Seguramente en algún momento de su vida esta pregunta habrá pasado por su mente, y las respuestas habrán sido varias y tal vez acertadas o no, lo interesante es conocer la verdadera respuesta desde el punto de vista del fenómeno físico que ocurre en una aeronave para que esta pueda volar en forma controlada.

Existe mucha bibliografía al respecto pero a continuación trataré de describir el fenómeno del vuelo de la forma más sencilla y clara posible.
Lo primero que hay que decir es que un avión vuela gracias al efecto que producen sus alas  la masa de aire en movimiento que lo rodea, que se denominará efecto aerodinámico, por lo tanto el resto de la maquina, que no es ala, por ejemplo el fuselaje, el tren de aterrizaje, los montantes de ala, los motores, el empenaje, etc.), no contribuye al fenómeno de la “sustentación” y son considerados como resistencias al avance del avión.
Nos enfocaremos entonces en  visualizar el fenómeno físico que ocurre sobre el ala del avión.
Este fenómeno nos da como resultado la obtención de una fuerza de origen aerodinámico, porque recordemos, tiene que ver con el aire en movimiento alrededor del ala, esta fuerza se llamará SUSTENTACION  (L).
Si tomamos cualquier ala de una aeronave, y la cortamos con un plano perpendicular a ella, veremos que dicho corte responde a una geometría determinada, no es una forma cualquiera, el contorno que veremos en el corte de ala responde a una forma geométrica llamada PERFIL ALAR.
Gracias a la forma del perfil alar, es que se genera la fuerza de sustentación (L) que hará que el avión vuele por el aire.
Hasta aquí hemos mencionado dos elementos, el perfil alar y la fuerza de sustentación (L) necesarios pero no suficientes para que un avión vuele, el tercer elemento que interviene en el fenómeno del vuelo es el AIRE que deberá moverse con una velocidad determinada sobre el perfil alar.
A continuación se muestran las partes de un perfil alar y el nombre que reciben cada una de ellas:

Ahora si están presentes los elementos necesarios para el vuelo controlado del avión, lo que resta es combinarlos de manera tal que el resultado sea una gran fuerza vertical hacia arriba de origen aerodinámico sobre la superficie del ala.
Es necesario aplicar conceptos físicos elementales de mecánica, y el milagro del vuelo se producirá.
 El concepto fundamental de porque vuela un avión tiene que ver con encontrar la forma de  generación de la fuerza de sustentación (L). La pregunta que nos debemos formular es cómo nace esta fuerza de sustentación. La respuesta es bien simple, usando conceptos descubiertos por el físico y matemático Suizo DANIEL BERNOULLI (1700 - 1778), el cual postuló su teorema diciendo que los efectos de un fluido en movimiento referidos a las presiones es el siguiente, la suma algebraica de la presión dinámica (Pd) de un fluido (presión debido a la velocidad del mismo fluido),  mas la presión estática (Pe) (presión del fluido debido a la atmósfera terrestre es decir velocidad cero del fluido) es igual a una constante k.
Luego     Pd + Pe = k , donde k se llamará Presión Total.
Resumiendo el teorema de Bernoulli dice que si la presión dinámica del fluido (aire en este caso) aumenta debido a un incremento de la velocidad del mismo, la presión estática del fluido tiene que disminuir en igual proporción para mantener el valor de la constante k.
Luego la geometría del perfil alar (la forma), está especialmente diseñada para aumentar la velocidad del aire en la parte superior del perfil llamado EXTRADOS y reducir la velocidad del aire en la parte inferior del perfil alar llamado INTRADOS, Luego:
Si la velocidad del aire sobre el perfil aumenta -------------- la presión en el perfil disminuye
Si la velocidad del aire sobre el perfil disminuye ------------la presión en el perfil aumenta
En un ducto de sección variable similar al que utilizó BERNOULLI  para sus experimentos se visualizará el fenómeno físico, cabe mencionar que cuando BERNOULLI postuló su teorema no se imaginaba que los aviones existirían siglos después usando su principio.

Si se aplica este concepto a un perfil alar se verá que la diferencia de velocidades generará una diferencia de presiones entre el extradós e intradós, lo que producirá una succión en el extradós que es la principal fuente de sustentación (L) y una sobrepresión en el intradós.

Suponemos que el aire esta calmo en la región donde V4=0
Físicamente se deben interpretar las fuerzas debido a la presión como se muestra en la figura 1.3.8 siguiente:

Las fuerzas que intervienen en un avión en vuelo horizontal se grafican a continuación:

En vuelo horizontal existe un equilibrio de fuerzas dado por la siguiente expresión:

Analizando la expresión anterior verificamos que si la fuerza de sustentación (L) es igual al peso del avión, el avión volará recto y nivelado, si la fuerza de sustentación (L) es mayor que el peso del avión, el avión estará ascendiendo y por el contrario si la fuerza de sustentación (L) es menor que el peso del avión, este estará en descenso
Pero la pregunta en este momento es: como se origina efectivamente la fuerza de sustentación (L) a partir del teorema de BERNOULLI?.
Que ocurre en el perfil alar para que en la parte externa del perfil alar o extradós se genere una succión o baja presión y que en el intradós se genere una sobrepresión o presión más alta que en el extradós?.
La respuesta a este fenómeno físico es sencilla, la diferencia de presiones entre un lado y otro del perfil alar se produce  por la “diferencia de caminos” que deben recorrer las partículas de aire que viajan sobre el extradós con respecto a las partículas de aire que viajan por el intradós.
Las partículas que viajan por la superficie del extradós o la parte de arriba del ala recorren un camino más largo, debido a la curvatura del perfil, que el camino que recorren las partículas que viajan por la superficie del intradós, ESTE CONCEPTO ES EL GENERADOR DE LA FUERZA DE SUSTENTACION (L), a causas de estas diferencias de longitud recorridas por las partículas de aire nacen las diferencias de presiones necesarias que dan origen a  las componentes de la fuerza resultante (L).
Nótese que las líneas de flujo de aire que están circulando por el intradós o parte de abajo del perfil, son de menor longitud que las líneas de flujo de aire que circulan por el  extradós del perfil que son más largas, esta condición es la que hace generar la fuerza de sustentación (L).

Luego si suponemos dos partículas de aire que se mueven con una cierta velocidad, una que va por la parte externa del perfil alar y la otra que va por la parte interna del perfil alar y ambas inician su viaje por el perfil en el mismo instante de tiempo, por la ley de conservación de la masa, ambas partículas de aire deberán llegar al borde de salida del perfil alar en el mismo instante de tiempo independientes del camino que tengan que recorrer.
Las  partículas de aire que van por extradós tienen mayor velocidad y menor presión que las que van por el intradós, donde habrá menor velocidad y mayor presión.

Entonces, esto confirma que se está cumpliendo con el teorema de BERNOULLI y  la partícula que va por el exterior tiene más velocidad que la partícula que va por el interior y recordemos que a mayor velocidad tendremos menor presión sobres la superficie de trabajo en este caso habrá muy baja presión en el extradós (parte de arriba del perfil alar) mientras que en el intradós (parte de abajo del perfil alar) habrá una alta presión que empujará hacia arriba el perfil alar, imaginemos este fenómeno multiplicado por miles de millones de partículas de aire que mojan el ala de un avión en movimiento y obtendremos gran cantidad de pequeñas componentes de fuerzas aerodinámicas que todas actúan hacia arriba verticalmente, si se suman todas obtendremos la resultante de todas esas pequeñas fuerzas.
Como conclusión obtendremos una gran fuerza aerodinámica llamada SUSTENTACION (L) que empuja al ala del avión hacia arriba perpendicular al perfil alar.
Todos estos eventos se pueden expresar a través de una ecuación matemática muy sencilla como la siguiente:

Donde podemos visualizar que la sustentación (L) depende directamente de las siguientes variables:
L : es la fuerza aerodinámica de sustentación que permite hacer volar a un avión
ρ  : es el valor de la densidad del aire para una temperatura y elevación determinada
V : velocidad del avión respecto de la masa de aire que lo rodea
S : superficie alar
CL : coeficiente de sustentación del perfil alar

Luego es válido pensar que una aeronave tendrá más sustentación (L) cuando:
Existe un pequeño incremento de la velocidad con respecto a la masa de aire que lo rodea, sobre todo teniendo en cuenta que este valor de velocidad esta elevado al cuadrado, entonces hay que tener muy en cuenta que a pequeñas variaciones de velocidad habrá grandes variaciones de sustentación, esto es bueno cuando la variación de la velocidad es en mas, pero cuando es en menos es decir que frente a una pequeña disminución de la velocidad habrá una fuerte disminución de la sustentación (L).
En síntesis un avión volara mejor cuanto más rápido viaje.
También la sustentación es función de la densidad del aire ρ (letra griega RHO), este parámetro nos da una idea de cuantas partículas de aire mojan a las alas, a mayor densidad mas partículas mojan las alas, por lo tanto obtendremos más cantidad de pequeñas fuerzas aerodinámicas que empujen el perfil alar hacia arriba, habrá más sustentación (L)!!.
Luego un avión volará mejor cuando el aire sea más denso y esto ocurre cuando el aire esta frio, inversamente en condiciones de aire caliente, la sustentación (L) será pobre puesto que pocas partículas de aires mojaran las alas y la resultante de las fuerzas aerodinámicas será pobre.
En síntesis un avión se comportará aerodinámicamente mejor (habrá más sustentación (L) en una atmosfera fría que en una caliente.
Respecto al parámetro S que es la superficie alar, en algunos aviones elementales este valor suele ser constante pues no hay forma de variar la superficie alar.
Pero en aeronaves más complejas y veloces si se puede cambiar la superficie alar a requerimiento del operador según el tipo de vuelo que vaya a realizar, haciendo uso de dispositivos hipersustentadores se pude variar la superficie alar para lograr aumentar la sustentación (L) sobre todo cuando se vuela a bajas velocidades (los dispositivos hipersustentadores mas usados son en borde de ataque “el slats” y en borde de fuga “el flaps”).
En síntesis se aumenta la sustentación (L) cuando se aplican los hipersustentadores de borde de ataque o de de borde de salida o ambos, para incrementar la longitud de la cuerda alar y así lograr tener mayor superficie alar en el ala del avión.
Nótese en las siguientes fotografías como los filetes de aire se acomodan sobre el contorno del perfil alar.
 En  la fotografía de la izquierda se aprecia un perfil con filetes ordenados generando en todo momento la fuerza de sustentación (L), sobre todo el contorno tal cual ocurre cuando un avión vuela en forma normal y controlada.
En la fotografía de la derecha se aprecia un perfil con filetes totalmente desordenados lo cual no permite la generación de la fuerza de sustentación (L), esto es un caos para el vuelo ya que en estas condiciones no existe la fuerza de sustentación (L) y por lo tanto un avión en estas condiciones no vuela en forma normal y controlada.

Ing. Claudio A. Hidalgo
claudiohidalgo@ciec.com.ar

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