Los tres mosqueteros: un aerostato no es un barco

En el anterior post os explicaba cómo los aerostatos que vemos en la película «Los tres mosqueteros» (la de 2011) simplemente no podrían elevarse. Hoy veremos cómo, asumiendo que el globo fuera suficientemente grande como para que el vehículo pudiera flotar, no tendrían la maniobrabilidad que vemos en la pelí. Recordemos el diseño del aparato: un globo en forma elipsoidal, del que cuelga una embarcación con velas a los lados. Un aparato así, sin ningún tipo de propulsión propia, no importa la forma del casco o de las velas, sólo podría moverse en una dirección: la del viento. Lo mismo que ocurre con un globo moderno.

Pero ¿acaso un velero no puede navegar en muchas direcciones? Sí, pero es que en el caso de una embarcación sobre el agua, tenemos un elemento claramente diferenciador, que ejerce una serie de fuerzas, inexistentes en un aerostato. Me refiero, por supuesto, al propio agua.

Empecemos por un caso simple: un velero con el viento en popa (lo que en la jerga se denomida empopada). Aquí no hay mucha complicación. El viento ejerce una fuerza hacia delante sobre la vela que empuja al barco en la misma dirección. De lo más intuitivo.

Ahora imaginemos que queremos cambiar la dirección. El timón es una simple aleta vertical, que puede variar su orientación con respecto a la dirección longitudinal del casco. El barco se desplaza sobre el agua, por lo que si tomamos como marco de referencia nuestra embarcación, podemos decir que es el agua la que se mueve con respecto al barco, en el sentido proa-popa. Cuando el timón está alineado con la quilla, el agua fluye alrededor del casco y del timón, en la misma dirección. Pero si movemos un poco el timón, formándo un ángulo con la quilla, el flujo del agua que rodea el timón genera una fuerza lateral que hace rotar al barco.

Pero, ¿cómo hacemos para que siga avanzando, ahora que ya no recibe el viento directamente de popa? Bien, cuando un velero navega con el viento en popa pero formando un ángulo (lo que en la jerga se denomina largo), la fuerza del viento podemos dividirla en dos componentes perpendiculares: una con la misma dirección que el barco, y otra perpendicular al mismo. La componente que sigue la longitud del barco, lo empujará hacia delante. La componente perpendicular al mismo, lo empujará de forma lateral. Y aquí vuelve el agua a nuestro rescate. Las embarcaciones no son planas por debajo, sino que tienen forma de huso, y parte de esta forma está sumergida. La propia resistencia al movimiento del agua, se opone al desplazamiento lateral de la quilla (o la orza), de forma que la resultante final de todas las fuerzas, empuja al barco hacia adelante. Como podéis deducir con esta explicación, una simple balsa plana (como las hechas con troncos que vemos en las pelis de náufragos), solo podría moverse en la misma dirección que el viento, sin posibilidad de maniobrar.

Al navegar de esta forma hay un detalle a tener en cuenta. La componente transversal de la fuerza del viento, se ejerce sobre la vela, mientras que la resistencia del agua se ejerce sobre la quilla o la orza, que están sumergidas. Esto genera un par de fuerzas que tiende a volcar la embarcación. Pero en cuanto el barco se inclina, el centro de gravedad ya no está en la misma vertical que el centro de flotabilidad, generando a su vez un par de fuerzas que se opone al volcado (hablé sobre esto hace ya tiempo). Dependiendo del tipo de embarcación, el propio peso del barco podría ser suficiente para que ambos pares se igualen al alcanzar determinado ángulo, o bien podría ser necesario desplazar el centro de gravedad hacia el lado que se levanta, como ocurre en embarcaciones deportivas, cuando vemos a sus tripulantes colgados con cuerdas por un lado.

Esta explicación nos permite entender cómo un velero puede desplazarse formando un ángulo con el viento, pero recibiendo éste parcialmente por la popa. Si alteramos un poco el ángulo de las velas, de forma que el viento no incide de forma perpendicular sobre las mismas, sino de forma algo oblicua, podemos pensar que por efecto del principio de acción y reacción, al desviar la dirección del aire, la vela sigue recibiendo un empuje en dirección perpendicular a la misma. Esta explicación nos permitiría entender cómo una embarcación puede aumentar su ángulo con respecto a la dirección del viento, hasta llegar a los 90º (lo que en la jerga se denomina través). Pero no sirve para comprender cómo un velero puede navegar parcialmente contra el viento (lo que en la jerga se denomina ceñida). Y lo cierto es que lo veleros pueden hacerlo ¿Cómo es posible?

Una vela suficientemente tensa y colocada en el ángulo adecuado, casi orientada en la misma dirección que el viento, se comporta como un perfil alar. ¿Qué quiere decir esto? Pues que se comporta como el ala de un avión. El viento circula a su alrededor, bordeando ambas caras, generando un empuje perpendicular a la superficie de la vela, de la misma forma que el flujo horizontal de aire en un ala genera un empuje vertical que eleva una aeronave. Fijáos que la fuerza de empuje en este caso, es casi perpendicular al viento. Siguiendo el mismo razonamiento anterior, descomponemos este empuje en dos componentes, uno longitudinal y otro transversal a la embarcación, siendo la componente longitudinal la que hace que el barco avance. Con este sistema, podemos navegar parcialmente contra el viento, aunque nunca con el viento completamente de frente (el límite suele andar en torno a un ángulo de 45º con respecto a la procedencia del viento).

Como veis, cuando no vamos con el viento en popa, las fuerzas que aparecen por estar nuestra embarcación parcialmente sumergida en el agua, son imprescindibles para la navegación y gobierno de la misma. Estas fuerzas desaparecen si estamos flotando en el aire. En este caso, por mucho que nos las ingeniemos, nuestro vehículo sólo puede dejarse llevar por el viento, en su misma dirección. Ni siquiera podríamos virar un poco. Para poder controlar nuestro rumbo, necesitamos necesariamente algún tipo de propulsión propia, como ocurre en los dirigibles. Ahí, al generar un flujo de aire en dirección contraria, sí que podríamos usar distintas superficies orientables (alerones) para virar o incluso cabecear.