los elevadores, el avión se sube.
• El guiñada es el giro de un avión. Cuando el timón se gira hacia un lado, el avión se mueve hacia la izquierda o hacia la derecha. La nariz del avión apunta en la misma dirección que la dirección del timón. El timón y los alerones se utilizan juntos para hacer un giro.

¿Cómo controla un piloto el avión?

El piloto utiliza varios instrumentos para controlar el avión. El piloto controla la potencia del motor usando el acelerador. Empujar el acelerador aumenta la potencia y tirar de él disminuye la potencia.

Alerones

Los alerones suben y bajan las alas. El piloto controla el balanceo del avión levantando un alerón u otro con una rueda de control. Al girar la rueda de control en el sentido de las agujas del reloj, se eleva el alerón derecho y se baja el alerón izquierdo, que hace girar el avión hacia la derecha.

Timón

El timón trabaja para controlar la guiñada del avión. El piloto mueve el timón a izquierda y derecha, con pedales izquierdo y derecho. Al presionar el pedal del timón derecho, el timón se mueve hacia la derecha. Esto hace que la aeronave se desvíe hacia la derecha. Usados ​​juntos, el timón y los alerones se usan para girar el avión.

El piloto del avión empuja la parte superior de los pedales del timón de utilizar los frenos . Los frenos se utilizan cuando el avión está en tierra para reducir la velocidad del avión y prepararse para detenerlo. La parte superior del timón izquierdo controla el freno izquierdo y la parte superior del pedal derecho controla el freno derecho.

Ascensores

Los elevadores que se encuentran en la sección de cola se utilizan para controlar el cabeceo del avión. Un piloto usa una rueda de control para subir y bajar los ascensores, moviéndolos de adelante hacia atrás. Bajar los ascensores hace que el morro del avión baje y permite que el avión descienda. Al subir los ascensores, el piloto puede hacer que el avión suba.

Si observa estos movimientos, puede ver que cada tipo de movimiento ayuda a controlar la dirección y el nivel del avión cuando está volando.

Barrera del sonido

El sonido está formado por moléculas de aire que se mueven. Empujan y se juntan para formar ondas sonoras . Las ondas sonoras viajan a una velocidad de aproximadamente 750 mph al nivel del mar. Cuando un avión viaja a la velocidad del sonido, las ondas de aire se juntan y comprimen el aire frente al avión para evitar que avance. Esta compresión hace que se forme una onda de choque frente al avión.

Para viajar más rápido que la velocidad del sonido, el avión debe poder atravesar la onda de choque. Cuando el avión se mueve a través de las ondas, hace que las ondas sonoras se extiendan y esto crea un ruido fuerte o una explosión sónica . El boom sónico es causado por un cambio repentino en la presión del aire. Cuando el avión viaja más rápido que el sonido, viaja a una velocidad supersónica. Un avión que viaja a la velocidad del sonido viaja a Mach 1 o alrededor de 760 MPH. Mach 2 es el doble de la velocidad del sonido.

Regímenes de vuelo

A veces llamadas velocidades de vuelo, cada régimen es un nivel diferente de velocidad de vuelo.

• Aviación general (100-350 MPH). La aviación general es la velocidad más baja. La mayoría de los primeros aviones solo podían volar a este nivel de velocidad. Los primeros motores no eran tan potentes como lo son hoy. Sin embargo, este régimen todavía es utilizado hoy por aviones más pequeños. Ejemplos de este régimen son los pequeños fumigadores utilizados por los agricultores para sus campos, aviones de pasajeros de dos y cuatro plazas e hidroaviones que pueden aterrizar en el agua.
• Subsónico (350-750 MPH). Esta categoría contiene la mayoría de los aviones comerciales que se utilizan hoy en día para transportar pasajeros y carga. La velocidad está justo por debajo de la velocidad del sonido. Los motores actuales son más ligeros y potentes y pueden viajar rápidamente con grandes cargas de personas o mercancías.
• Supersónico (760-3500 MPH - Mach 1 - Mach 5). La velocidad del sonido es de 760 MPH. También se llama MACH 1. Estos aviones pueden volar hasta 5 veces la velocidad del sonido. Los aviones en este régimen tienen motores de alto rendimiento especialmente diseñados. También están diseñados con materiales ligeros para proporcionar menos resistencia. El Concorde es un ejemplo de este régimen de vuelo.
• Hipersónico (3500-7000 MPH - Mach 5 a Mach 10). Los cohetes viajan a velocidades de 5 a 10 veces la velocidad del sonido cuando entran en órbita. Un ejemplo de vehículo hipersónico es el X-15, que funciona con cohetes. El transbordador espacial también es un ejemplo de este régimen. Se desarrollaron nuevos materiales y motores muy potentes para manejar esta velocidad.