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Con el fin de lograr el vuelo en una máquina que es más pesado que el aire, hay varios obstáculos que debemos superar. Uno de esos obstáculos, discutido anteriormente, es la resistencia al movimiento llamada arrastre. Sin embargo, el obstáculo más difícil de superar en la aviación es la fuerza de gravedad. Un ala que se mueve a través del aire genera la fuerza llamada elevación, también discutido previamente. La sustentación desde el ala que es mayor que la fuerza de gravedad, dirigida opuesta a la dirección de gravedad, permite a una aeronave volar. La generación de esta fuerza llamada elevación se basa en algunos principios importantes, las leyes básicas de Newton del movimiento, y el principio de Bernoulli de la presión diferencial.

Las leyes básicas del movimiento de Newton aplicadas a la aerodinámica

La formulación de la sustentación ha sido históricamente una adaptación en los últimos siglos de las leyes físicas básicas. Estas leyes, aunque aparentemente aplicables a todos los aspectos de la elevación, no explican cómo se formula la elevación. De hecho, uno debe considerar las muchas superficies aerodinámicas que son simétricas, pero producen una elevación significativa.

Las leyes físicas fundamentales que rigen las fuerzas que actúan sobre una aeronave en vuelo fueron adoptadas a partir de teorías postuladas desarrolladas antes de que cualquier humano volara con éxito una aeronave. 

El uso de estas leyes físicas surgió de la Revolución Científica, que comenzó en Europa en el siglo XVII. Impulsados por la creencia de que el universo operaba de una manera predecible y abierta a la comprensión humana, muchos filósofos, matemáticos, científicos naturales e inventores pasaron sus vidas descubriendo los secretos del universo. Uno de los más conocidos fue Sir Isaac Newton, quien no sólo formuló la ley de la gravitación universal, sino que también describió las tres leyes básicas del movimiento.

Primera Ley de Newton: "Cada objeto persiste en su estado de reposo o movimiento uniforme en una línea recta a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas impresas en él."

Esto significa que nada comienza o deja de moverse hasta que alguna fuerza externa hace que lo haga. Una aeronave en reposo en la rampa permanece en reposo a menos que se aplique una fuerza lo suficientemente fuerte como para superar su inercia. Una vez que se mueve, su inercia lo mantiene en movimiento, sujeto a las otras fuerzas que actúan sobre él. Estas fuerzas pueden aumentar su movimiento, ralentizarlo o cambiar su dirección.

Segunda Ley de Newton: "La fuerza es igual al cambio en el momento por cambio en el tiempo. Para una masa constante, la fuerza es igual a la masa por aceleración."

Cuando un cuerpo es actuado por una fuerza constante, su aceleración resultante es inversamente proporcional a la masa del cuerpo y es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Esto tiene en cuenta los factores involucrados en la superación de la Primera Ley de Newton. Cubre tanto los cambios de dirección y velocidad, incluyendo la puesta en marcha desde el reposo (aceleración positiva) y llegar a una parada (aceleración negativa o desaceleración).

Tercera Ley de Newton: "Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta."

En un avión, la hélice se mueve y empuja hacia atrás el aire; en consecuencia, el aire empuja la hélice (y por lo tanto el avión) en la dirección opuesta hacia adelante. En un avión a reacción, el motor empuja una explosión de gases calientes hacia atrás; la fuerza de la reacción igual y opuesta empuja contra el motor y fuerza al avión hacia adelante.

El principio de la presión diferencial de Bernoulli 

Daniel Bernoulli, un matemático suizo, explicó cómo la presión de un fluido en movimiento (líquido o gas) varía con su velocidad de movimiento. El Principio de Bernoulli establece que a medida que la velocidad de un fluido en movimiento (líquido o gas) aumenta, la presión dentro del fluido disminuye. Este principio explica lo que sucede con el aire que pasa sobre la parte superior curva del ala del avión.

Una aplicación práctica del principio de Bernoulli es el tubo Venturi. El tubo Venturi tiene una entrada de aire que se estrecha hasta una garganta (punto constreñido) y una sección de salida que aumenta de diámetro hacia atrás. El diámetro de la salida es el mismo que el de la entrada. La masa de aire que entra en el tubo debe ser exactamente igual a la masa que sale del tubo. En la constricción, la velocidad debe aumentar para permitir que la misma cantidad de aire pase en la misma cantidad de tiempo que en todas las otras partes del tubo. Cuando el aire se acelera, la presión también disminuye. Más allá de la constricción, el flujo de aire se ralentiza y la presión aumenta.

Puesto que el aire es reconocido como un cuerpo, y se entiende que el aire seguirá las leyes anteriores, uno puede comenzar a ver cómo y por qué un ala de avión desarrolla elevación. A medida que el ala se mueve a través del aire, el flujo de aire a través de la superficie superior curva aumenta en velocidad creando un área de baja presión.

Aunque Newton, Bernoulli, y cientos de otros primeros científicos que estudiaron las leyes físicas del universo no tenían los sofisticados laboratorios disponibles hoy en día, proporcionaron una gran visión del punto de vista contemporáneo de cómo se crea la elevación.

Terminología Aeronáutica Básica...

¿Qué es Espacio aéreo de clase A o Class A airspace?

Espacio aéreo desde 18.000 pies MSL hasta 600 pies inclusive, incluido el espacio aéreo que sobrevuela las aguas dentro de las 12 NM de la costa de los 48 estados contiguos y Alaska; y el espacio aéreo internacional designado más allá de las 12 NM de la costa de los 48 estados contiguos y Alaska dentro de las áreas de cobertura nacional de señales de radionavegación o de radares ATC, y dentro del cual se aplican procedimientos nacionales. (pais de referencia EEUU)

¿Qué es Espacio aéreo de clase B o Class B airspace?

Espacio aéreo desde la superficie hasta los 10.000 pies MSL que rodea los aeropuertos más concurridos del país en términos de operaciones IFR o número de pasajeros. La configuración de cada espacio aéreo de clase B está adaptada individualmente y consta de una zona de superficie y dos o más capas, y está diseñada para contener todos los procedimientos instrumentales publicados una vez que una aeronave entra en el espacio aéreo. Para todas las aeronaves, se requiere una autorización del ATC para operar en el área, y las aeronaves así autorizadas reciben servicios de separación dentro del espacio aéreo. (pais de referencia EEUU).

¿Qué es Espacio aéreo de clase C o Class C airspace?

Espacio aéreo desde la superficie hasta 4.000 pies por encima de la elevación del aeropuerto (graficado en MSL) que rodea a aquellos aeropuertos que cuentan con una torre de control operativa, con servicio de control de aproximación por radar, y que tienen un cierto número de operaciones IFR o de pasajeros. Aunque la configuración de cada área de espacio aéreo de Clase C se adapta individualmente, el espacio aéreo suele consistir en un área de superficie central de 5 NM de radio que se extiende desde la superficie hasta 4.000 pies por encima de la elevación del aeropuerto, y un área de plataforma de 10 NM de radio que se extiende desde 1.200 pies hasta 4.000 pies por encima de la elevación del aeropuerto. (pais de referencia EEUU).

Espacio aéreo de clase D. Espacio aéreo desde la superficie hasta 2.500 pies por encima de la elevación del aeropuerto (graficado en MSL) que rodea a los aeropuertos que tienen una torre de control operativa. La configuración de cada área de espacio aéreo de clase D se adapta individualmente, y cuando se publican procedimientos instrumentales, el espacio aéreo se diseña normalmente para contener los procedimientos. (pais de referencia EEUU).

Espacio aéreo de clase E. Espacio aéreo que no es de Clase A, Clase B, Clase C o Clase D, y es espacio aéreo controlado. (pais de referencia EEUU).

Espacio aéreo no controlado, excepto cuando está asociado a una torre de control temporal, y que no ha sido designado como espacio aéreo de Clase A, Clase B, Clase C, Clase D o Clase E. (pais de referencia EEUU).

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Fuente: La información (texto e imágenes) utilizado para este artículo está basado en el manual de la FAA (Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge - FAA-H-8083-25B) y manuales de instrucción de centros académicos aeronáuticos.