Nicholas-Joseph Cugnot, ingeniero francés y Capitán de Artillería, fue el inventor del primer vehículo autopropulsado o automóvil. Nació el 25 de septiembre de 1725 en Void-Vacon (Francia) y falleció el 2 de octubre de 1804 en París
Un día como hoy, hace 245 años, se inicia la Historia del Automóvil. El 23 de Octubre de 1769, Nicholas-Joseph Cugnot realiza la primera prueba subido en un carromato, por las calles de París, al que luego llamaría Fardier. Se trataba de una especie de triciclo provisto de una máquina de vapor compuesta de una caldera y un motor de dos cilindros verticales. La rueda delantera era la tractora y, a su vez, directriz para poder moverse gracias al desplazamiento de 50 litros de agua repartidos en los cilindros.
Desde esa fecha hasta nuestros días, la evolución del automóvil ha sido constante puesto que en nada se parecen a los vehículos actuales: comodidad, seguridad y silenciosos, etcétera…, pero este gran paso, gracias a Cugnot, podríamos decir que supuso la revolución industrial trasladada al automóvil al pasar directamente de los carruajes movidos por tracción animal a los vehículos movidos por vapor con motor capaces de arrastrar 4.500 kilos a una velocidad de 4 km/h.
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El concepto de energía cinética surge con cierta frecuencia en debates de Seguridad Vial al intentar justificar que la velocidad excesiva agrava los efectos negativos de un accidente (además de hacerlo más probable, claro). Es un concepto importante debido a que la energía cinética depende de forma cuadrática con la velocidad: es decir, moverse el doble de rápido implica cuadruplicar la energía.
Pero, como muchos conceptos que vienen de la ciencia, es posible que el uso mundano del término no venga acompañado por una comprensión del significado exacto del mismo. Sobre todo, porque abunda un uso casi místico de la palabra energía; cuyo significado en realidad es mucho más sencillo y mundano que las idas de olla que suelen salir de la boca de adivinos de madrugada e iluminados varios.
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La conducción eficiente se rige por una serie de reglas sencillas para conseguir: un bajo consumo de carburante, reducir la contaminación, mayor comodidad a la hora de conducir y disminuir riesgos en la carretera. Unas reglas eficaces que tratan de aprovechar las posibilidades que ofrecen las tecnologías de los nuevos vehículos.
Pues bien, si tenemos en cuenta que el vehículo es una máquina de consumo, independientemente del comportamiento del conductor y su manera de conducir, el coste será aún mayor si no tenemos en cuenta las cuatro resistencias opuestas al avance del vehículo relacionadas con el estado de sus neumáticos, peso, carga, dimensiones, etcétera… Pero, veamos más detalles.
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En la primera parte de «Cómo funciona el aire acondicionado de mi coche» vimos someramente los Principios Físicos que gobiernan la trasferencia de de calor en un aire acondicionado. Nos dimos cuenta de que el cometido principal del acondicionador es hacer que el flujo de calor tenga el sentido contrario del natural, y para que eso pase tenemos que gastar un montón de energía en forma de trabajo.
Como os prometí, hoy vamos a tratar más de cerca el mecanismo Físico que el aire acondicionado utiliza para bufar aire frío a nuestra nariz. Si hay algo que todos sabemos sobre cómo funciona el aire acondicionado de un coche es que, cuando se estropea, el mecánico nos pide por lo menos media docena de billetes rojos para recargar el refrigerante. De ello sacamos la conclusión de que esa cantidad de gas que metemos en el sistema es lo más importante. Pero, exactamente, ¿qué es lo que hace el refrigerante?
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Los señores del tiempo (climático, no el doctor Who) no han sido muy generosos conmigo, ya que al poner en la planificación mensual que hoy iba a hablar de los principios físicos que explican cómo funciona el aire acondicionado de los coches no contaba que a mitades de setiembre haría un día tan lluvioso y frio. Por lo menos donde yo vivo. Bueno, espero que recordéis un poco este artículo cuando Apolo tenga a bien volver acercar el astro rey al cenit del cielo.
En definitiva, en este artículo intentaremos repasar los principios físicos que utiliza el aire acondicionado de nuestro coche para acondicionar el ambiente, con lo cual no sólo consigue mitigar la canícula, sino que también aumenta el confort y disminuye la fatiga, por lo que el aire acondicionado se puede considerar un sistema de seguridad activa en toda regla. Hoy hablaremos de la teoría general, mientras que dentro de siete días explicaremos más en detalle el mecanismo concreto.
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A menudo hablamos de la energía, en muchos ámbitos. Y la seguridad vial no es una excepción. Decimos que los accidentes a altas velocidades son más graves porque hay más energía involucrada. Que más difícil frenar porque los frenos no pueden disipar toda la energía rápidamente. Pero, ¿realmente cuánta energía tiene un coche? Hacer números por si solos es un poco estéril, lo más útil es comparar con situaciones cotidianas. Así que eso es lo que voy a intentar hacer hoy.
Una de las situaciones donde más hablamos de energía de forma cotidiana es la nutrición. En este contexto, la unidad que utilizamos es la kilocaloría (aunque muchas veces se dice caloría a secas, supongo que lo de kilo suena a demasiado… pero en realidad casi casi siempre nos referimos a kilocalorías). La referencia que voy a utilizar es la ingesta media recomendada de 2000kcal al día para una persona que no esté haciendo una dieta particularmente estricta.
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Aquellos que tengáis buena memoria recordaréis que, hace ya algo de tiempo, dedicamos un par de días a explicar qué es la potencia, un concepto que viene a nuestra boca muy a menudo en el mundo del motor. Empezamos con el significado Físico de la potencia: la cantidad de energía que el motor transmite al vehículo por cada unidad de tiempo. Después, hicimos unos cálculos para ver cómo evoluciona la velocidad de un vehículo cuando el motor proporciona una potencia constante.
No obstante, como ya os avisé, los cálculos que hicimos no tienen en cuenta la fricción del aire que se opone al avance del vehículo. Es decir, según nuestros cálculos originales, es como si el vehículo retuviera toda la energía que le proporciona el motor. Y como el motor proporciona energía de forma (teóricamente) indefinida, llegamos a la absurda conclusión de que la velocidad crece sin límite alguno.
En un caso más realista, no toda la potencia que proporciona el motor se queda en el vehículo, sino que una parte de ella se invierte en vencer la resistencia del aire. Es como si la fricción restara potencia al motor. Además, resulta que el aire ofrece mayor resistencia cuanto más rápido se mueva el coche, por lo que cuando la velocidad sea suficientemente alta, llegará un momento en que la totalidad de la potencia del vehículo se invierta en apartar el aire, y por lo tanto no quede nada de potencia para seguir acelerando. Llegados a este punto, la velocidad ya no aumentará más: decimos que hemos llegado a la velocidad terminal o velocidad crucero.
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Ayer dejamos pendiente aplicar lo que acabábamos de aprender sobre la potencia para realizar algunos cálculos simples que nos permitan ejemplificar qué significa todo lo dicho.
Recordad que la potencia nos dice la cantidad de energía que un cuerpo (el motor) transmite a otro (la carrocería y sus ocupantes) por unidad de tiempo. Además, habíamos visto que una forma útil para calcular la potencia desarrollada es multiplicar la fuerza que el primer cuerpo ejerce sobre el segundo por la velocidad actual, P = F v.
Para hacer estos cálculos, primero tenemos que recordar una vieja amiga de la Física de secundaria, la segunda ley de Newton. Dicha ley nos dice que, para provocar una aceleración a un cuerpo, debemos aplicarle una fuerza igual a la masa de dicho cuerpo multiplicada por la aceleración que debemos concluir, F = m a.
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La palabra potencia está íntimamente ligada al mundo del motor. Lo oímos y decimos por todas partes. Sin embargo, como ocurre con todos aquellos vocablos de origen científico que han inundado la vida cotidiana, a menudo no somos del todo conscientes de lo que realmente significa la palabra.
La finalidad de esta humilde miniserie de artículos sobre la potencia es echar mano de las definiciones más básicas de Física para repasar el significado del concepto, y ver como afecta al comportamiento del vehículo. Y, además, ejemplificar las explicaciones con un par de cálculos sencillos; realmente sencillos.
Aviso, de entrada, que los cálculos no se centrarán en describir con precisión en casos concretos de la realidad. Eso sería imposible en el limitado espacio del que disponemos (la excusa de Fermat); y, además, muy aburrido. Buscaremos, ante todo, ejemplificar.
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Los muelles exhiben comportamientos ondulatorios
Concluimos, por fin, esta mini-serie de artículos dedicada a buscar ejemplos del tráfico viario que pueden ser estudiado mediante el concepto de onda. Ello nos permite establecer líneas de comparación con otros fenómenos ondulatorios, lo cual no es moco de pavo ya que hay multitud de ellos en Física.
Recordad que habíamos dicho que una onda es un comportamiento colectivo que exhiben una gran cantidad de elementos, pero que emerge únicamente de interacciones de corto alcance. Normalmente, interacciones de uno a otro.
Dicho de otra forma, aunque las entidades que participan en la onda interaccionan únicamente a pares, esta interacción es suficiente para que una pequeña perturbación pase de una a otra y, por lo tanto, acabe comportamiento general del colectivo.
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