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Aerodinámica: Empuje, resistencia, sustentación, y peso

Empuje, resistencia, sustentación, y peso son las fuerzas que actúan sobre todos las aeronaves en vuelo. Comprender cómo trabajan estas fuerzas y saber cómo controlarlas con el uso de potencia y los controles de vuelo es esencial para el vuelo.

Las cuatro fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo no acelerado, recto y nivelado son empuje, resistencia, sustentación, y peso. 

Ellas se definen como sigue:

  • Empuje: la fuerza de avance producida por el motor/hélice o rotor. Se opone o supera la fuerza de resistencia. Como regla general, actúa en paralelo al eje longitudinal.
  • Resistencia: fuerza de retardo hacia atrás causada por la irrupción del flujo de aire por el ala, el fuselaje, el rotor, y otros objetos que sobresalgan. La resistencia se opone al empuje, y actúa hacia atrás paralela al viento relativo.
  • Peso: la carga combinada de la propia aeronave, la tripulación, el combustible y la carga o el equipaje. El peso tira del avión hacia abajo debido a la fuerza de la gravedad. Se opone a la sustentación, y actúa verticalmente hacia abajo a través del centro de gravedad (CG) de la aeronave.
  • Sustentación: se opone a la fuerza hacia abajo del peso, se produce por el efecto dinámico del aire que actúa sobre el perfil aerodinámico, y actúa en forma perpendicular a la trayectoria de vuelo a través del centro de sustentación.

En vuelo estacionario, como es el caso de un helicóptero, la suma de estas fuerzas opuestas es siempre cero. Esto no significa que las cuatro fuerzas son iguales. Esto significa que las fuerzas opuestas son iguales, y por lo tanto cancelan los efectos de cada una. No puede haber un desequilibrio de fuerzas en vuelo estable y recto, basado en la Tercera Ley de Newton, que establece que para cada acción o fuerza hay una igual, pero contraria, reacción o fuerza. Esto es cierto en vuelo nivelado o cuando asciende o desciende.

La explicación usual dice (sin convenir que: empuje y resistencia, no son iguales a peso y sustentación), que empuje es igual a resistencia y peso es igual a sustentación. Aunque básicamente es cierto, esta declaración puede conducirnos a una conclusión errónea. Debemos entender que, en vuelo no acelerado, recto y nivelado, es cierto que las fuerzas opuestas de sustentación/peso son iguales. También son mayores que las fuerzas opuestas de empuje/resistencia, que sólo son iguales entre sí. 

Por lo tanto, en vuelo estable:
  • La suma de todas las fuerzas hacia arriba (no sólo de sustentación) es igual a la suma de todas las fuerzas hacia abajo (no sólo el peso).
  • La suma de todas las fuerzas hacia adelante (no sólo empuje) es igual a la suma de todas las fuerzas hacia atrás (no sólo la resistencia).
Este perfeccionamiento de la antigua fórmula "empuje es igual a resistencia, sustentación es igual a peso" explica que una parte del empuje se dirige hacia arriba en los ascensos y actúa como si se tratara de sustentación mientras una parte del peso se dirige hacia atrás y actúa como si se tratara de resistencia.



En planeo, una parte del vector de peso se dirige hacia delante, y, por tanto, actúa como empuje. En otras palabras, en cualquier momento que la trayectoria de vuelo de la aeronave no está en posición horizontal, los vectores de sustentación, peso, empuje y resistencia deben ser divididos en dos componentes cada uno.

Discutir los conceptos anteriores se evita frecuentemente. La razón no es que son intrascendentes, sino porque las ideas principales con respecto a las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre un avión en vuelo se puede presentar en sus elementos más esenciales, sin intervenir en los aspectos técnicos de la aerodinámica.

En efecto, teniendo en cuenta solo el vuelo nivelado, y los ascensos y descensos estables, sigue siendo cierto que la sustentación provista por el ala o rotor es la principal fuerza hacia arriba, y el peso es la fuerza hacia abajo primaria.

Mediante el uso de las fuerzas aerodinámicas de empuje, resistencia, sustentación, y peso, los pilotos
pueden volar de forma controlada y segura. 

paz y bien
Roberto Gómez

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