Física y biología

El vuelo en las Aves

El vuelo acrobático de las aves excede largamente el de los aviones más sofisticados

Uno de los tantos aspectos que caracterizan a las aves es su capacidad para volar. Tuvieron que pasar millones de años para que estos reptiles con plumas lograran despegarse del suelo para poder colonizar nuevos nichos. Aún hay discusiones acerca del origen del vuelo y se han planteado distintas hipótesis para explicar cómo fue la transición. Algunos sostienen que comenzó en dinosaurios plumados que saltaban de rama en rama en los árboles, y otros que el aleteo pudo servir en la carrera para ayudarles a ir más ágiles.

Fósil de Archaeopteryx. Poseía caracteres intermedios entre los dinosaurios emplumados y las aves modernas.

¿Cómo funciona?

Para acercarnos a entender el vuelo de las aves debemos entender que las mismas poseen una configuración corporal dada por su anatomía, y en esto entran en juego sus huesos, músculos y plumas. Cuando a uno se le plantea el concepto de “vuelo” lo primero que viene a la mente probablemente sean las alas, ya sean las de un ave o las de un avión. Y su analogía –ala de ave y ala de avión- no es circunstancial, el hombre se ha basado tanto en las Aves para lograr armar sus aviones que aún hoy en día se siguen intentando emular las formas de las mismas para mejorar la eficiencia.

Comparación entre un ave y un avión.

Uno de los inventos de Da Vinci: el planeador.

Cuando se trata de elementos livianos, basta con levantar un hueso de un Ave voladora para darse cuenta de lo liviano que es, adaptado para el vuelo. Y esto se logró mediante lo que se llama “neumatización” de los huesos, lo cual no es ni más ni menos que espacios llenos de aire en su interior, como un neumático. Esto genera que su peso sea menor, por lo tanto, requiere menos fuerza para mantenerse en el aire. También, otra modificación existente, es la de reducir su número de huesos y de fusionarlos a nivel del ala. La musculatura, por otro lado, está anclada al ala y a una porción del esternón muy desarrollada en las Aves (la quilla), aumentando su potencia y fuerza para bajar el ala, lo cual requiere la mayor fuerza posible al momento de volar ya que es la que le generará la fuerza impulsora hacia arriba en el aire. La quilla a su vez aumentaría su brazo de palanca.

En cuanto a las plumas, es un tema más complicado, pero en la evolución puede decirse que fue primordial la aparición de la pluma asimétrica para el vuelo. Cuando vemos una pluma, podemos distinguir que hay algo que la separa en dos partes, como un eje (lo que llamamos “raquis”), y vemos la lámina dividida en dos. Cuando encontramos una pluma en la calle o en el campo y vemos que uno de sus dos lados tiene un ancho más angosto que del otro lado estamos en presencia de una pluma asimétrica, es decir, una pluma perteneciente al ala.

Aerodinámica elemental del vuelo

Para mantenerse en el aire, las aves deben vencer por un lado las fuerzas de la gravedad y de la resistencia del aire al avance. Para vencerlas, generan fuerzas iguales y opuestas; éstas son la sustentación y la fuerza impulsora. La sustentación es la fuerza de la presión del aire que asciende y ésta contrarresta la fuerza de la gravedad (que en este caso, estaría expresada en el peso del ave). La fuerza impulsora es una fuerza que va hacia delante que contrarresta la influencia de las fuerzas de fricción y de la turbulencia del aire (estas dos últimas son las que hacen más lento el avance del ave en el aire, y que en conjunto forman parte de la resistencia del aire al avance del ave). Cuando estas cuatro fuerzas, el peso, la sustentación, la resistencia del aire al avance y la fuerza impulsora, se encuentran en un balance dinámico, el ave logra mantener un nivel de vuelo a una velocidad constante.

A diferencia de los aviones, los cuales generan la sustentación con las alas y la fuerza impulsora con sus motores, las aves usan sus alas para lograr ambas cosas.

A su vez, el ala puede ser dividida en una parte interna (más proxima al cuerpo del ave) y otra externa (más distante del cuerpo del ave), y allí las fuerzas varían. La superficie sustentadora del ala interna genera la sustentación, y el ala externa no solo genera sustentación sino también una fuerza impulsora cuando hay un ángulo de ataque dado por las diferentes orientaciones

Esquema de fuerzas aerodinámicas sobre el ala de un ave (en escala arbitraria).