A explicação newtoniana

Isaac Newton declarou que, para cada ação, existe uma reação igual e oposta (Terceira Lei de Newton). Um bom exemplo está em dois patinadores em uma pista de gelo. Se um empurra o outro, ambos se movem - um pela força da ação e outro pela força da reação.

No final do século 17, Isaac Newton formulou a teoria de que as moléculas de ar atuam como partículas individuais e o ar que atinge a superfície inferior de uma asa atua como chumbinho ricocheteando em uma placa metálica. Cada partícula individual ricocheteia na superfície inferior da asa e é desviada para baixo. Conforme atingem a parte inferior da asa, as partículas concedem parte de sua cinética à asa, gradualmente empurrando a asa para cima com cada impacto molecular.

Nota: Na verdade, as teorias de Newton sobre fluidos foram desenvolvidas para batalha naval, a fim de ajudar a reduzir a resistência que a água exercia nos navios - a meta era criar um barco mais rápido e não um avião melhor. Ainda assim, as teorias são aplicáveis, visto que água e ar são ambos fluidos.

Por que isso não está inteiramente correto?
A explicação de Newton oferece uma imagem um tanto intuitiva de como a asa desvia o fluxo de ar que passa por ela, com algumas exceções:

1. A superfície de cima da asa é totalmente excluída do cenário. A superfície de cima de uma asa contribui substancialmente para afetar o fluxo do fluido. Quando apenas a superfície inferior da asa é considerada, os cálculos de sustentação resultantes são um tanto imprecisos.

2. Quase cem anos depois da teoria de cascos de navio de Newton, um homem chamado Leonhard Euler notou que o fluido que se move em direção a um objeto desvia antes mesmo de atingir a superfície, sem chance de ricochetear na superfície. Parecia que o ar não se comportava da mesma forma que os chumbinhos. Em vez disso, as moléculas interagem e se influenciam, de forma que é difícil prever usando métodos simplificados. Essa influência vai além do ar em volta da asa.

Por que isso não está inteiramente errado?
Embora uma pura explicação newtoniana não produza estimativas precisas de valores de sustentação em condições de vôo (por exemplo, o vôo de um jato de passageiros), ela prevê muito bem a sustentação de certos regimes de vôo. Para condições de vôo hipersônico (velocidades que excedem em cinco vezes a velocidade do som), a teoria de Newton prova ser verdadeira. Em altas velocidades e densidades muito baixas de ar, as moléculas de ar se comportam como os chumbinhos exemplificados por Newton. O ônibus espacial opera sob essas condições durante sua fase de reentrada.

Diferentemente do conceito de igual tempo de trânsito, o princípio de Newton diz que o ar é desviado para baixo enquanto percorre a asa. Embora não se deva ao contato das moléculas contra a superfície inferior da asa, o ar é certamente desviado para baixo, resultando em um fenômeno denominado downwash (veja NASA: Glenn Research Center - em inglês - para mais sobre downwash).