Setanta tones en l’aire i una discussió sense tancar

S'envola un avió de línia de setanta tones i, mentre puja, dues coses són veritat al mateix temps: la força que el sosté està calculada amb una precisió que s'expressa en newtons, i la frase que explica d'on surt aquella força continua sense amo. El febrer de 2020, Scientific American va titular un article «Ningú no pot explicar per què els avions es mantenen en l'aire».

Són quatre capes diferents i es barregen sempre. Van per separat.

1. El que està mesurat.

Una ala en moviment envia aire cap avall. Moltíssim aire, de manera contínua. I damunt d'ella es forma una zona de pressió més baixa que la de sota. Les dues coses es mesuren per separat: la pressió, amb preses repartides al llarg del perfil; la força, amb una bàscula al túnel de vent. Els números surten, es repeteixen, i amb ells es dissenyen ales i es certifiquen avions. Aquí no hi ha cap discussió.

2. L'explicació del llibre de text.

És el dibuix de sempre: el llom de l'ala és més corb, és a dir més llarg, i les dues porcions d'aire que se separen al morro «han de tornar a trobar-se» a la vora de sortida, de manera que la de dalt està obligada a córrer més. I l'aire que corre més té menys pressió, cosa certa que va formular Daniel Bernoulli, matemàtic suís, el 1738.

La fallada és a la frase que va entre cometes, l'única que ningú no justifica mai. No existeix cap llei física que obligui dues porcions d'aire separades a reunir-se després amb la seva parella. El Centre de Recerca Glenn de la NASA, que manté una guia pública d'aerodinàmica, ho anomena amb aquestes paraules una suposició no física, i ho tanca mesurant: la porció d'aire que passa per damunt d'una ala que està sustentant arriba a la vora de sortida abans que la de baix, i va molt més de pressa del que caldria per empatar. Si algú calcula la sustentació amb aquella teoria, el resultat queda molt per sota del que de debò aixeca l'avió.

3. Les dues respostes que competeixen, i el buit de cadascuna.

La de Bernoulli: a dalt l'aire va més de pressa, la pressió baixa i l'ala puja. Dona compte de la zona de pressió baixa. Deixa sense explicar per què l'aire accelera.

La de Newton: l'ala desvia aire cap avall i l'aire empeny en sentit contrari, que és la tercera llei. Deixa sense explicar, tota sola, la zona de pressió baixa. Però dona compte de tres fets que la del llibre de text no pot ni mirar de cara.

Un perfil simètric, amb la mateixa corba a dalt que a baix, sustenta tan bon punt s'inclina.

Una placa plana, sense cap curvatura, també: és el que fa volar un avió de paper.

I un avió de perfil corb pot volar de cap per avall, cosa que els acrobàtics fan des de fa un segle.

Per on va avui la cosa: des del treball de Doug McLean, enginyer aerodinàmic de Boeing, s'insisteix que la pressió i la desviació de l'aire són dues parts del mateix camp de flux, que se sostenen l'una a l'altra, i que preguntar quina de les dues causa l'altra està mal plantejat. L'aire de dalt accelera per la curvatura de les línies de corrent i per la circulació que l'ala instal·la al seu voltant, no per una cita pendent amb l'aire de baix.

4. El número que de debò fa servir un pilot.

Un pilot no pot canviar la forma de l'ala en vol. Li canvia l'angle respecte a l'aire que li arriba —l'angle d'atac—, i això és el que governa la sustentació de cap a cap. És el mateix que es nota en treure la mà per la finestreta d'un cotxe en marxa i inclinar-la a poc a poc: la mà és plana, no té llom, i la força canvia igualment.

Una ala corrent aguanta fins a un angle d'atac d'entre quinze i vint graus. Passat aquell punt, l'aire es desprèn del llom, la sustentació cau de cop i l'avió entra en pèrdua. Aquest és el número que mira un pilot, i no cal guanyar la discussió per respectar-lo.