¿Por qué me aplasto contra la ventanilla al girar? (y 2)

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Decíamos ayer que la fuerza centrífuga que nos parece sentir cuando estamos un coche que toma una curva en realidad no existe. En realidad, lo que ocurre es que sobre nuestro cuerpo no actúa la fuerza necesaria hacia el centro para que podamos girar con la misma trayectoria que el coche.

Hoy vamos a hablar sobre esa fuerza. Empecemos por bautizarla: se llama centrípeta. Etimológicamente significa hacia el centro. Según las características de la trayectoria deseada y el coche, necesitaremos aplicar mas o menos fuerza centrípeta. Intervienen tres factores: la masa del vehículo, el radio de la curva y la velocidad. Veamos en detalle como influyen. topoLa fuerza centrípeta es proporcional a la masa. Era de esperar, un camión enorme necesita una fuerza lateral mayor para tomar la misma curva a la misma velocidad que un turismo chiquitín.

topoLa fuerza centrípeta es inversamente proporcional al radio de la curva. Es decir, cuanto más cerrada sea una curva, las ruedas deberán ejercer una fuerza mayor para tomarla. También era de esperar: todos sabemos que los giros cerrados, con poco radio, son los más peliagudos.

topoPor último, la fuerza centrípeta es proporcional al cuadrado de la velocidad. Tampoco es una sorpresa, cuanto más rápido tomamos una curva, más deben esforzarse las ruedas para mantenernos en la carretera. Pero es una dependencia cuadrática: a doble de velocidad, necesitaremos cuatro veces más fuerza.

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Es decir, para que un objeto cualquiera recorra una trayectoria diferente a la línea recta es necesario que algo le estire hacia el centro de la curva con una fuerza dada por las características anteriores. En el caso del coche, ese algo son las ruedas.

Pero los pasajeros no vamos atornillados a las ruedas, por lo que no nos transmiten la fuerza centrípeta de forma directa. Nuestro cuerpo está en contacto únicamente con los asientos, por lo que éstos son los únicos que nos pueden aplicar la fuerza lateral necesaria para que nosotros giremos de forma solidaria con el coche.

Sin embargo, los asientos no son capaces de ejercer demasiada fuerza lateral, hay un límite. Si el conductor toma una curva de forma que necesitemos una fuerza centrípeta superior a dicho límite, obviamente los asientos serán incapaces de proporcionarla. Por lo tanto, nuestros cuerpos tenderán a seguir recto.

Esto provoca que tendamos a desplazarnos dentro del coche. Para no quedar aplastados contra la ventanilla, el pasajero deberá hacer fuerza él mismo para mantenerse en su posición, ya sea desplazando su centro de gravedad hacia el centro de la curva, o bien cogiéndose en la carrocería.

Por supuesto, tener que pasarse todo el viaje cogido o realizando equilibrios no es lo más cómodo del mundo. En algunos casos puede llegar a provocar peligro, por ejemplo si el copiloto se cae hacia el conductor, impidiéndole controlar el vehículo en plena curva. Ni decir tiene que, en el caso de la carga, el riesgo es aún más patente: las maletas no pueden cogerse a un pasamanos.

Como conductores, somos responsables del bien estar de nuestros pasajeros y la seguridad de nuestra carga. Por lo tanto, tomar las curvas y rotondas de forma que los pasajeros estén cómodos y seguros entra dentro de los quehaceres del buen chófer. Sino, que se lo digan al hermano de Sam.

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Sin embargo, la comodidad no es el factor más importante que nos pide tomar las curvas de forma responsable. Las ruedas son nuestro único punto de contacto con el suelo, las únicas que pueden proporcionar la fuerza centrípeta al coche (así como la fuerza de aceleración y frenado). Como expliqué en El invento de la rueda, el origen Físico de esta fuerza es la fricción estática. Pero, como todo, la fricción estática tiene un límite.

Si la trayectoria deseada exige que las ruedas ejerzan una fuerza centrípeta superior a la posible, las ruedas empezarán a derrapar. La fuerza real será menor a la deseada, por lo que la trayectoria será más abierta de lo esperado. El resultado será salirnos de la vía. A menudo, con consecuencias funestas.

Por lo tanto, tanto el confort como la seguridad vial exigen que tomemos las curvas de forma que la fuerza centrípeta necesaria sea lo menor posible. ¿Cómo se consigue? Pues hay que tener en cuenta los tres factores que comentamos al principio. La masa, por supuesto, no podemos cambiarla: nuestro coche es el que es y no podemos dejarnos trozos en casa. Además, la masa también aumenta la fuerza de fricción, por lo que en realidad afecta poco a la seguridad. Pero los dos otros factores sí pueden ser controlados por el conductor.

Radio de la curva

Bueno, la carretera es la que es. Si una curva es muy cerrada, no hay forma de convertirla en una recta. Pero si que podemos mejorar un poco la solución. Para reducir la fuerza centrípeta necesaria, debemos trazarla de forma que el radio de nuestra trayectoria sea lo mayor posible.

Está claro que si tomamos la curva por el exterior, el radio de nuestra trayectoria será mayor que si lo hacemos por el interior. Pero no es la mejor solución posible. La mejor trayectoria es aquella que empieza y termina por el exterior, pero en el punto medio se acerca al interior de la curva.

Es decir, al aproximarnos a una curva, nos situamos (durante la recta) en el lado exterior. Al alcanzar la curva, de hecho un poco antes, identificamos con la vista el punto medio y empezamos a girar hacia él. Justo en ese punto, debemos pasar rozando la parte interior de nuestro carril (sin salir de él, claro). Después, dejamos que la misma trayectoria nos vaya llevando poco a poco de nuevo al exterior.

Como una imagen vale más que mil palabras, fijaos en la figura a continuación. Todas las trayectorias son perfectamente circulares. Las trayectorias naturales, por el exterior (verde) y por el interior (fucsia) comparten el mismo centro geométrico que la curva en si. No obstante, la trayectoria roja gira al rededor de un punto situado más lejos: por lo tanto, su radio es mayor.

Diferentes trayectorias posibles al tomar una curva

De esta forma, aprovechamos todo el ancho de la carretera para hacer el viraje lo más suave posible. Debemos intentar siempre utilizar esta técnica, ya al reducir la fuerza centrípeta que las ruedas necesitan ejercer, las ruedas sufrirán menos. Es decir, aumentaremos su vida útil utilizando esta técnica incluso en las curvas más sencillas.

De hecho, esta es la misma técnica que se utiliza en las competiciones. Por algo será, ¿verdad?

Velocidad

El efecto de la velocidad es claro. A menor velocidad, más sencillo es tomar una curva. Si apreciamos que nos acercamos a una curva cerrada, debemos reducir. En caso de dudas, por ejemplo si la visibilidad es escasa, debemos actuar como si fuera una curva peligrosa. Porque si no tiene visibilidad, será que muy abierta no es.

Además, el efecto de la velocidad es cuadrático. En consecuencia, un pequeño incremento en la velocidad provoca que la fuerza centrípeta que las fuerzas deben ejercer es mucho mayor. Por ejemplo, de 50 a 60km/h hay un incremento del 20% en la velocidad; pero la fuerza centrípeta necesaria aumenta en un 44%.

Básicamente, se trata de seleccionar la velocidad adecuada para poder trazar la curva muy lejos del límite de adherencia de las ruedas. Y además, donde no forcemos a nuestros pasajeros a tener que contorsionarse y agarrarse para permanecer en su sitio. Una pequeña reducción en la velocidad en las curvas hace que el viraje sea mucho más cómodo y seguro, sin repercutir demasiado en la velocidad media global.

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Un caso especial de curva cerrada son las rotondas, sobre todo las situadas en carreteras convencionales. Probablemente debido al hastío de encontrarnos miles de ellas, y a la elevada velocidad que llevamos en la recta, las atravesamos como un rayo. Teniendo en cuenta su corto radio, acabamos provocando el efecto coctelera.

Por último, pero no por ello menos importante, hay que tener en cuenta que si el pavimento es deslizante, la fricción disminuye. En consecuencia, la máxima fuerza centrípeta que las ruedas pueden proporcionar también se ve mermada. Por tanto, en condiciones de baja adherencia, es necesario reducir aun más la velocidad de paso por curva.

Como conclusión final a esta mini-serie de artículos, ya sabemos la respuesta definitiva a la pregunta ¿Por qué me aplasto contra la ventanilla al girar?. Sabemos que no es por algo llamado fuerza centrífuga; es más bien por falta de la fuerza centrípeta necesaria. Pero, sobre todo, es culpa de que el conductor ha ejercido demasiada fuerza sobre el pedal del acelerador.

En Circula seguro | ¿Por qué me aplasto contra la ventanilla al girar? (1)
Fotos | huangjiahui, livepine, Christina Welsh (Rin), Jaume, thienzieyung