¿Que limita la altura de vuelo de un avion?
Los aviones comerciales vuelan a unos 10 mil metros de altura y a una velocidad de aproximadamente 900 kilómetros por hora. Pero no podrían volar a una altura mucho mayor a velocidad similar.
La fuerza de sustentación que recibe el avión (y compensa su peso) es una perpendicular al movimiento, y es proporcional a la densidad del medio y al cuadrado de la velocidad. Ahora bien, esa fuerza puede sustentarlo si la velocidad de la aeronave y la densidad del medio son suficientemente altas (en un avión de forma adecuada).
El problema es que la densidad del aire disminuye a medida que nos alejamos del nivel del mar. Por consiguiente, la altura posible de vuelo está limitada por la disminución de la densidad del aire con la altitud (a 10 mil metros es aproximadamente un 40% de su valor al nivel del mar).
Hasta cierto punto, el efecto de la disminución de la densidad puede ser compensado por un aumento de la velocidad, pero esto tiene sus límites. La razón es que se producen pérdidas de energía cinética del avión por dos motivos básicos. Uno es por la generación continua de remolinos en las puntas de las alas (en los días húmedos pueden observarse como un par de largos tubos paralelos a su desplazamiento). El otro es por generación de turbulencia que, al impedir un flujo suave, resulta en el arrastre parcial del aire que encuentra a su paso el avión. La energía perdida en generar estos movimientos de aire debe ser compensada con el impulso de los motores, el que depende también de
la densidad del aire (hélices y motores a reacción generan impulso acelerando el mismo aire ambiente). Tenemos entonces que, si la densidad es demasiado baja, los motores no pueden generar el impulso suficiente para mantener la velocidad adecuada.
Así, por donde lo miremos, la limitación en la altura del vuelo está dada por la baja densidad del aire.
Cabe destacar que una fuerza perpendicular al desplazamiento no realiza trabajo, por lo que no cambia la energía cinética del avión. En condiciones óptimas, si el aire fuera un fluido ideal y el avión no recibiera una fuerza de frenado, no necesitaría gastar energía para desplazarse indefinidamente a velocidad y altura constantes.