Ante los recientes accidentes de aviones en pleno vuelo o al aterrizar he creido conveniente postear algo que nos permita entender la dinámica del vuelo de un avión. En ese sentido he encontrado un estupendo artículo en la revista Quepasa de Chile que reproducimos a continuación y que es muy didáctico sobre el particular:
Ciencia
El sueño de volar (o la pesadilla de caer)
Con los recientes accidentes aéreos, cabe preguntarse cómo y por qué los aviones vuelan. O dejan de volar. Para eso hay que recordar al matemático suizo Daniel Bernoulli y la física de los fluidos.
El riesgo de volar ha vuelto al murmullo colectivo dada la inusitada cantidad de accidentes aéreos del último tiempo. A pesar de ser el modo más seguro de viajar, para nadie es natural estar en el interior de una máquina de acero a 10 mil metros de altura. Orville Wright fue el primero en experimentar esa aventura, un 17 de diciembre de 1903. El vuelo duró sólo 12 segundos. Por esos años, la aviación estaba basada en la prueba y error, en la observación de pájaros y en la experimentación. El por qué volaban aves, volantines o aviones sólo se pudo comprender más tarde, con el desarrollo de la física de fluidos, esto es, la física de sustancias no sólidas como el agua o el aire. Esta teoría puede explicar una gran cantidad de fenómenos cotidianos contrarios a la intuición: desde por qué las pelotas de golf tienen hendiduras hasta el vuelo de los aviones.
En 1738, el físico y matemático suizo Daniel Bernoulli inauguró el área con su libro "Hydrodinamica", que, como ya veremos, sería publicado 5 años más tarde. Bernoulli era el hijo menor de Johann Bernoulli, uno de los grandes matemáticos del siglo XVIII. La relación entre padre e hijo fue siempre tortuosa. Daniel mostró desde muy joven su talento matemático, pero el padre ya tenía decidido que su hijo debía dedicarse a los negocios. Después de una larga lucha, y de demostrar su ineptitud como empresario, Daniel consiguió que se le permitiera estudiar Medicina, disciplina en la cual se graduó. Su interés por comprender la ciencia de los fluidos se exacerbó al descubrir las complejidades del aparato circulatorio humano: el fluir de la sangre por los vasos sanguíneos impulsado por el corazón.
Tanto se apasionó con el tema, que en 1729 inventó el primer dispositivo para medir la presión arterial. Éste consistía en una aguja que se introducía en una arteria, la cual estaba conectada a un tubo de vidrio que se colocaba en posición vertical. Bernoulli descubrió que la presión era proporcional al tamaño de la columna de sangre que llenaba el tubo. Y ése fue el método utilizado hasta 1896, cuando el italiano Scipione Riva-Rocci creó el aparato inflable que se utiliza hasta hoy.
Daniel se dedicó luego exclusivamente a las matemáticas, disciplina en que su fama creció rápidamente. En 1724 fue invitado por la emperatriz Catalina I a unirse, como profesor de matemáticas, a la Academia Imperial de Ciencias de San Petersburgo. Allí, en un ambiente de gran fervor intelectual -otro suizo, Leonhard Euler, el matemático más productivo de todos los tiempos, era parte del grupo con que se codeaba-, se concentró en el gran proyecto de su vida: entender la física de los fluidos. Fue por esos años que descubrió el que hoy se conoce como Principio de Bernoulli, su más célebre contribución a la ciencia. Éste dice, cualitativamente hablando, que la presión de un fluido disminuye en la medida que su velocidad aumenta.
Para entender esto, es mejor recurrir a un ejemplo: el golf. Al golpear la pelota de golf a gran distancia, el golfista le da backspin. Esto hace que, en la medida que avanza, la pelota gira sobre sí misma hacia atrás. Las hendiduras que tiene en su superficie ayudan a aumentar la fricción con el aire, lo que significa que además del "viento" que la pelota siente debido a su movimiento, se produce una corriente de aire que gira con ella, arrastrada por la fricción. Al girar con backspin, esta corriente va en la misma dirección del viento por arriba de la pelota, pero en contra por debajo de ésta. Ese efecto combinado implica que la velocidad del aire por arriba de la pelota es mayor que la del que pasa por abajo. De acuerdo al Principio de Bernoulli, esto significa que la presión del aire es menor sobre la pelota que bajo ella. La pelota de golf experimenta una fuerza hacia arriba que retrasará su tiempo de caída, permitiéndole recorrer una mayor distancia. A pesar de que uno podría pensar que el roce con el aire frena la pelota, y por lo tanto ésta avanzaría menos, ocurre exactamente lo contrario porque el efecto del backspin es mucho más importante. Así, ni siquiera una pelota en el vacío -lanzada a la misma velocidad con que se golpea en el golf- podría recorrer una distancia tan grande.
El sueño de volar se materializa por un efecto similar. Las alas de un avión tienen una forma calculada especialmente para que la velocidad del aire que pasa por arriba de ellas sea, en promedio, mayor que la que pasa por debajo. De este modo, las diferencias de presión entre las dos superficies producen un empuje hacia arriba. Si logramos que el empuje sea mayor que la fuerza de gravedad, y esto ocurre cuando la velocidad del avión es suficientemente alta, entonces éste vuela. Es por eso que para despegar se necesita una larga pista que le permita al piloto alcanzar cierta velocidad. Esta gran aceleración inicial, junto con la proximidad del suelo, hacen que el despegue sea el momento más riesgoso de un vuelo. Cómo diseñar un ala que provoque estas diferencias de velocidad en el aire es un problema muy complejo, que requiere de un desarrollo bastante más sofisticado que el legado de Bernoulli. De hecho, hasta el día de hoy es común encontrar explicaciones erradas en los libros de física elemental.
Se dice que el influyente Johann Bernoulli, padre de Daniel, consiguió retrasar la publicación de "Hydrodinamica" por 5 años, hasta 1743, año en que él publicó su obra "Hidráulica". Se dice, además, que pidió a los editores que lo publicaran con fecha de impresión en 1732, para asegurarse de que su obra quede establecida como anterior a la de su hijo. Tras acusar a su padre de plagio, Daniel cayó en la más profunda depresión. Y abandonó la investigación científica para siempre.
La historia, sin embargo, le ha dado el crédito a Daniel, quien hoy vuela, junto a su padre, en lo más alto de la historia de la ciencia universal.
