miércoles, 13 de julio de 2011

La Fisica del Automovil, Velocidad


El automovil es un medio de transporte, y nada mas, intentar convertirlo en una maquina de velocidad es posible, pero requiere de equipos especiales, y por supuesto, de carreteras especiales para practicar esta actividad, intentar usar un auto GT con equipo convencional en una avenida o carretera no diseñada para la alta velocidad, no es una cuestion de emocionante valor, es un acto de estupidez.

La velocidad en un auto, significa una sola cosa, una relacion potencia-peso , una gran potencia y un bajo peso usualmente dan como resultado una gran velocidad, y una gran velocidad usualmente significa problemas de control, debidos a la gran inercia del vehiculo, de ahi la tendencia a "endurecerse" del volante, ademas de los riesgos de colision, el mundo es muy diferente a altas velocidades, donde se presentan fenomenos que no son muy visibles a las velocidades a las que estamos acostumbrados, por ejemplo, una curva, no suele significar gran cosa a una baja velocidad, pero a mas de 100 km/h la Velocidad centripeta puede sacar de la carretera a un conductor inepto, mas por el simple hecho de que las curvas se diseñan para una velocidad dada, observese que las curvas son casi planas en la ciudad, pero las curvas de un circuito de carreras pueden estar inclinadas hasta 60°, para compensar la fuerza centrifuga de un vehiculo a alta velocidad.

POTENCIA

Hablemos primero de la potencia, esta es dada por un buen motor, es lo mas importante en un vehiculo, porque es la Energia fundamental, sin ella, no hay movimiento, usualmente se mide en caballos de fuerza  y su consecucion es un problema mas de ingenieria que de Fisica, tiene que ver en un delicado equilibrio entre combustibles, ciclos de combustion y eficiencia, se puede llegar a ella con motores muy eficientes o con combustibles especiales.

PESO

Ya tenemos la Fuerza para mover nuestros autos, ahora hay que ver que vamos a mover, claro que no es lo mismo mover una pluma que una montaña, la cantidad de materia importa, a esto lo llamaremos masa, y entre menos sea, mas podemos usar nuestra potencia, asi que hay que sacar todo lo que no sirva en el auto, y de preferencia usar una carroceria tan ligera como sea posible, de preferencia con materiales compuestos superligeros.

AERODINAMICIDAD

Y claro, la carroceria debe de ser aerodinamica para aprovechar la Velocidad del viento para mantener nuestro vehiculo estable, un buen diseño es fundammental, (ves porque un GT comun no sirve).

INERCIA

Un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento, de hecho un auto a muy alta velocidad adquiere una inercia enorme, para modificar su movimiento es necesario aplicarle una Fuerza igualmente descomunal, por ejemplo la fuerza de un auto de 1000 km a 30 km/h (la velocidad normal en la ciudad), puede calcularse de la ecuacion:

F=mA

F Fuerza
m masa
A Aceleracion (dV/dt)

Y es de alrededor de 833 N, una fuerza manejable desde el volante, pero a 150 km/h, es de 4166 N, necesitarias ser Hercules para controlar el volante a esa velocidad, es por ello que los aviones de combate usan servomotores en las superficies de control, para multiplicar la fuerza del piloto y controlar el aparato.

Y la inercia de un vehiculo juega en tu contra, porque al trabarse el volante, el auto queda abandonado a las fuerzas de su alrededor, si la carretera es dispareja, un bache, un tope, una deformmacion o lo que sea, puede sacarte de la carretera y volcarte, (el famoso efecto brincacorcholatas), de ahi la necesidad que tienen los circuitos de carreras por superficies completamente planas, para poder controlar este factor.

Pero no es el ultimo efecto de la Inercia, tu auto tardara en reaccionar ante cualquier orden que le des, si aplicas los frenos, tardara en detenerse completamente, asi a 40 km/h se frena en 18 metros, pero a 120 km/h la distancia de frenado es de 192 metros, hay que considerar que hay varios factores que alteran esto, si el vehiculo va mas cargado de lo normal (mas pasajeros, mas combustible, etc.) tardara mas en frenar, si no se reacciona inmediatamente, la distancia de frenado aumenta, y la peor de todas, con suelo humedo, la distancia de frenado aumenta potencialmente, asi a 120 km/h puedes tardar 235 m en frenar, (casi un cuarto de kilometro), de hecho hay una ecuacion de frenado, es un poco aproximada y establece que:

Df = V2/170
Df Distancia de Frenado
V2 Velocidad al cuadrado
170 constante de proporcionalidad

VELOCIDAD CENTRIFUGA

La velocidad no solo es una cuestion de ir hacia adelante, al conducir se presentan mas tipos de Fuerzas, una de ellas es la Fuerza Centrifuga, causada por una Velocidad lateral al conducir sobre una curva, efectivamente, cuando se conduce sobre una curva aparece una fuerza que nos empuja hacia afuera, esta esta determinada por la ecuacion:



Asi es, la velocidad se vuelve angular y surge una fuerza que nos saca de las curvas, pero es algo que los constructores de carreteras ya tienen planeado en sus diseños, y peraltan las curvas, esto es, les dan una inclinacion, por desgracia para muchos, el peraltaje depende de la velocidad y usualmente se calcula para una velocidad promedio baja, indicada en el señalamiento antes de iniciar la curva, para velocidades mas altas, ese peraltaje es insuficiente, es por ello que un conductor experto, baja la velocidad en las curvas, para ajustarse al trazado del camino, y claro esta, en la ciudad las calles no estan peraltadas, asi que correr a alta velocidad en ellas es muy poco juicioso.

Impulso

No hay que olvidar otro concepto, el Impulso, nuestro vehiculo siempre estara sometido a el, se define como:

= mV

I es el Impulso
m es la masa
V es la Velocidad

Los autos tipo GT han sido diseñados con una velocidad de 40 km /h y un peso de 1000 kg en mente, y practicamente todas las especificaciones del vehiculo son para estas magnitudes, esto es resistencia de los materiales al impacto, eficiencia del motor, bolsas de aire, frenado y mucho mas, ir a mayores velocidades disminuye las prestaciones del auto, a 150 km/h, la capacidad de un auto para proteger a sus tripulantes se reduce a cero y es por ello que las autopistas han hecho modificaciones al seguro del usuario, ya no cubren vehiculos que viajen a exceso de velocidad.

Asi como se ve, manejar bien a altas velocidades no solo es cuestion de pisar un acelerador y mover un volante, como casi toda cuestion humana, es una mezcla de valor y conocimiento, hay que conocer bien lo que hacemos, para hacerlo bien 

Autor: Sergio Tellez Morales

3 comentarios:

  1. En el encuentro de Física de aquí Uruguay.-
    En uno de sus talleres "La Física del auto"

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  2. En el encuentro de Física de aquí Uruguay.-
    En uno de sus talleres "La Física del auto"

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  3. Los temas que tratas son muy interesantes, los he estudiado por otros lados y más a fondo, ya que en cada apartado hablas muy poco. Recomendaría corregir la ortografía, y otros errores conceptuales en cuanto a la Física; además, agregar más información en cada apartado, hay mucho de que hablar sobre la Física en los autos.

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