Conducción de motocicletas, la Física (y 5)

Hoy daremos, por fin, el asalto final a las últimas preguntas que quedan por contestar en cuanto los motivos Físicos que se esconden detrás del comportamiento de los vehículos de dos ruedas.

El penúltimo bloque de preguntas tiene que ver con los frenos. La primera: ¿Cual es la razón por la que a la moto le cuesta más negociar una curva si entramos en ella con el freno delantero aplicado, que sin él? Recordemos que las ruedas controlan la moto gracias a la fuerza de fricción estática con el pavimento. Pero dicha fuerza no es infinita, hay la fuerza que hay. Si necesitas más de la que la fricción puede dar, patinarás.

Dicha fuerza siempre tiene la dirección opuesta al intento de deslizamiento del punto de contacto. Al frenar, lo que hacemos es que entorpecer la rotación de la rueda. Por lo tanto, el punto de la rueda que está en contacto con el asfalto quiere dejar de girar, eso significa que intenta arrastrarse por el suelo hacia adelante: el pavimento responde con una fuerza hacia atrás (sentido contrario), que es la responsable de la reducción de velocidad.

Al girar el manillar, por ejemplo a la izquierda, nos aprovechamos del mismo fenómeno. Al estar en un plano diferente, el punto de contacto ahora se intenta desplazar un poco hacia la derecha (recordad que, al rodar, vista por el piloto la parte de abajo de la rueda se mueve en sentido contrario a la de arriba; por eso el punto de contacto se intenta deslizar en dirección contraria a la que hemos girado el manillar). De nuevo, la fricción lleva la contraria y aplica una fuerza hacia la izquierda, que es la responsable del giro.

Si hacemos ambas maniobras simultáneamente, girar el manillar y frenar, pasarán las dos cosas a la vez. El punto de contacto intentará deslizar un poco hacia adelante, y otro poco a la derecha. Por lo tanto, habrá algo de fricción hacia atrás y otro poco a la izquierda. Pero como la fricción tiene que repartir en sus esfuerzos, será menos eficiente en cada uno de ellos. Es decir, costará mas negociar la curva.

Es como si fuera una cuenta corriente. Tenemos un saldo, y no podemos gastar más. Si compramos mucha frenada, nos quedará menos dinero pera comprar fuerza lateral. En este caso, el saldo que tenemos es la máxima fuerza de fricción que el suelo puede proporcionar.

¿Por qué parece que pesa mucho más la rueda delantera al frenar? Como hemos dicho, la moto frena porque el suelo aplica una fuerza de fricción hacia atrás. Pero el resto de la moto no siente directamente esa fuerza, tiene que transmitirse al chasis a través de la suspensión; y al piloto a través del manillar, asiento y estriberas. Pero esa transmisión no siempre es eficiente, por lo que el piloto tenderá a seguir en su movimiento a velocidad constante (ley de la inercia).

Es decir, si la moto está frenando y el piloto no (o, por lo menos, no con la misma desaceleración), notará que de desplaza hacia la parte delantera de la moto. Y, como hay más peso en la parte delantera, la suspensión delantera se hunde un poco. Este no es un fenómeno exclusivo de los vehículos de dos ruedas, en los coches pasa también.

Ahora bien, como ya avanzaba Morrillu, las motos pueden hacer algo que no solemos ver en coches. Si nos pasamos con el freno delantero, podemos acabar dando vueltas de campana. Aunque si se juega con predicción, se pueden conseguir hacer impresionantes trayectos sobre la rueda delantera (lo que llamamos stoppie, como el de la fotografía anterior). Esto ocurre porque, si el desplazamiento hacia adelante del piloto que comentábamos anteriormente es demasiado exagerado, la moto puede llegar a pivotar entorno la rueda delantera.

Entonces, ¿porqué no ocurre lo mismo al accionar el freno de atrás? De hecho, puede pasar, pero es menos probable. Al ser la rueda trasera la que está frenada, la moto intenta pivotar al rededor suyo, en vez de al rededor de la rueda delantera. Pero eso no es un problema: la rueda de delante está ahí para mantener el equilibrio.

Cuando sí puede ser un problema, es al acelerar. La aceleración siempre se aplica desde la rueda de atrás, por lo tanto siempre tenderá a hacer pivotar la moto al rededor de esa rueda. Así es como se consiguen hacer el caballito.

Todo esto es muy difícil verlo en coches, por dos motivos: primero, los coches no tienen frenos diferenciados para cada eje. Por otro lado, en relación a la motocicleta, tienen el centro de gravedad mucho más bajo, alejado de las ruedas y una menor relación potencia/masa.

La última pregunta tiene que ver con la forma en que los pilotos de motocross controlan la estabilidad de sus saltos, simplemente acelerando o frenando las ruedas. Para explicar cómo funciona, daremos un pequeño paseo por el espacio.

Si estamos flotando en el vacío, embutidos en una escafandra espacial, y queremos desplazarnos, ¿cómo lo hacemos? Pues si estamos cerca de la nave, la usamos para empujarnos. Al recibir el empujón, la nave proporciona una fuerza opuesta, por el principio de acción y reacción. Esta fuerza externa es la que nos permite empezar a movernos.

Pero si no hay la nave, ¿qué hacemos? Pues nada, no hay ninguna fuerza externa que nos pueda proporcionar movimiento. Es decir, en ausencia de fuerzas externas a un sistema, la cantidad total de movimiento no puede cambiar.

Lo que sí podemos hacer es coger un martillo y tirarlo con todas nuestras ganas. Hemos dicho que la cantidad total de movimiento no puede cambiar. Si el martillo se está moviendo, para compensar este nuevo movimiento, el astronauta tiene que empezar a moverse en sentido contrario. Las partes del sistema se han puesto en movimiento. Pero si vemos el sistema en conjunto, la cantidad de movimiento no ha cambiado. Así es como funcionan los cohetes (solo que no tiran martillos; lo que hacen es expulsar gases a gran velocidad).

Con la rotación, pasa lo mismo. Si el sistema en su conjunto no está girando, la cantidad total de rotación (que en Física llamamos momento angular) tiene que ser cero siempre, en ausencia de fuerzas externas. Por lo tanto, si una parte de la moto se pone a girar, el resto del sistema deberá girar en sentido contrario para compensarlo.

Por ese motivo, si estando en el aire, el piloto acelera la rueda trasera dando gas, la moto en su conjunto se pondrá a girar en el sentido contrario. Obviamente, si la frena, ocurre justo lo contrario. De esta forma, puede controlar la horizontalidad del salto.

De hecho, este principio se puede utilizar para realizar increíbles volteretas en el aire, como el doble blackflip de Travis Pastrana que podés ver en el vídeo anterior. Para hacerlo, el piloto acelera al máximo la rueda trasera: la moto se pone a girar en el sentido contrario. Por este mismo motivo, es mucho más difícil hacer volteretas hacia adelante en una moto, ya que se debería poner la marcha atrás poco después del despegue.

Creo que, con esto, hemos conseguido ya dar respuesta a todas las preguntas que nos había formulado Morrillu. A lo largo de esta serie de artículos hemos ido viendo que las leyes Físicas que gobiernan fenómenos que vivimos día a día, como la conducción de una motocicleta, pueden ser más divertidas y sorprendentes de lo que a priori pensábamos.

En Circula seguro | Conducción de motocicletas, la parte sensitiva (1) y (2); la Física (1), (2), (3), (4) y (5)
Fotos | f650biker, piston9
Video | Youtube

  • Sam

    Jaume, como pilotas en Física! 😉

  • Gracias por tus palabras, sam 😀