Patas arriba (1)

pitufovuelco.jpg

Seguro que nadie me discutirá la siguiente afirmación: los coches están hechos para estar con las cuatro ruedas tocando el asfalto. Si en algún momento es otra superficie del mismo la que está en contacto con el pavimento, es que vamos mal. Bastante mal.

Hace un tiempo, prometí que dedicaría un día a hablar precisamente de ésto, el vuelco. Como siempre, lo haré desde el punto de vista de las leyes Físicas, las únicas que ni el mayor de los parlamentos puede derogar, ni el mayor de los criminales puede violar.

El vuelco no es más que un giro indeseado de la carrocería del coche hacia un costado, al rededor de las ruedas de un lado. Por lo tanto, en éste y los artículos venideros repasaremos la Física que gobiernan los giros. Empezaremos por el concepto de centro de gravedad.

El centro de gravedad es un punto de nuestro vehículo tal que está en medio de su peso. Es decir, a su derecha queda tanto peso como a su izquierda; y así en cualquier dirección.

En los cuerpos uniformes, los que están formados como un bloque de un sólo material, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico. No es el caso de los coches (ni de la mayoría de objetos reales). Por ejemplo, como el motor pesa mucho más que un maletero vacío, el centro de gravedad suele estar desplazado hacia él.

De hecho, el centro de gravedad de nuestro vehículo no es un punto fijo, su posición exacta cambia si variamos la distribución de pesos en el interior del mismo. No será lo mismo si vamos solos en el coche, que si se sienta nuestro obeso suegro (o peor, la suegra) en la parte de atrás. Y mucho menos si llevamos la baca a rebosar.

camionvuelco.jpg

Quizá alguno de vosotros ahora mismo está con la mosca detrás de la oreja pensando «este tío se hincha a hablar del centro de gravedad, ¿no era centro de masas». Son conceptos diferentes, aunque muy parecidos..

El centro de masas es un punto de nuestro vehículo tal que está en medio de su masa. Es decir, a su derecha queda tanta masa como a su izquierda; y así en cualquier dirección. Igual que antes, pero cambiando masa por peso.

Muy a menudo ambos conceptos se confunden porque, en la mayoría de situaciones, el peso es proporcional a la masa. En estos casos, ambos centros están en el mismo punto. Pero ésto no siempre es así; si habláramos de objetos muy muy grandes, el centro de gravedad podría estar en un lugar diferente, lo cual tiene consecuencias Físicas.

Por ejemplo, un kilo de masa a diez kilómetros de altura pesa un 0,3% menos que a nivel del mar. La diferencia es muy pequeña porque la altura considerada es muy pequeña en comparación con la tierra, cuyo radio medio es de unos 6371km. Por lo tanto, si hablamos de vehículos (que legalmente no pueden superar los cuatro metros de altura) la diferencia es prácticamente menospreciable.

En conclusión, cuando hablamos de objetos muy pequeños, no necesitamos hacer distinción entre el centro de masas y el de gravedad. Están prácticamente en el mismo lugar.

Os preguntaréis ¿por qué es tan importante el centro de gravedad? Pues porque es el punto donde se aplica la fuerza de gravedad. Esto quiere decir que la gravedad de la tierra afecta a nuestro coche como si estuviera estirándolo hacia abajo desde el centro de masas.

El punto de aplicación de una fuerza es importante, ya que nos dice hacia qué dirección estamos provocando un giro. Suponed por un segundo que levantamos un poco el costado de nuestro coche, tal y como vemos en la siguiente imagen.

novuelca.png

Las ruedas del otro lado quedan como punto de apoyo. A causa del rozamiento, este punto de apoyo será más o menos fijo, por lo que el coche tenderá a girar entorno a él.

En este primer ejemplo, como el coche está poco inclinado, el centro de gravedad (el punto amarillo) aún queda a la derecha del punto de apoyo. Por lo tanto, el peso tenderá a hacer girar el coche en el sentido de las agujas del reloj, tal y como indica la flecha naranja. Es decir, el coche volverá a estar sobre sus cuatro ruedas. No hay vuelco.

Veamos que pasa si inclinamos el coche mucho más.

vuelca.png

En este caso, el centro de gravedad queda a la izquierda del punto de apoyo. Es decir, ahora el peso hará que el coche tienda a girar hacia la izquierda. Habemus vuelco

Por supuesto, esto mismo pasa con cualquier objeto. Podéis probarlo vosotros mismos con un pote de colacao (o con una copa de cristal de Bohemia, si os gusta el riesgo). Al inclinar un objeto, siempre que el centro de gravedad permanezca por encima de la vertical de la base, al soltarlo volverá a su posición inicial. Si el centro de gravedad sale de la proyección vertical de la base, entonces caerá.

En consecuencia, cuanto más amplia sea la base de un vehículo, más estable será. Es obvio que una moto (cuya base es tan sólo el ancho de sus ruedas) es mucho más inestable que un coche.

Por supuesto, queda justo el caso intermedio, que el centro de gravedad quede por encima justo del punto de apoyo. En este caso, el coche permanecerá a dos ruedas. Es algo muy difícil de hacer, ya que el equilibrio es muy inestable. Sólo está al alcance de grandes especialistas, que tienen que ir corrigiendo la trayectoria continuamente para evitar que el coche caiga a alguno de los dos lados.

Otra consecuencia de todo esto es que, cuan más bajo sea el centro de gravedad, más tendrá que girar para que llegue a volcar. Lo podemos entender fácilmente mirando el siguiente diagrama.

alturacdg.png

Para un mismo ángulo de inclinación, vemos como los tres puntos superiores ya han sobrepasado el punto de apoyo. Si el centro de gravedad estuviera ahí, este objeto volcaría. Es decir, cuanto más alto esté el centro de gravedad, más fácil será que el vehículo vuelque.

Este es el motivo por el que es mucho más fácil que vuelque un camión. Sin ser mucho más anchos que los turismos (recordad que la ley impone un límite de 2.55m), son mucho más altos, lo cual hace que su centro de gravedad esté más arriba.

Igualmente, un todo terreno también volcará mucho más fácilmente que un turismo. Si bien hay modelos cuya cabina no es mucho más grande que la de un turismo, por construcción tienen los bajos más altos (para evitar piedras y maleza, supongo).

Ahora bien, todo esto está muy bien. Ya sabemos que si el coche se inclina demasiado, volcará. ¿Pero qué es lo que provoca que el coche se incline? Porque, por suerte, por si solos no se inclinan. Eso lo veremos el próximo día.

Fotos | gubarcelona, Jose Ana, Diagramas basados en Clker, Jaume

  • Sam

    Me gusta ese post :D. Hablas con términos físicos, pero no tanto como en otros con fórmulas y conceptos muy teóricos (no critico, solo comento) 🙂