¿Puede un avión despegar sobre una cinta de correr que se mueve a su misma velocidad?

Hacía un tiempo que quería hablar sobre cómo vuelan los aviones y me he reencontrado con un episodio de los Cazadores de Mitos en Youtube en el que ponían a prueba un viejo dilema: ¿Podría un avión despegar sobre una cinta de correr que se mueve a la misma velocidad que él en dirección contraria?

¡Y el avión despega! Parece un poco contraintuitivo, ¿no? A primera vista, da la impresión de que un avión que se desplaza sobre una cinta de correr que va a la misma velocidad que él debería quedarse quieto en el mismo sitio y, como el aire no fluiría alrededor de sus alas, no despegaría. Quizá sea por eso que el vídeo tiene un montón de votos negativos y comentarios que dicen que esto no está bien y que el avión no debería despegar y, lo entiendo, es lo que puede parecer si no se analiza con atención el problema… Pero todos esos haters están equivocados.

De hecho, están tan equivocados y tan convencidos de que no lo están que un tipo sintió la urgente necesidad de abrir una página web con el único objetivo de explicar este problema y terminar con la discusión de una vez por todas. Y es su planteamiento el que vengo a exponer hoy, porque es muy interesante.

Para entender el problema hay que hablar primero de dos cosas: qué mantiene los aviones en el aire y cómo se mueven cuando están apoyados contra el suelo.

Un avión vuela gracias al fenómeno de la sustentación: debido a la forma de sus alas, el aire las empuja con más fuerza por la parte de debajo que por la de encima, de manera que el avión se mantiene “apoyado” contra el aire sobre el que se mueve a gran velocidad. Es una explicación muy simplificada, pero ya nos vale para el caso.

Podéis ver el vídeo original aquí.

Si alguna vez habéis sacado el brazo por la ventana del coche mientras vais a 100-120 km/h, habréis notado el empuje de aire contra ella. Los aviones vuelan a unos 900 kilómetros por hora, así que podéis imaginar la fuerza con la que el aire recorre el contorno del aparato. O sea que, si os da miedo volar, pensad que realmente es como si el avión estuviera constantemente apoyado en un suelo imaginario por debajo de sus alas, más sólido cuanto más rápido se desplaza la aeronave.

Total, que sin un flujo de aire moviéndose a gran velocidad alrededor de las alas, un avión no puede despegar. Parece lógico pensar, entonces, que un avión que esté sobre una cinta de correr que se mueve a la misma velocidad, pero en dirección contraria, debería quedarse quieto en su sitio y no podría despegar. Pero veamos ahora qué pasa con las ruedas de los aviones, porque son la pieza clave para resolver este dilema.

Todos sabemos más o menos cómo se mueve un coche: el motor da vueltas a una correa, que a su vez está enganchada al eje sobre el que están montadas las ruedas. La correa hace girar el eje, por lo que las ruedas que están fijas en sus extremos también giran. Al girar, gracias a la fricción con el suelo, las ruedas obligan al resto del coche a seguir su camino. Esto significa que sobre un terreno en el que no haya fricción, un coche no será capaz de moverse en absoluto, porque las ruedas no tendrán nada a lo que “agarrarse”.

En cambio, un avión no necesita tracción en las ruedas porque todo el impulso que genera proviene de los motores que tiene en las alas. Las ruedas del tren de aterrizaje de un avión no están fijas en el eje sobre el que está montadas y pueden girar libremente alrededor de él mientras los motores del avión propulsan todo el aparato. Es por eso que, al contrario que un coche, un avión se podría mover sobre una superficie sin fricción: las ruedas de un avión no ejercen ningún papel en la locomoción de la aeronave cuando está en tierra.

Dicho de otra manera: las ruedas de los aviones sirven, simplemente, para reducir la fricción entre el suelo y el aparato mientras no está en el aire… Ya sabéis, por eso de que aterrizar y despegar arrastrando el fuselaje por la pista no proporciona la mejor experiencia de vuelo para los pasajeros (aunque al menos daría un motivo real a esa gente a la que le gusta aplaudir cuando el avión aterriza).

Por otro lado, para poder reducir de manera eficaz la fricción con el suelo, se necesita que las ruedas giren con la mayor libertad posible alrededor del eje sobre el que están montadas. Si no es así, las ruedas no podrán disipar correctamente la fricción que actúa en dirección contraria al movimiento del avión y la integridad física del tren de aterrizaje podría quedar comprometida, ya que la nave recibiría un brusco empujón hacia atrás tan pronto como el tren de aterrizaje tocara el suelo.

Lo ideal, entonces, es que las ruedas simplemente acompañen el movimiento del avión sin intervenir en su el proceso de frenado mientras éste reduce su velocidad paulatinamente usando las alas. Es por eso que para reducir la fricción entre el suelo y el eje sobre el que están montadas las ruedas se utilizan los famosos (de verdad, Ciencia de Sofá, ¿famosos?) rodamientos. Se trata simplemente de unos aros repletos de bolas o rodillos que se colocan entre un eje y una rueda. Cuando la rueda de un avión empieza a girar al contacto con el suelo, el giro de los rodamientos disminuyen el rozamiento sobre el eje sobre el que están montados, reduciendo en la mayor medida posible el empuje en la dirección contraria que sufre el avión debido a ella.

Y ahora podemos meter por fin la cinta de correr en la ecuación.

Como la función de las ruedas de los aviones es simplemente girar con libertad alrededor del eje del tren de aterrizaje, no importará que el avión se mueva sobre la pista o que la pista se esté moviendo bajo el avión, porque en los dos casos el resultado será el mismo gracias a los rodamientos: las ruedas darán vueltas sin transmitir el movimiento al avión… O, al menos, eso ocurriría si viviéramos en el mundo perfecto de los problemas de física del instituto. Si ese fuera el caso, una cinta de correr puesta debajo de un avión tan sólo haría girar las ruedas del tren de aterrizaje en dirección contraria mientras la aeronave se mantendría quieta en el mismo lugar, sin inmutarse.

Pero por desgracia no vivimos en el mundo de los modelos ideales. Existe cierto rozamiento entre los rodamientos, las ruedas y el eje sobre el que están montadas de manera que, cuando nuestra gigantesca cinta de correr empiece a moverse y a hacer girar las ruedas, la fricción sí que provocará un pequeño esfuerzo en la dirección contraria al movimiento del avión.

Pero aquí viene la parte contraintuitiva de este experimento mental: por muy rápido que se mueva la cinta, la fricción que aparecerá entre ésta y las ruedas será siempre la misma.

¡Esto es el colmo, “Ciencia” de “Sofá”! ¿Tú has corrido alguna vez sobre una cinta en un gimnasio? ¿A QUE NO PUEDES TROTAR TRANQUILAMENTE A 15 km/h?

Eh, eh, eh, cálmate un poco voz cursiva. Desapareces unos días, los lectores piden que vuelvas y llegas revolucionada. Vamos a darle otro enfoque a esto para que no te resulte tan absurdo.

Dicho así de primeras parece raro, pero tiene todo el sentido del mundo. La fricción entre dos superficies depende de las características de esas superficies, su temperatura o la fuerza con la que estén apoyadas entre sí, pero no de su velocidad. Si así fuera podríamos correr o conducir sobre el hielo con normalidad siempre y cuando fuéramos muy deprisa, cosa que no ocurre.

En el caso del avión sobre la cinta de correr, las ruedas de la aeronave girarán más deprisa cuando más rápido se mueva la cinta que tienen debajo, pero la fricción generada será constante. Esto significa que, por muy rápido que se mueva la cinta bajo el avión, la fuerza que éste notará en la dirección contraria a su movimiento será siempre la misma. En otras palabras: al contrario que un coche, al no tener tracción en las ruedas un avión no tiene que igualar su velocidad con la cinta de correr para mantenerse inmóvil respecto al suelo porque no tiene tracción en las ruedas.

Es por eso que si colocamos un avión sobre una cinta de correr, bastará con que los motores produzcan un ligero empuje para sobreponerse a esa fricción constante y así mantener el avión estático respecto a la cinta de correr. A partir de ese momento, la velocidad de la cinta puede aumentar tanto como quiera. Da igual que se mueva a 5 km/h o a 200 km/h, que el avión seguirá estático respecto al suelo compensando el movimiento de la cinta con el mismo pequeño empuje.

Llegados a este punto, a la mínima que el piloto del avión decidiera aumentar el impulso producido los motores, el avión empezaría a moverse hacia adelante. De nuevo, no importaría que el avión se estuviera moviendo más despacio que la cinta: la aeronave se desplazará hacia adelante y podrá despegar con normalidad si se sobrepone a esa fuerza de fricción mínima y constante que intenta echarlo hacia atrás.

O sea, que la respuesta es que sí, que un avión puede despegar perfectamente sobre una cinta de correr que se mueve a su misma velocidad. En el caso de que el piloto del avión estuviera compitiendo contra un loco que pretende evitar que el avión despegue aumentando la velocidad de la cinta de correr, este extraño villano nunca tendría éxito. El único escenario en el que el avión no despegará será aquél en el que el piloto del avión decida mantener el aparato en ese límite de velocidad en el que la fuerza de los motores iguala la de la fricción y la aeronave queda estática respecto al suelo.

En resumen:

1) ¿Puede una cinta de correr impedir que un avión despegue igualando su velocidad? No, no puede. Si el piloto quiere, un avión sobre una cinta de correr siempre despegará.

2) ¿Puede el piloto de un avión evitar deliberadamente que el avión despegue si se encuentra sobre una cinta de correr? Sí, si lo mantiene a una velocidad baja, de manera que la fuerza que ejercen hacia adelante los motores del avión esté igualada con la fuerza de fricción que lo empuja hacia atrás.

Así que por favor os pido que nadie se meta más con los Cazadores de Mitos 🙁

 

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32 pensamientos en “¿Puede un avión despegar sobre una cinta de correr que se mueve a su misma velocidad?”

  1. ¡Qué buena explicación! En cuanto leí el título me pareció descabellada la idea, pero poco a poco se aclaro; ahora me parece más que obvio que por supuesto un avión puede despegar en una cinta de correr. Muy buena entrada, y sí, que nadie se meta con los Cazadores de Mitos. >:(

  2. Creo que el problema es que cuando lees el problema automáticamente piensas: “¿Puede un avión despegar si su velocidad relativa al suelo es cero?” Y la repuesta entonces es no. Pero ese no es este caso, dado que la cinta de correr no cancela el avance del avión y de ahí la confusión.

    1. Pues un avión si puede despegar aun cuando su velocidad relativa al suelo sea cero!! lo impresionante de esto la velocidad que necesitan todos los aviones para volar es respecto al aire, asi que si tienes aire a 200km/h de frente al avión, volará sin moverse respecto a tierrra 🙂

    1. Yo entendí lo mismo que los dos anteriores, que un avión podía llegar a “levitar” al acelerarlo en una cinta de correr… y me salía humo de la cabeza XD

  3. Entonces esto es como hacer el truco de tirar del mantel sin que se caigan los platos pero con un avión (?)
    Bueno… al menos asi es como lo vi yo. 😛

  4. La explicación es perfecta, en cuanto el avión con sus motores compensan la pequeña fricción que lo haría retroceder.
    Pero lo que no comprendo es que con este sistema nos olvidamos que que para que el avión despegué necesita la presión del aire que se produce cuando el avión está rodando
    Para producir la sustentación del ala en el INTRADOS y en el
    EXTRADOS . Sin esta presión no existe sustentación.
    Si el avión está estático en el suelo encima de la cinta no existe presión de aire frente a las alas, la única presión es la que ejercen los motores y no es suficiente.
    Todos los aviones. Tienen cada tipo de ellos una velocidad de despegue, sin esta presión de aire no pueden despegar
    Como se puede despegar desde estático si no tenemos presión de aire. Sólo tendremos la velocidad del viento reinante en este momento. Proa viento.
    Corregitme si no lo entiendo.

    1. Es que no despega en estático, si no he entendido mal, el avión puede correr sobre la cinta… piénsalo con una bici sobre una cinta. La cinta hacia atrás a 5 Km/h. Si el ciclista puede moverse a veinte hacia adelante, se moverá a 5 respecto del aire. Pues eso pero más… Creo yo 🙂

  5. Muy divertido, pero muy equivocado.
    Y los desmitificadores son unos fenómenos divertidos.

    Explicación al video:
    Si ven los conos rojos verán que el aeroplano va mas rápido que la camioneta. Si mantuvieran la misma velocidad debería mantenerse siempre entre los mismos conos. (y no despegaría).

    En cuanto a la teoría es muy diferente.
    Hay dos problemas: uno la velocidad horizontal del avión y otra la sustentación.

    Empiezo por la segunda porque es la que impide que despegue.
    El avión se sustenta porque el aire que pasa debajo del ala recorre menos trayecto que el que va por arriba y eso hace que ejerza mas presión. En la cinta no hay aire circulando (a menos que pongas un ventilador, jaja).
    Nota: Quizá los únicos aviones que lo lograrían son los de hélice con alas centrales ya que parte del viento lo genera la propia hélice por arriba y abajo del ala.

    En cuanto al movimiento de la cinta el razonamiento es equivocado: En un mundo ideal el avión se movería a la velocidad de la cinta y la rueda no giraría. (La fuerza se traslada al eje y no hay nadie que ejerza una fuerza contraria sobre el avión para frenarlo y que las ruedas giren).
    En el mundo real la cinta cedería sobre los rodillos que están abajo, las ruedas girarían y el avión se mantendría quieto a menos que la fuerza aplicada sea mayor que la necesaria para levantar el avión y sacarlo de entre dos rodillos. (lo que pasa cuando hacen los test de la VTV).

    Ojo, no confundir fuerza con velocidad. La fuerza que tiene que hacer una cinta transportadora con un avión encima es muchísimo mas grande que la que hace con un gordito de 100 kg para llegar a la misma velocidad.

    Saludos

    Guillermo

    1. No necesitas un ventilador, hay que encender los motores.

      Las ruedas nunca impulsan el avión, lo hacen los motores. Al desplazarse la cinta, las ruedas empiezan a girar y a desplazar ligeramente el avión. Si encendemos los motores estos contrarrestan fácilmente el movimiento provocado por la cinta y el avión podrá despegar con la misma facilidad que en condiciones normales.

  6. Hay dios… este artículo tiene errores. Ya de entrada el título es falso.

    ¿Puede despegar un avión sobre una cinta de correr que se mueve a su misma velocidad?
    Si se moviera a la misma velocidad, como bien dijo Guillermo los conos aparecerían fijos, y las ruedas girarían a la misma velocidad que la cinta (en un mundo ideal). En un mundo real, con el avion con las turbinas apagadas, se desplazaría hacia atrás por el tema del rozamiento de los rodamientos. Si el piloto ejerce un pequeño empuje con los motores, el avión comenzaría a avanzar. Si el rozamiento se iguala a la potencia de las turbinas, el avión permanecería en el mismo lugar. Pero jamás podría despegar porque no hay aire circulando en las alas. Si el empuje del motor es mayor que el rozamiento, el avión empezaría a avanzar respecto al piso y respecto al aire relativamente estático (y respecto a la cinta), y con el suficiente empuje de los motores, eventualmente despegaría.

    Pero la respuesta a:
    ¿Puede despegar un avión sobre una cinta de correr que se mueve a su misma velocidad?
    es un rotundo NO. No puede.
    ¿Puede despegar un avión sobre una cinta de correr que se mueve a a mucha velocidad?
    es un rotundo SI. Si se puede siempre que tenga lugar suficiente en la pista para obtener velocidad respecto al piso.

    Sino tengo la solución a los despegues en los portaaviones… voy corriendo a patentarla.

    Y me surge otra duda, ¿podría despegar verticalemente un avión que no rodara por la pista con viento de frente lo suficientemente fuerte? Yo creo que sí.

    Saludos,
    Germán

    1. En realidad hay una confusión con las distintas formas de interpretar el titulo. Es claro que el avión puede despejar sobre una cinta a cualquier velocidad de esta (las explicaciones están dadas). Ahora a la pregunta:¿Podría un avión despegar sobre una cinta de correr que se mueve a la misma velocidad que él en dirección contraria? habría que aclararle a que parte del avión se refiere y a que velocidad puesto que vos al afirmar “es un rotundo NO. No puede”… solo tendrías razón si tomas como la velocidad del avión la velocidad tangencial del punto de contacto de la rueda con el piso (suponiendo se iguale la fuerza de fricción transmitida por la cinta con los motores del avión al punto que este quede quieto con respecto al suelo), pero otro podría interpretar la velocidad del avión como la de este con respecto al suelo (independientemente de la velocidad de la rueda).
      En resumen todo es relativo a que sistema de referencia se tome, lo cual no esta claramente especificado

      1. Vamos amigos, no le deis mas vueltas al tarro, que que tiene que ver la velocidad de las ruedas con el despegue.Las ruedas solo sirven para facilitar la carrera de despegue y aterrizaje del avión.
        No hay más cera de la que arde, si las alas de un avión no reciben una velocidad de aire que chocan con el borde de ataque y dicha presion del aire paralela a la curvatura de las alas o perfil.
        Para crear una aceleración del flujo de aire que producen en el INTRADOS y el EXTRADOS no existe sustentación.
        Revisar los libros física o cualquier manual de piloto. Y os sacaran de dudas.
        Los helicópteros su despegue vertical y su estacionario, lo producen sus rotores que al girar a una velocidad casi SUBSONICA se enroscan en el aire, produciendo
        La sustentación necesaria para poder volar.

        ROTOR…

    2. y respecto a tu duda la respuesta es si. Si el viento (suponiendo sea laminar y enfrentado al avión) alcanza o supera la velocidad de despeje del avión este puede despejar estatico con respecto al piso, pero siempre logicamente con motor propulsor equiparando el viento…. Ahora para un avión grande te aseguro que en la realidad no quisiera estar en ese avión ya que la turbulencia y rotores generados al ras del suelo por todos los obstáculos u objetos que pueda haber cercanos en un viento de magnitud tal como para levantarlo en vuelo serian tremendos.
      Por otro lado si bien no despejando por que no tienen motor este fenómeno es fácilmente observable por ejemplo en parapentes que pueden permanecer estaticos con respecto al piso o aterrizar en vertical cuando el viento iguala su velocidad de vuelo.
      Pd. no confundir parapente con paracaidas. El parapente es un ala voladora (aerodeslizador) y requiere velocidad con respecto al aire, de no tenerla entra en perdida.

  7. Pensado así quizás disipe más dudas:

    El motor del automóvil ejerce su efecto sobre el suelo, o sea, se desplaza “agarrándose” del suelo, por lo tanto, si haces que el suelo se mueva hacia atrás (la cinta transportadora) el auto que trata de avanzar se quedará en el mismo lugar.
    El motor del avión ejerce su efecto sobre el aire, o sea, se desplaza “agarrándose” del aire, por lo tanto, por mucho que el suelo se mueva para atrás al avión le da lo mismo, pues el aire sigue sin moverse en la dirección contraria.

    El experimento equivalente al “auto en la cinta transportadora” sería un “avión en el túnel de viento”, donde el flujo de aire sea en dirección contraria. Efectivamente, el avión no avanzaría, aunque sí podría despegar (de la misma forma que un auto en una cinta transportadora no avanzaría pero podría girar).

    1. Estoy de acuerdo contigo, si no hay flujo de aire potente frente a las alas del avion que produzcan una aceleracion del aire en el intrados y en el extrados de las alas no existe sustentacion.
      Si no existe sustentacion no hay despegue.
      Ya publique esta explicacion en otros comentarios.
      Es el A B C del porque un avion se sustenta en el aire.
      Pero veo que hay muchas personas que no lo entienden.

  8. Hola! Muy buena entrada, pero me has dejado con una duda: Si la forma de las alas hace que la fuerza del aire sea mayor abajo que arriba, como es que los aviones pueden volar boca abajo sin problema?

    1. Pueden volar porque lo que produce la sustentación es el plano inclinado con respecto al avance, al volar invertido hay que darle mayor inclinación al ala para compensar y se logra con el control del estabilizador. Lo que es herrado la descripción de la sustentación, esta se produce por la forma del perfil y por la incidencia (inclinación del ala con respecto al avance) y forma un presión por debajo y un vacío por arriba que siempre es mayor, la ley de resistencia al avance dice que corresponde 25 % a la presión y 75 % al vacío que lo absorbe hacia arriba. Cuando uno camina viento en contra y lo frena el 25% es el aire que viene de frente y el 75% el vacío que se forma detrás.

  9. El avión debe estar en movimiento no importa si la pista se mueve o es la normal. La movilidad de la banda no afecta ni ayuda en nada solo es cuestión de que el avión vaya a más velocidad. Si el avión estuviera estático y la banda fluyera a 10,000 kms por hora nunca despegaria. Por lo cual el avión solo debe ir más rápido que la banda.

  10. Claro que despegará, las ruedas deberán “soportar” o girar a una velocidad suma de la de la cinta y la creciente del avión, pero creo que sí despegará.

  11. Creo que aqui la confusion está en la expresión “ir a la misma velocidad”.

    Unos, por analogía a una persona corriendo sobre una cinta, entienden que significa que la persona estaría estática respecto al entorno, ya que la velocidad que consigue ejercerciendo fuerza “sobre la cinta” es igual y opuesta a la que le tiene la propia cinta.

    Debido a que un avión se impulsa contra el aire y no contra el suelo, su velocidad no está condicionadad por la de la cinta (descontando la minima fuerza de rozamiento que no depende de la velocidad).

    Por lo tanto, y aqui está el quid de la cuestion, un avión puede ir a 1000 m/s hacia adelante sobre una cinta que va a 1000 m/s hacia atras. Es decir, a la misma velocidad en terminos numéricos. El unico requisito para que vuele es que al menos SU velocidad sea la minima para lograr sustentacion.

    Podríamos decir que el titular estaría incompleto ya que hay valores bajos de velocidades iguales para avion y cinta en la que el avion no se elevaría (aunque sí se movería haci adelante).

  12. Es más sencillo. Coged una comenta, poneos unos patines, y montaos en la cinta. Sin viento, no vuela la cometa. El viento necesario para levantar la cometa, será el mismo que necesites para volar la cometa sin cinta ni patines. Las conclusiones del artículo son erróneas, a menos que la cinta de correr genere un flujo de aire bajo las alas, si el avión no se mueve en referencia a un observador que no esté montado en la cinta, no volará, salvo que sea un avión capaz de despegar en vertical.

  13. Y que paso con la fuerza del aire que se necesita para hacer despegar el avion????????
    Si esta estatico en la cinta en que aire se va a sostener?????????????????????????????????????
    Lo de las ruedas esta mas que claro pero la fuerza para despegar no la veo por ningun lado.

  14. a ver podrias hablar sobre la ENERGIA LIBRE, y sus mitos?, es mas tengo la teoria que si el universo tiene 0.04% de materia visible, 3,6% materia visible, 4% de materia barionica, 23% de materia oscura y 73% de ENERGIA OSCURA, ¿esa energia oscura sera la evidencia que la energia libre existe?, ¿sera posible transmitir energia inalambrica como alguna vez soño TESLA?

  15. Estimado Jordi, un buen artículo, pero dices “La fricción entre dos superficies depende de las características de esas superficies, su temperatura o la fuerza con la que estén apoyadas entre sí, pero no de su velocidad.” ¿podrías darme una explicación de por qué los pilotos tenemos una limitación de velocidad en nuestras ruedas? En mi avión por ejemplo esta limitación es de 195 nudos (algo más de 360 km/h) y esto es independientemente de si mi avión pesa 30 o 40 toneladas.
    Un cordial saludo y enhorabuena por tu blog.
    Manolo

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