¿Por qué me aplasto contra la ventanilla al girar? (1)

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La mayoría de la gente responde “¡por la fuerza centrífuga!” y a mi, como físico, se me erizan los pelos. La verdad es que es un fenómeno sencillo, pero a la vez complicado.

Sencillo, porque se basa en un principio que todos entendemos: si no hacemos que algo cambie, entonces no cambia. Pero, a la vez, complicado porque estamos acostumbrados a verlo todo desde nuestro punto de vista. Quizá si los viajes astrales existieran y pudiéramos vernos desde fuera, no nos causaría tantos problemas.

Ésta no es una cuestión baladí, conocerla puede ayudarnos a mejorar dos factores muy importantes para la seguridad vial: en primer lugar, el confort y bienestar de los pasajeros, que como conductores también es nuestra responsabilidad; y por otra parte, para evitar salirnos de la curva.

Empecemos con una pequeña introducción teórica. Tranquilos, la conclusión se puede entender sin estas disquisiciones. Si lo crees necesario, puedes saltar directamente hasta la última imagen.

El primer principio de Newton, también llamado ley de la inercia dice que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, entonces seguirá moviéndose con la misma velocidad que tenía, en linea recta, eternamente. O, si estaba quieto, seguirá quieto para siempre. Es decir, para que la velocidad de un cuerpo cambie, o para que se mueva en una trayectoria diferente a la linea recta, es necesario que exista una fuerza.

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En Física, todas las observaciones las hace un observador. En general, un observador no tiene por qué ser una persona, puede ser un aparato automático. Cualquier cosa capaz de registrar lo ocurrido. Un mismo fenómeno puede ser observado por muchos observadores diferentes a la vez. Entonces, la pregunta es, ¿todos los observadores son válidos para hacer Física? Dicho de otra forma, ¿para todos los observadores se cumplen las leyes de Newton?

La respuesta, en principio, es no. Para que las observaciones sean adecuadas para aplicar las leyes de la Física, es necesario que sea el observador sea inercial. Significa que sobre éste no debe existir ninguna fuerza neta. Es decir, según el principio de inercia, un observador inercial será aquel que se mueve en linea recta y velocidad constante, o que está quieto.

Podemos intentar entender la razón. Cuando un observador mide la velocidad de un cuerpo, lo que en realidad mide es la velocidad relativa. Si el observador es no inercial. cambia de velocidad, entonces la velocidad relativa también cambia aunque el otro cuerpo no haya sufrido aceleraciones. Es decir, nuestro observador mide velocidades diferentes, pero sobre el cuerpo en cuestión no había ninguna fuerza: aparentemente, para él, no se ha cumplido el principio de inercia.

Si ese observador ignora que no es inercial, hará el razonamiento al revés: pensará que sobre el cuerpo actúa una fuerza. Pero, al contrario de las fuerzas normales, no será capaz de encontrar cuál es el agente que la ejerce. Este tipo de fuerzas se llaman ficticias, por que en realidad no existen, sólo en apariencia; son el efecto de que el observador no es inercial.

Pues bien, ese es el caso de la fuerza centrifuga. Cuando tomamos una curva, las ruedas ejercen una fuerza hacia el lado para el que viramos, así que nuestra trayectoria no es ya una linea recta. Por lo tanto, cuando estamos en un coche girando, no somos observadores inerciales. Ese es el motivo por el que nos parece que existe una fuerza que nos empuja al exterior de la curva. Es una fuerza ficticia.

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Como hemos dicho, para observar las cosas bien, es necesario elegir un observador que sea inercial. Por ejemplo, alguien sentado cómodamente en la cuneta. Como esta quieto (respecto del suelo), es inercial. Al tomar la curva, este observador inercial ve como las ruedas empujan el coche lateralmente. Como la carrocería está atornillada a los ejes de las ruedas, a causa de esta fuerza lateral, empieza a tomar una trayectoria curva.

No obstante, los pasajeros no están atornillados a las ruedas, ni a la carrocería, ni a nada. Por lo tanto, sobre ellos no actúa ninguna fuerza. Como es un observador inercial, la ley de la inercia se cumple: los pasajeros siguen moviéndose en línea recta.

Ahora bien, los pasajeros siguen en linea recta dentro de una estructura que está girando. ¿Cuál es el resultado? Que la ventanilla acaba interceptando la trayectoria recta de los pasajeros.

Por fin entendemos lo que está pasando de una forma sencilla (espero): no es que haya una fuerza hacia fuera sobre los pasajeros, lo que ocurre es que no hay la fuerza hacia dentro necesaria para que giren con el coche. No son las personas las que se estampan contra la ventanilla, es la propia luneta la que cierra su trayectoria y alcanza a los ocupantes del vehículo.

Para que os hagáis una idea más clara: imaginaos dos motos circulando en paralelo. En un momento dado, la moto de la derecha empieza a girar hacia la izquierda. Entonces, claro, acabará dándose de bruces contra la otra moto, que seguía recto. Pues es exactamente lo mismo.

Como dije al principio, comprender bien todo esto tiene implicaciones sobre el confort y la seguridad del viaje. Así que, ahora que ya sabemos un poco de que va la cosa, dedicaré el próximo artículo precisamente a analizar las características de las fuerzas que actúan al girar.

En Circula seguro | ¿Por qué me aplasto contra la ventanilla al girar? (y 2)
Foto | Vvillamon, Napalm Filled Tires, uayebt

  • Sam

    Estos posts se los tengo que enseñar a mi hermano, que cuando lleva a gente conduce como si fuese solo, y nosotros de un lado para otro allí detrás 😉

  • De eso precisamente va la segunda parte que estoy escribiendo, Sam 😉