Patas arriba (y 2)

En la primera entrega de esta minisérie sobre la Física del vuelque vimos que el propio peso del vehículo es el encargado de evitar que a nuestro vehículo le de por darse la vuelta, siempre y cuando el centro de masas esté encima de la base del coche: es decir, entre las cuatro ruedas.

Dicho de otra forma, si el vehículo se inclina tanto hacia un lado que el centro de gravedad llega a superar la altura del punto de apoyo, el vuelco será inevitable. ¿Pero qué puede llevar a un automóvil a ladear de esa forma tan exagerada? Pues precisamente de eso quiero hablar hoy.

En primer lugar, lo que todos pensaríamos antes que nada es el viento lateral. En efecto, esta es una posible causa bastante obvia. Al no poder atravesar la carrocería, el viento choca contra ella, aplicando una fuerza en la dirección a la que va la corriente. Si el viento es lateral, naturalmente esa fuerza tenderá a hacer volcar el vehículo.

Para que se produzca el vuelque, las ruedas del otro lado tiene que aguantar fijas en el suelo. El coche debe pivotar a su alrededor. Si no aguanta la fuerza del viento, entonces el vehículo simplemente deslizará lateralmente, sin volcar.

La capacidad de las ruedas de aguantar el deslizamiento lateral es proporcional al peso que gravita sobre ellas. Es algo que todos hemos experimentado, cuesta más empujar algo grande que algo pequeño. Por lo tanto, en un turismo, dado su poco peso y su bajo centro de gravedad, es más probable que se produzca el deslizamiento que el vuelque.

De hecho, los camiones y furgones lo tienen todo en contra: su gran superficie lateral hace que el viento les aplique fuerzas mucho mayores, su peso hace más factible que las ruedas aguanten en su sitio y actúen de pivotes en el vuelque. Y, por si fuera poco, como dijimos en el anterior capítulo, tienen el centro de gravedad mucho más alto. Algo similar a lo que le pasó al camión del siguiente vídeo.

Sin embargo, la mayoría de vuelques no se producen por el viento. Son necesarias unas corrientes enormes para que se produzca. Lo que si que es cierto, sobre todo en vehículos grandes, es que puede ayudar si confluyen otras causas, como las que contaremos a continuación (como siempre decimos, la siniestralidad es un fenómeno pluri-factorial).

Una gran parte de los vuelques se producen a causa de tomar una curva demasiado rápido, o realizar un cambio de dirección demasiado brusco. ¿Verdad que nosotros, dentro del coche, nos vemos arrojados hacia la parte exterior de la curva? Pues a la carrocería del vehículo le pasa lo mismo, y eso puede llevar a inclinarla hasta volcar.

Ya dediqué una serie de dos artículos a explicar detalladamente por qué nos parece que nos desviamos hacia el exterior de una curva, así que no me detendré demasiado en ello esta vez. En esencia, lo que ocurre es que el coche está girando, pero nosotros tendemos a seguir en linea recta.

En este caso, es lo mismo. Las ruedas siguen la trayectoria curvada que el conductor ordena mediante el volante. Pero el resto del coche, en virtud de la ley de la inercia, tiende a seguir recto. Pueden pasar tres cosas.

Lo que todos esperamos que ocurra es que la fuerza que las ruedas ejercen sobre la carrocería sea suficiente para que ésta ultima también empiece a girar. Es decir, que sea lo suficientemente grande como para vencer la inercia del coche, su intención de seguir recto. En este caso, el coche gira al unísono, todo va bien.

Si la adherencia de las ruedas no es suficiente, entonces no podrán proporcionar la fuerza necesaria para mantenerse en la trayectoria deseada, y tendremos un derrape. Esta situación es mala, aunque no siempre es fatal. Un conductor hábil, con suerte, puede llegar a controlar el derrape.

La peor situación se da cuando no ocurren ninguna de estas dos cosas. Es decir, las ruedas no pierden adherencia, pero tampoco son capaces de proporcionar la fuerza suficiente para que la carrocería cambie de dirección al mismo ritmo que ellas. En definitiva, cada parte del coche va a su bola. Esto suele ocurrir si se toma una curva demasiado cerrada a una velocidad elevada, o sufrimos un cambio de dirección brusco.

En consecuencia, si las ruedas están girando pero la carrocería no, lo que ocurre es que el coche se inclina. En mayor o menor medida esto pasa en todas las curvas, aunque normalmente la suspensión es capaz de absorber la inclinación sin que las ruedas se lleguen a despegar del suelo. Supongo que es algo que todos vosotros habréis visto en vuestros propios coches.

Pero si el efecto es demasiado exagerado, las ruedas de la parte interior pueden llegar a levantarse de la carretera. El coche se inclina, y puede acabar volcando. Y como hemos perdido la tracción de una de las ruedas directrices, es imposible corregir este fenómeno, por muy buen conductor que uno sea.

De nuevo, y como siempre al hablar de volcar, los grandes vehículos llevan las de perder. Su mayor peso, el tamaño de sus ruedas -y, a menudo el mayor, número de ellas- hacen más difícil que derrapen. Pero su mayor inercia (por tener más masa) y su elevado centro de gravedad favorece en gran medida el vuelque.

Por ejemplo, es típico que esto ocurra como consecuencia de un derrape con mucho sobreviraje, en que el coche queda algo atravesado en la carretera. Al quedar en dirección casi perpendicular al avance del coche, las ruedas sufren una gran fuerza de rozamiento, lo que provoca que se frenen mucho, pudiendo actuar de pivote para provocar el vuelco. De hecho, la mayoría de vuelques de turismos se dan así, dado que su bajo centro de gravedad hace que necesiten una gran fuerza lateral para volcar. Los dos últimos vídeos de este artículo son buenos ejemplos.

Estos son los dos fenómenos principales por los que un vehículo puede llegar a volcar por si mismo. Por supuesto, hay procesos mucho más complicados, en que el vuelque se da después de que sucedan otras cosas. Por ejemplo, un vehículo puede derrapar, salirse de la calzada y golpear de forma lateral con un bordillo (o contra una valla). O dar un golpe de volante para evitar un obstáculo que aparece de repente.

Para solucionar el riesgo del viento poco podemos hacer. Como mucho, evitar echarnos a la carretera si vemos que el tiempo es excepcionalmente malo. Y, quizá, utilizar en cada caso un vehículo con el tamaño justo para nuestras necesidades.

Sin embargo, algo que siempre está a nuestro alcance es evitar los cambios de dirección bruscos, o entrar a las curvas con una velocidad exagerada. Recordad que una misma curva puede ser muy diferente en función de la velocidad a la que tomemos. Es muy triste acabar con el techo en el suelo por culpa de intentar ganar unos segundos.

Foto | Jose Ana
Videos | Youtube

  • Un apunte.

    Siempre se desliza (derrapa) antes de volcar (al tomar una curva o un giro brusco, no si el vehículo golpea un bordillo o valla). No puedo detenerme en detalles porque implicaría desempolvar mis apuntes (que si hace falta, lo hago).

    Teniendo en cuenta los factores de seguridad frente al deslizamiento y al vuelco, el de éste último es más alto, por lo cual antes de volcar se produce un derrape.

    Si hace falta más aclaración, busco los apuntes y os lo comento más detalladamente.

  • Sapoconcho, mil gracias por el interés, pero se trata de divulgar para todo el mundo, no de reproducir una clase académica.

    No obstante, hay una forma muy sencilla de razonar que sí es posible volcar sin derrapar. Imagínate que el coeficiente de fricción entre las ruedas y el suelo fuera muy muy alto, a la práctica infinito. Entonces, las ruedas nunca jamás deslizarían; pero una fuerza lateral suficientemente elevada podría volcar el vehículo.

    Ahora, imagínate el caso contrario, que el coeficiente de fricción sea muy muy pequeño, a la práctica cero. Entonces (suponiendo que hemos conseguido arrancar), a la mínima que tengamos una fuerza lateral, las ruedas deslizarían hacia los lados.

    Y estos dos casos son ciertos para cualquier fuerza lateral, ya sea al tomar una curva (que en realidad lo que hay es una “falta de fuerza lateral”, pero ya nos entendemos), el viento, o un señor muy fuerte empujando.

    Entre estos dos casos límite, seguro que hay un valor intermedio en donde ambos fenómenos ocurrirían al mismo tiempo. Es decir, si el coeficiente de fricción es mayor a este valor crítico, entonces tendremos vuelco antes que deslizamiento. Y si es menor, entonces habrá derrape antes que vuelco.

    Calcular dicho valor crítico es un ejercicio de Física general muy sencillo, de nivel de primero de universidad, incluso puede que de selectividad. (De hecho, me has hecho venir ganas de poner ese ejercicio en la sección de problemas de La web de Física, cuando tenga un rato lo haré :p). El resultado, claro está, dependerá de las características del vehículo: sobre todo la anchura y la altura de su centro de gravedad.

    Supongo que tus apuntes lo que hacen es ese mismo ejercicio aplicado a las características de algún tipo de vehículo en particular, seguramente coches (que son los más usuales). Y les sale que el coeficiente de fricción de las carreteras suele ser menor que el necesario para producir el vuelco.

    Si es eso, muy bien, me lo creo. Ya dije en el texto que casi todos los vuelcos de coches se producen después de derrapar.

    Pero eso no quiere decir que no pueda haber otro tipo de vehículos donde se pueda producir el vuelco sin derrapar. Fíjate, por ejemplo, en el camión del primer vídeo en el artículo: cuando empieza a inclinarse, sigue en su carril, pisando la linea. No empieza a deslizarse hasta que la rueda está bien levantada (y por lo tanto, ha disminuido la fuerza de fricción), así que podemos decir que ha empezado a volcar andes de deslizar. Por lo tanto, ese mismo camión en una curva mal tomada hubiera podido volcar sin derrapar antes.