Suspenso en Física (y 4)

Estamos llegando al final de este pequeño recorrido por los principios Físicos del sistema de suspensión. Haciendo memoria, hemos visto que la unión entre las ruedas y el resto de la carrocería no puede ser rígida, ya que eso transmitiría todas las pequeñas imperfecciones de la carretera a los pasajeros.

Para solucionarlo, se nos ocurrió situar un muelle entre el eje de las ruedas y la carrocería. Y, por último, para evitar las oscilaciones típicas de los sistemas elásticos, colocamos un amortiguador encargado de quitar la energía del resorte lo más rápidamente posible.

Ahora que ya tenemos estos conceptos más o menos claros, sería imperdonable no aprovecharlos para explicar algunas consecuencias de que el sistema de suspensión no sea rígido. Como os prometí, vamos a hablar de cómo se reparte el peso del coche entre las cuatro ruedas.

Lo primero que hay que pensar, algo bastante obvio, es que si los bajos del coche no caen al suelo es debido a que las ruedas lo sostienen. Cada rueda, a través del sistema de suspensión, ejerce una fuerza hacia arriba para sostener todo el vehículo. Y la suma de las cuatro fuerzas en las cuatro ruedas debe dar el peso total del vehículo (ojo, siempre que no haya aceleraciones verticales).

Podríamos pensar que cada rueda soporta una cuarta parte del peso del vehículo. Sin embargo, no es así porque la masa del coche no está distribuida de forma simétrica. En la mayoría de los automóviles que circulan por nuestras carreteras tienen el motor delante, lo cual significa que el centro de masas no está en el centro del coche, sino desplazado más bien hacia adelante.

Resulta que la fuerza ejercida por cada rueda es proporcional a la distancia entre la misma y el centro de masas. Los fabricantes lo tienen en cuenta al recomendar las presiones de cada neumático; en la mayoría de coches, recomiendan una presión superior en el eje delantero.

Por supuesto, todo esto puede cambiar si cargamos el maletero hasta el tope. Si ponemos maletas con una masa superior a la del motor, el centro de masas retrocederá. En estas condiciones, será importante incrementar la presión de las ruedas, sobre todo las traseras, que son las que soportarán la mayor parte del peso extra.

Una nota, fijaos que he dicho centro de masas, no centro de gravedad. Son conceptos muy diferentes y el útil para este caso es el primero. Sin embargo, muchas veces se confunden ambos conceptos debido que están prácticamente en el mismo lugar geométrico si el objeto en cuestión no es demasiado alto (en comparación con el tamaño del a tierra, es decir, que unos cuantos kilómetros puede seguir considerándose “no muy alto”),

Hasta ahora hemos estado hablando de lo que ocurre cuando el vehículo está quieto, o desplazándose a velocidad constante. Sin embargo, todos sabemos que cuando pegamos un acelerón, el coche parece inclinarse hacia atrás, levantando el morro. O viceversa, al frenar el morro se hunde.

En la fotografía anterior podemos ver el motivo. Para acelerar, las ruedas ejercen una fuerza neta hacia adelante. Pero esa fuerza se ejerce prácticamente a nivel del suelo, por debajo del centro de masas. ¿Qué pasa cuando se ejerce una fuerza que no está en línea con el centro de masas? Veamoslo. Sacad el científico loco que tenéis en vosotros y hacer el siguiente experimento conmigo.

Tomad un lápiz y dejarlo sobre la mesa. Propinarle un pequeño golpe con el dedo justo por la mitad. ¿Qué ocurre? Pues que el boli se mueve, más o menos en línea recta. Ahora, haced lo mismo pero golpeando cerca de uno de los extremos. Cuidado, no lo despuntéis que luego no escribe. ¿Qué ocurre? Pues que se mueve, pero esta vez… ¡girando!

De hecho, usar fuerzas cuya línea de acción no pasa por el centro de masas para conseguir que giren es algo de lo más cotidiano. Lo usamos a diario para hacer girar el volante del coche, o el manillar de la moto. Igual que para abrir una puerta, ponemos el pomo cerca de un extremo, lejos del centro de giro. Y un largo etcétera.

Un vehículo no es diferente. La fuerza descentrada de las ruedas acelerando hacen que el coche intente girar al rededor de su centro de masas, como una campana. En el dibujo que ilustra estas lineas, el giro sería en el sentido de las agujas del reloj.

Si la carrocería consiguiera girar de esta forma, está claro que al final el maletero acabaría rozando el suelo, lo cual no sería bueno. Para evitarlo, la suspensión del eje trasero debe ejercer una fuerza extra hacia arriba, intentando mantener el culo elevado.

Como hemos dicho, la suma de las fuerzas de las cuatro ruedas debe ser el peso total, si las ruedas de atrás ejercen más fuerza, significa que las delante lo harán menos. Es decir, el peso se desplaza hacia atrás.

Por lo que dijimos el otro día, sabemos que la fuerza ejercida por el muelle de la suspensión es proporcional a su compresión. Eso quiere decir que cuanto mayor sea el peso extra que debe soportar, tanto más se comprimirá. En consecuencia, parecerá que el cuarto trasero del vehículo desciende un poco. Mientras que al verse liberada de peso, la suspensión delantera se alargará, levantando el morro.

Por supuesto, si hiciéramos el mismo razonamiento en un vehículo frenando, todas las flechas irían al revés. Serían las ruedas de delante las que soportan peso extra, hundiendo el morro.

Esto es muy importante a la hora de tomar curvas. Cuanto más peso haya sobre un eje, más difícil será que derrape. Al empezar el trazado de un viraje, es recomendable frenar un poco. De esta forma, las ruedas delanteras ganan adherencia y pueden guiar el vehículo con mayor facilidad.

Cuando estamos ya en pleno trazado, suele recomendarse acelerar lijeramente. De esta forma, aumentamos el peso que soportan las dos ruedas traseras, haciendo más difícil que lleguen a desviarse del camino deseado.

Bien, esto es todo. En estos cuatro artículos hemos repasado los principios básicos que gobiernan la suspensión y el reparto de pesos en nuestros vehículos. Por supuesto, esto sólo es el principio. Hay miles de detalles tecnológicos a la hora de implementar estos principios en el mundo real que no hemos podido tener en cuenta, no nos habría dado tiempo.

Sin embargo, los principios siempre han sido, y siempre serán, los tres o cuatro conceptos que con algo de esfuerzo hemos ido repasando estas dos semanas. Ahora, ya no hay motivos para suspender en Física… y mucho menos, para suspender en el mantenimiento de la suspensión.

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Fotos | Km77, TheBusyBrain