El invento de la rueda (y 4)

Ruedas ruedas

Tal y como os prometí, hoy vamos a tomar en consideración que ocurre cuando el punto de contacto de la rueda empieza a deslizarse sobre el pavimento. Hacer que ésto ocurra al arrancar quemando rueda puede parecer muy espectacular (aunque inútil), pero si pasa tomando una curva (derrape) puede ser muy peligroso.

Empecemos por recordar como visualizamos el origen de las fuerzas de fricción. Las superficies en contacto no son lisas, sino que presentan un perfil irregular, en forma de dientes de sierra. Si las superficies no deslizan, dichos dientes de sierra encajan muy bien y pueden oponerse al intento de deslizamiento. En cambio, si las superficies se encuentran deslizando, el encaje entre ambas superficies se ha roto, tan sólo rozan los picos de cada diente. En conclusión, la fricción dinámica (o cinética) suele ser mucho menor que la estática.

Esta reducción de la fuerza de fricción puede estar al rededor del 20%. Como hemos explicado en los artículos anteriores, la fuerza de fricción es básica para controlar el vehículo: tanto para hacerle ganar velocidad, como para frenarlo y hacerle tomar curvas. Si la fuerza se ve reducida, nuestro control sobre el vehículo es mucho peor, la distancia de frenado aumenta y no podemos dirigir el vehículo.

Por ejemplo, si en plena curva empiezan a deslizar las ruedas traseras (por ejemplo, debido a que hemos frenado demasiado y el peso se ha desplazado demasiado hacia las ruedas delanteras – en un futuro artículo explicaremos por qué sucede ésto -, reduciendo la fuerza de contacto entre las ruedas traseras y el piso. En este caso, la fuerza de fricción dinámica no será suficiente para mantener las ruedas traseras en el camino deseado, y éstas tenderán a seguir recto, desviándose al exterior de la curva. Es decir, el efecto de un derrape de las ruedas traseras es que el coche sobrevire.

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Pero hay un efecto aún peor cuando las ruedas que deslizan son las directrices: la dirección de la fuerza de fricción dinámica no es la misma que tendría la fuerza estática si no hubiera deslizamiento. Recordemos que, en condiciones en que no hay deslizamiento, la fricción estática tiene la dirección (y magnitud) necesaria para evitar que la rueda empiece a deslizar. Como ya vimos, cambiando la orientación de las ruedas directrices nos podemos aprovechar de ésto para que le coche cambie de dirección.

Sin embargo, cuando las ruedas derrapan, la fuerza de fricción dinámica siempre se aplica en la dirección contraria al deslizamiento existente. Tenemos dos casos. El primero sucede cuando el deslizamiento se produce por que la rueda empieza a girar más rápido de lo que le toca (lo que ocurre en un derrape de las ruedas delanteras, o al salir quemando rueda). La dirección del deslizamiento en este caso se obtiene sumando la velocidad de rotación extra de la rueda, más la velocidad del vehículo. El resultado es que es necesario inclinar mucho más las ruedas para que la fuerza de fricción dinámica tome la dirección deseada. Éste es el fenómeno denominado subviraje.

El segundo caso ocurre debido a que la rueda gira más despacio de lo que sería deseable, como ocurre si el freno bloquea las ruedas, que pueden llegar a detenerse completamente. En este caso, independientemente de la inclinación de las ruedas, dado que éstas no giran, la goma siempre se desliza hacia adelante. Por lo que la fuerza de fricción siempre es hacia atrás, sin importar si el conductor gira el volante. Es decir, la dirección deja de funcionar completamente. En conclusión, a la hora de reducir la velocidad, es imprescindible que los frenos no bloqueen la rueda, reduciendo la fuerza de frenado. Este es el principio del ABS, cuyas siglas en inglés significan, precisamente, sistema anti-bloqueo.

Diagrama de la orientación de las ruedas al tomar una curva.

Como conclusión final, vemos que es necesario mantener el rozamiento estático en todas las ruedas; evitar que estas deslicen sobre el pavimento. En curva, esto se consigue haciendo que todas ellas giren al rededor de un mismo punto fijo (el centro de la curva). Como las ruedas traseras no pueden cambiar su orientación, ésto significa que dicho centro siempre se encontrará en la prolongación del eje trasero. Una interesante consecuencia es que la inclinación de las dos ruedas delanteras debe ser diferente, dado que se encuentran a distancias diferentes del centro. En el diagrama anterior debería quedar más claro que mis explicaciones.

Vemos que, por lo tanto, la trayectoria de las cuatro ruedas es diferente. En el lado interior de la curva, la rueda trasera dibuja una trayectoria mucho más cerrada que la delantera. Es decir, que la delantera supere un obstáculo no te asegura que la trasera vaya también a pasar. Este es el motivo por el que vemos tantas rayadas contra columnas al aparcar de cara. Sin embargo, si vamos marcha atrás, si las ruedas traseras superan un obstáculo, seguro que las ruedas delanteras también lo harán. Gracias a esto, siempre se recomienda aparcar hacia atrás en batería.

A lo largo de estos cuatro artículos, hemos visto los fundamentos físicos por los que la rueda es considerada por mucha gente el invento más importante de la humanidad. No sé si lo será, pero lo que sí es el único sustento de nuestros vehículos, así como el elemento encargado de acelerar, frenar y dirigir nuestros vehículos. Para que todo esto funcione, es imprescindible que esté en perfectas condiciones de inflado, con el dibujo en buen estado y sin daños estructurales causados por golpes contra bordillos o baches. Si tus ruedas son felices, tu seguridad aumentará.

Fotos | stevelyon, Manel, Jaume López
En Circula seguro | La importancia del alineado de las ruedas