fuerza

Durante la semana pasada dedicamos un par de artículos a repasar unas cuantas ecuaciones de la Física de bachillerato y aplicarlas a una reducción de velocidad. Nuestro objetivo concreto era conocer la distancia que debe existir entre dos límites de velocidad consecutivos de forma que se puedan cumplir aplicando una suave frenada.

Sin embargo, las ecuaciones que obtuvimos son mucho más generales, sirven para describir absolutamente todas las frenadas de un vehículo (y también para describir las recuperaciones de velocidad, sólo habría que intercambiar las velocidades inicial y final; pero eso lo dejaremos para otro día). Así que sería un crimen no aprovechar que tenemos todos estos conceptos frescos para enumerar todos los factores que influyen en la distancia de parada.

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Hace un par de días, el dicharachero Morrillu nos hablaba de lo que un motero siente al entrar en el rebufo de otro vehículo. Hoy vamos a repasar muy por encima los principios Físicos que lo explican.

Morrillu se centró sobre todo en vehículos de dos ruedas, por cuatro motivos. En primer lugar, él nació con una moto entre sus piernas, así que es natural que siempre hable de ellas. Pero también hay motivos objetivos: al tener sólo dos ruedas, son esencialmente inestables (es responsabilidad del piloto equilibrar el vehículo).

Por otra parte, los vehículos pequeños, por su menor inercia (es decir, dado su reducida masa), son más sensibles a las fuerzas externas. En último lugar, al estar expuesto directamente al aire, el conductor siente en su propia piel los efectos de la aerodinámica.

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Todos sabemos que, viajando en autobús (de hecho, en cualquier transporte, pero en los coches privados uno no puede ir de pie), si uno no tiene la suerte de conseguir un asiento, hay que agarrarse bien para no caerse. Las inclemencias del tráfico, las curvas y la frenada ante cualquier parada provocan sacudidas en el interior del vehículo, que si uno no se sujeta firmemente pueden llevarte al suelo.

A estas alturas, todos deberíamos saber ya por qué ocurren ese tipo de sacudidas. Tiene que ver con las aceleraciones, es decir, los cambios de velocidad (y de dirección): nosotros tendemos a seguir en linea recta y velocidad constante, en ausencia de fuerzas. Si el autobús cambia de velocidad, necesitaremos un punto de apoyo que nos transmita la fuerza necesaria para que sigamos la misma aceleración que la carrocería.

Sin embargo, hay un tipo de sacudidas que no sigue exactamente este patrón. Es más, diría que cuando se produce, coge desprevenida a la mayoría de la gente (sobre todo, a personas mayores, para qué nos vamos a engañar).

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Recuerdo que cuando era pequeño me fascinaba ir con mi padre al túnel de lavado. Esas máquinas que se movían de forma extraña, peluches que multiplicaban su tamaño al girar, agua y productos químicos volando a chorro a nuestro alrededor… y lo más espectacular, el soplador final que se iba levantando a medida que pasaba el coche.

Lo que no entendía era por qué había unos señores a la salida del túnel, armados con bayetas profesionales, que nos asaltaban para acabar de secar las superficies acristaladas de nuestro vehículo, empezando por los retrovisores exteriores. Como si el soplador y la posterior evaporación natural no fueran suficiente.

Sin embargo, con el transcurso de los años lo he ido comprendiendo un poco mejor… supongo que por estudiar una carrera que se basa en entender lo que ocurre en el mundo, y sobre todo al verme en la situación de limpiar la carrocería de mi vehículo yo mismo. Si el cristal no se seca bien, cuando al evaporarse la humedad vuelve a quedar sucio.

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Como lo prometido es deuda, para terminar esta larga serie de artículos sobre la frenada vamos a tratar los modernos sistemas electrónicos que accionan, o desactivan, automáticamente los frenos para ayudarnos a controlar el vehículo. En concreto, de todas las siglas que hay, nos centraremos en dos: el ABS y el ESP.

En realidad, pese a que a menudo se cobran como si fueran extras separados, ambos sistemas comparten la mayor parte de su infraestructura. Desde este punto de vista, el ESP se puede considerar una mera extensión del ABS. En cualquier caso, como su finalidad es distinta aunque complementaria, nosotros los seguiremos tratando como sistemas independientes.

El ABS debe sus siglas a Anti-lock Braking System, algo así como sistema de frenado anti-bloqueo. Es decir, un sistema que evita que las ruedas del vehículo dejen de girar a la misma velocidad que el coche durante una frenada brusca. ¿Por qué es beneficioso que no se bloqueen las ruedas? Veámoslo.

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Estamos llegando ya al final del paseo por el mundo del freno. Hasta ahora siempre hemos hablado de frenos mecánicos, en que la fuerza que nuestro pie aplica sobre el pedal se utiliza para generar fricción entre una pieza que gira solidaria a las ruedas, y otra que está fija en la carrocería. Pero no siempre es así, y hoy veremos unos cuantos ejemplos.

En general, podemos decir que cualquier fenómeno que se oponga al movimiento del coche puede ser considerado un freno. Independientemente de que ello se produzca a voluntad del conductor, o no.

Como decíamos al principio de este serial, el hecho que las ruedas sean redondas hace que la fricción con el suelo no se oponga al movimiento. Por eso, siempre se dice que la rueda es uno de los mayores inventos de la humanidad. Sin embargo, hay muchas otras fuentes de fricción que siguen estando ahí, y siguen frenando el movimiento.

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Llevamos ya un montón de días charlando sobre los frenos, y hasta el momento siempre hemos de fuerzas de fricción, fuerzas de frenado, etc. Pero como ya os he explicado alguna vez, en Física, todo lo que se puede explicar en términos de fuerzas, también se puede explicar usando la energía.

Por decirlo de alguna manera, «fuerzas» y «energías» son dos lenguajes diferentes. Siempre podemos traducir de uno a otro; ambos lenguajes, por si sólos, son capaces de explicar todos los fenómenos mecánicos. Pero a veces, como en los idiomas humanos, uno de ellos tiene la palabra justa para describir algo, lo que hace que sea más adecuado para explicar un fenómeno concreto.

Es decir, a veces es más fácil hablar de fuerzas. Otras veces es mejor en términos de energías. Para aprovecharnos de ello, muchas veces los físicos mezclamos ambos lenguajes, hacemos una especie de spanglish. Lo hacemos porque traducir entre ambos lenguajes es muy sencillo: una fuerza, que provoca un cambio en el valor de la velocidad, no es más que energía transmitiéndose de un cuerpo a otro.

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En el anterior episodio explicamos el sistema hidráulico que la práctica totalidad de los vehículos modernos utilizan para transmitir la fuerza que nosotros, humildes conductores, aplicamos sobre el pedal hasta los frenos.

Pero como somos eso, humildes humanos, la fuerza que podemos aplicar es limitada. Además, nos es muy incómodo tener que hacer mucha fuerza a menudo. Y, por lo tanto, la capacidad de frenado de nuestro vehículo, por muy buenas que las superficies de fricción, siempre estará limitada por el factor humano. Por este motivo, es bueno contar con sistema de multiplicación de la fuerza neumática que llega a los frenos.

Sin duda, existen muchos dispositivos que nos ayudan a multiplicar la fuerza de frenado. Y con el avance de la ciencia y la técnica, cada vez tendremos más, y mejores. Pero sin duda, el primer dispositivo que a todos nos viene a la cabeza es el servofreno de vacío.

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Continuamos nuestro viaje turístico por el mundo del frenado. En nuestra anterior parada (nunca mejor dicho) vimos los diferentes mecanismos por los que puede actuar un freno.

Vimos que, pese a que los detalles concretos en cada caso varían, este tipo de sistemas de reducción de velocidad se basan en aplicar fricción mecánica entre algo que gira solidariamente con las ruedas, y una pieza fija en la carrocería (dejaremos para más adelante un breve resumen sobre sistemas de frenado que no son mecánicos).

En general, la fuerza de fricción entre dos cuerpos sólidos aparece siempre que sus superficies estén en contacto y se desplazan la una sobre la otra (también existe una fricción estática entre dos superficies en contacto sin movimiento relativo, pero que intentan ponerse en movimiento; sin embargo, ese es un fenómeno algo distinto que no nos importa hoy).

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