Nimic nu se compară cu un zbor de 27 de ore pentru a-ți face ordine în minte, cam cât mi-a luat să mă întorc din Noua Zeelandă. Acolo sus, în scaunele confortabile ale Qatar Airways, mă întrebam cum am reușit să zburăm atât de bine fără să ne prăbușim, așa cum ar spune M. Rajoy, „este o chestiune de bun simț”. Acestea sunt răspunsurile.
Avioanele zboară pentru că nu există o forță rezultantă. Iar atunci când un corp nu este supus niciunei forțe, el va continua să stea nemișcat sau cu viteză constantă. Acest lucru a fost deja afirmat de Isaac Newton în prima sa lege. Dar asta nu înseamnă că nu există nicio forță care acționează asupra avionului. Avionul are o greutate, pasagerii și bagajele lor au o greutate, iar fiecare moleculă din aer împinsă de motoare sau care lovește fuselajul generează o forță. Ceea ce se întâmplă este că inginerii au reușit să folosească o parte din aceste șocuri pentru a contracara greutatea și rezistența aerului.
Pentru a rezuma, se poate spune că avioanele zboară bazându-se în primul rând pe două teorii pe care le-am învățat în liceu, chiar dacă nu prea știam la ce naiba servesc: efectul Venturi și, mai ales, a treia lege a lui Newton, cunoscută și sub numele de „legea acțiunii și reacțiunii”.
Să începem cu forțele cu direcție verticală. Cea care trage în jos este forța de gravitație, iar cea care arată în sus este forța de împingere. Dar de unde vine aceasta din urmă? Deși provine de la întregul fuselaj, adică de la întregul corp al aeronavei (figura 1), cea mai mare parte provine de la aripi, iar în ambele cazuri acest lucru se întâmplă datorită efectului Venturi (figura 2).
Efectul Venturi constă în faptul că atunci când un fluid își mărește viteza, presiunea sa scade. Pentru a profita de acest lucru, aripile aeronavelor sunt proiectate astfel încât partea lor superioară să fie mai curbată decât partea inferioară, ceea ce înseamnă că distanța pe care trebuie să o parcurgă aerul este mai mare în zona superioară și, prin urmare, că acesta este obligat să își mărească viteza. Datorită efectului Venturi, acest lucru face ca presiunea să scadă deasupra aripii (cu cât viteza este mai mare, cu atât presiunea este mai mică). Pe scurt, partea inferioară a aripii are o presiune mai mare decât partea superioară, iar aceasta exercită o împingere în sus care ajută aeronava să rămână în aer.
Cu toate acestea, forța exercitată de efectul Venturi nu este suficientă prin ea însăși pentru a menține avionul în aer, iar aici intră în joc a treia lege a lui Newton, care spune că, dată fiind o forță sau o acțiune produsă asupra unui obiect, aceasta generează la rândul ei o reacție de aceeași intensitate, dar în sens opus (încercați să vă dați cu capul de un perete și veți ști despre ce vorbim).
Și cum este folosită această teorie în aeronave? Ei bine, din nou, datorită formei și poziției aripilor, care sunt proiectate astfel încât aerul care trece prin ele să fie propulsat în jos, generând astfel o forță de acțiune descendentă asupra aerului, care, datorită legii lui Newton menționată mai sus, are ca rezultat o forță de reacție ascendentă asupra aripii. Desigur, cu cât mergi mai repede, cu atât mai multă forță, motiv pentru care avioanele trebuie să atingă mai întâi o viteză foarte mare pentru a decola și apoi pentru a rămâne în aer.
Un mod simplu de a verifica ceea ce spun este să scoți mâna pe geamul mașinii. Dacă în loc să vă puneți mâna în profil, o înclinați ușor cu fața la vânt, veți deplasa aerul în jos și veți simți o forță ascendentă care tinde să vă ridice nu doar mâna, ci întregul braț.
A treia lege a lui Newton este ajutată și de așa-numitul efect Coanda, un fenomen fizic prin care un fluid tinde să adere și să urmeze traiectoria unui obiect cu care este în contact. În cazul avioanelor, aerul (fluidul) tinde să se lipească de aripa avionului (obiectul pe care se lovește) și să urmeze traiectoria aripii (adică să urmeze o direcție descendentă). Puteți vedea un exemplu practic în lingura din fotografie sau, și mai bine, în acest video.
Și cum este generat de corpul aeronavei? Acest lucru se realizează deoarece moleculele de aer îl împing în sus. Datorită formei sale, în mișcare sunt mai multe molecule care se ciocnesc în partea de jos decât în partea de sus (la fel cum atunci când alergi pe ploaie sunt mai puține picături care te lovesc pe spate), iar cele care se ciocnesc în partea de sus se ciocnesc cu o viteză mult mai mică decât cele care se ciocnesc în partea de jos, ceea ce generează o diferență de presiune care este cea care ridică avionul (figura 1).
Acum, pe axa orizontală avem o forță care împinge avionul în spate. Această forță este dată de moleculele de aer care se ciocnesc cu aeronava. Pentru a contracara această forță se află motoarele, care propulsează moleculele de aer în sens invers, iar acest lucru se face prin rotirea rapidă a paletelor lor. Mari și puține în cazul avioanelor cu elice, și multe și mici în cazul avioanelor cu turbină.
Bine, știm mai mult sau mai puțin de ce zboară un avion, dar de ce zboară atât de sus? Majoritatea avioanelor comerciale zboară la o altitudine de aproape 35.000 de picioare, aproximativ 10,6 kilometri. De ce să nu zburăm la doar câțiva kilometri deasupra solului, ceea ce reprezintă o altitudine mai mult decât suficientă pentru ca avionul să nu aibă probleme cu structuri precum turnuri sau zgârie-nori? Dacă încerci să eviți munții, chiar dacă toți munții din lume ar fi la fel de înalți ca Everestul (8,8 kilometri), de ce să iei o marjă de siguranță cu aproape 2.000 de metri mai mare?
Păi, în primul rând, altitudinea la care zboară majoritatea avioanelor nu este o alegere arbitrară. Există motive foarte bune pentru aceasta. Iată care sunt principalele.
Unul dintre principalele motive pentru care avioanele comerciale zboară atât de sus este rezistența aerului. Cu cât vă ridicați mai mult deasupra solului, cu atât mai subțire devine atmosfera și, prin urmare, cu atât mai puțină rezistență la zborul aeronavei. Avioanele zboară la această altitudine de când au fost inventate motoarele cu reacție (avioanele nu mai folosesc motoarele cu reacție originale, ci turbofane). Aceste motoare, care se aseamănă mai mult cu sistemele de rachete cu reacție, au un impuls specific mai mare, deoarece există mai puțin aer. Totuși, ele au nevoie de oxigenul atmosferic pentru a menține combustia.
În orice caz, cu cât mai multe molecule de aer trebuie să elimine aeronava în calea sa, cu atât mai multă energie este necesară, cu atât mai mult combustibil consumă și, ca urmare, costurile de operare vor fi mai mari. Datorită rezistenței mai mici la altitudini mai mari, avioanele comerciale zboară cu un consum minim de combustibil. Acesta este motivul pentru care 35.000 de picioare este cunoscută ca „altitudinea de croazieră”, unde se obține un echilibru între costurile de operare și eficiența combustibilului.
Un alt motiv important este că, la altitudinea de croazieră, atmosfera este mai stabilă și, de obicei, nu trebuie să își facă griji cu privire la nori și alte fenomene meteorologice, cum ar fi furtunile. Avioanele pot naviga prin nori și furtuni fără probleme majore, dar atunci când o fac, turbulențele sunt inevitabile, ceea ce, pe lângă faptul că sunt inconfortabile pentru pasageri, ar putea provoca panică în cabina de pilotaj.
Descoperirea obstacolelor este un al treilea și evident motiv. Dacă pilotați un avion pe consolă sau pe calculator, puteți zbura la joasă înălțime, puteți face salturi în cerc, puteți trece printre clădiri, puteți trece prin defileuri și așa mai departe. Dar nu aceasta este realitatea. Dacă acest lucru este prea periculos chiar și pentru o aeronavă mică de luptă sau de prezentare, pentru o aeronavă comercială mare este practic imposibil. Cu un vehicul mic, chiar și eu aș putea face manevre imposibile pentru un autobuz de oraș.
În plus, după cum știe toată lumea, terenul nu este în palmă, ci deasupra nivelului mării există o multitudine de forme de relief, așa că aeronava urcă la o altitudine suficient de mare pentru a se feri de tot felul de forme de relief. Și dacă trebuie evitate formele de relief, zborul la 35.000 de picioare asigură, de asemenea, că aeronava se află mult deasupra zborului majorității păsărilor. Acest lucru este crucial, deoarece loviturile de păsări pot fi mult mai mult decât un simplu incident sau o simplă neplăcere.
Au existat multe cazuri de incidente cu lovituri de păsări, dar cel care a primit cea mai mare atenție a fost cazul zborului US Airways 1549. La 15 ianuarie 2009, un avion (Airbus 320) a efectuat o aterizare miraculoasă fără motor în râul Hudson, după ce a fost lovit de un stol de păsări la scurt timp după decolarea de pe aeroportul LaGuardia din New York. În mod incredibil, nu a existat nicio victimă. Acesta este motivul pentru care aterizarea accidentată și fericită – transformată în filmul Sully, regizat de Clint Eastwood și cu Tom Hanks în rolul principal – este cunoscută sub numele de „miracolul de pe Hudson”.
Să presupunem că pilotați un avion comercial la doar un kilometru deasupra solului și ceva nu merge bine. Avionul începe să se prăbușească. Știți că puteți remedia problema care face ca avionul să coboare rapid, dar avionul coboară prea repede și pur și simplu nu aveți suficient timp pentru a remedia problema. În acel moment, vă veți gândi: „Dacă aș avea mai mult timp…”. Acesta este un alt motiv pentru care avioanele comerciale zboară la o altitudine de aproximativ 11 km, o altitudine care acționează ca o „pernă de siguranță” și le oferă piloților timp pentru a repara lucrurile în cazul în care ceva nu merge bine.