Aerodinámica

Aerodinámica, rama de la física que se ocupa del movimiento del aire y otros fluidos gaseosos y de las fuerzas que actúan sobre los cuerpos que atraviesan dicho fluido. La aerodinámica trata, en particular, de explicar los principios que rigen el vuelo de los aviones, cohetes y misiles. También se ocupa del diseño de automóviles, trenes de alta velocidad y barcos, así como de la construcción de estructuras como puentes y edificios altos para determinar su resistencia a los vientos fuertes.

Las observaciones del vuelo de las aves y los proyectiles suscitaron especulaciones entre los antiguos sobre las fuerzas implicadas y la forma de su interacción. Sin embargo, no tenían un conocimiento real de las propiedades físicas del aire, ni intentaron un estudio sistemático de esas propiedades. La mayoría de sus ideas reflejaban la creencia de que el aire proporcionaba una fuerza de sustentación o de impulso. Estas nociones se basaban en gran medida en los principios de la hidrostática (el estudio de las presiones de los líquidos) tal y como se entendían entonces. Así, en los primeros tiempos, se pensaba que la fuerza de impulsión de un proyectil estaba asociada a las fuerzas ejercidas sobre la base por el cierre del flujo de aire alrededor del cuerpo. Esta concepción del aire como medio auxiliar y no como fuerza de resistencia persistió durante siglos, aunque en el siglo XVI se reconoció que la energía del movimiento de un proyectil le era impartida por el dispositivo de catapulta.

A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci observó que el aire ofrecía resistencia al movimiento de un objeto sólido y atribuyó esta resistencia a los efectos de la compresibilidad. Más tarde, Galileo estableció experimentalmente el hecho de la resistencia del aire y llegó a la conclusión de que la resistencia era proporcional a la velocidad del objeto que lo atravesaba. A finales del siglo XVII, Christiaan Huygens y Sir Isaac Newton determinaron que la resistencia del aire al movimiento de un cuerpo era proporcional al cuadrado de la velocidad.

El trabajo de Newton al establecer las leyes de la mecánica marcó el inicio de las teorías clásicas de la aerodinámica. Consideró que la presión que actúa sobre una placa inclinada se debe a la incidencia de las partículas en el lado de la placa que da a la corriente de aire. Su formulación dio como resultado que la presión que actuaba sobre la placa era proporcional al producto de la densidad del aire, el área de la placa, el cuadrado de la velocidad y el cuadrado del seno del ángulo de inclinación. Esto no tenía en cuenta los efectos del flujo en la superficie superior de la placa, donde existen bajas presiones y de donde procede la mayor parte de la sustentación de un ala. La idea de que el aire es un continuo con un campo de presión que se extiende a grandes distancias de la placa llegó mucho más tarde.

Durante los siglos XVIII y XIX se realizaron diversos descubrimientos que contribuyeron a comprender mejor los factores que influyen en el movimiento de los cuerpos sólidos a través del aire. La relación de la resistencia con las propiedades viscosas de un fluido, por ejemplo, se percibió en parte a principios del siglo XIX, y los experimentos del físico británico Osborne Reynolds en la década de 1880 pusieron de manifiesto la importancia de los efectos viscosos.

La aerodinámica moderna surgió en la época en que los hermanos Wright realizaron su primer vuelo con motor (1903). Varios años después de su histórico esfuerzo, Frederick W. Lanchester, un ingeniero británico, propuso una teoría de la circulación de la sustentación de un perfil aerodinámico de envergadura infinita y una teoría de vórtices de la sustentación de un ala de envergadura finita. El físico alemán Ludwig Prandtl, considerado comúnmente como el padre de la aerodinámica moderna, llegó independientemente a las mismas hipótesis que Lanchester y desarrolló el tratamiento matemático. El trabajo de Prandtl, perfeccionado y ampliado por investigadores posteriores, constituyó la base teórica del campo. Entre otros que desempeñaron un papel destacado en el desarrollo de la aerodinámica moderna se encuentra el ingeniero de origen húngaro Theodore von Kármán, cuyas aportaciones permitieron importantes avances en ámbitos como la teoría de las turbulencias y los vuelos supersónicos.