El enigma de la sustentación aerodinámica

No hay ninguna teoría que explique completamente por qué los aviones se mantienen en el aire.

Ed Regis

Líneas de corriente teñidas interaccionando con un avión a escala en un túnel de agua del Laboratorio de Mecánica de Fluidos del Centro de Investigación Ames de la NASA. [IAN ALLEN]

EN SÍNTESIS

Desde un punto de vista matemático, los ingenieros saben diseñar aviones que vuelen. Pero las ecuaciones no explican por qué se produce la sustentación aerodinámica.

Dos teorías alternativas dan cuenta de las fuerzas y factores implicados en la sustentación, pero ambas explicaciones son incompletas.

Aunque los expertos en aerodinámica tratan de subsanar las lagunas en nuestra comprensión de este fenómeno, de momento no existe consenso.

En diciembre de 2003, el New York Times publicó un artículo titulado «Permanecer en lo alto: ¿Qué los mantiene ahí arriba?» para conmemorar el centenario del primer vuelo de los hermanos Wright. Su intención era responder a una sencilla pregunta: ¿cómo se mantienen los aviones en el aire? Para ello, acudieron a John D. Anderson, conservador de la sección de aerodinámica del Museo Nacional del Aire y del Espacio de EE.UU. y autor de varios libros sobre el tema.

Sin embargo, lo que dijo Anderson es que en realidad no existía un consenso sobre qué genera la fuerza aerodinámica que conocemos como sustentación. «No hay una respuesta simple y concisa a esta cuestión», declaró al New York Times. La gente da distintas contestaciones y algunos defienden la suya con «fervor religioso». Más de quince años después de esta afirmación, sigue habiendo distintas explicaciones del fenómeno, cada una con su séquito de entusiastas defensores. 

A estas alturas de la historia de la aviación, esta situación resulta un tanto desconcertante. Después de todo, los mecanismos naturales de la evolución, operando de forma mecánica y aleatoria, consiguieron resolver hace eones el problema de la sustentación aerodinámica para el planeo de las aves. Así que ¿por qué nos resulta tan difícil explicar qué mantiene a los pájaros (y a los aviones) en el aire?

Un elemento que contribuye a la confusión es que hay dos niveles diferentes de abstracción en las explicaciones de la sustentación: el técnico y el no técnico. Aunque son más complementarios que contradictorios, difieren en sus objetivos. El primer nivel conforma una teoría estrictamente matemática, un dominio donde el análisis se basa en ecuaciones, símbolos, simulaciones por ordenador y números. 

No hay demasiadas discrepancias, si es que hay alguna, sobre cuáles son las ecuaciones apropiadas o sus soluciones. El objetivo de esta descripción técnica es realizar predicciones precisas y obtener resultados que les sean útiles a los ingenieros aeronáuticos que se dedican al complejo problema de diseñar aeronaves.

Pero ni las ecuaciones ni sus soluciones son explicaciones en sí mismas, y existe un segundo nivel de análisis no técnico que pretende proporcionar una explicación física y cualitativa de la sustentación. En este caso, se trata de alcanzar una comprensión intuitiva de las fuerzas y factores reales que consiguen mantener los aviones en el aire. Este enfoque no recurre a números y ecuaciones, sino a conceptos y principios que les resultan familiares e inteligibles a los no especialistas.

Es precisamente en este segundo nivel no técnico donde surgen las controversias. Disponemos de dos teorías alternativas para explicar la sustentación, y los partidarios de cada una de ellas defienden sus puntos de vista en artículos y libros, y también en Internet. El problema es que ambas teorías son correctas, pero ninguna ofrece una explicación completa de la sustentación aerodinámica, que dé cuenta de las fuerzas, factores y condiciones físicas básicas que la gobiernan sin dejar ninguna incógnita o cabo suelto. ¿Existe siquiera una teoría así?

Dos teorías rivales

La explicación más popular de la sustentación es sin duda la basada en el principio de Bernoulli, postulado por el matemático suizo Daniel Bernoulli en su tratado Hydrodynamica, publicado en 1738. Bernoulli perteneció a una familia de matemáticos: su padre, Johann, realizó contribuciones al cálculo infinitesimal y su tío Jakob acuñó el término «integral». Muchos de los trabajos de Daniel Bernoulli estuvieron relacionados con el flujo de los fluidos. El aire es un fluido, y el teorema que lleva su nombre generalmente se enuncia en el contexto de la dinámica de fluidos. En términos simples, el principio de Bernoulli afirma que la presión de un fluido disminuye a medida que aumenta su velocidad, y viceversa.