Unidades de aceleración y fuerza

‘-Artículo actualizado el 27 de julio de 2020-

Hoy vamos a realizar un repaso a las unidades de medición más utilizadas en el mundo de la automoción: vamos a hablar de las unidades de aceleración y fuerza. Pero para ello, es necesario primero entretenernos un poco con la aceleración.

Qué es la aceleración

Comencemos este análisis de las unidades de aceleración y fuerza con el primer punto. La aceleración es la variación de la velocidad de un objeto cuando se mueve. Si el objeto en cuestión mantiene su velocidad de forma constante, entonces no está acelerando, algo que sí hará cuando su velocidad cambia. La aceleración se mide en metros por segundo al cuadrado y lo hace en base al tiempo que le lleva pasar de una velocidad a otra, o bien en una fuerza que se aplica sobre el objeto.

La aceleración mide cuán rápido cambia la velocidad de un cuerpo, en este caso un automóvil. Básicamente, para calcularla lo que hacemos es tomar la variación de la velocidad y dividirla entre el tiempo que ha transcurrido. En el sistema internacional de unidades, como la velocidad se mide en m/s y el tiempo en segundos, la unidad de aceleración es el m/s2.

De hecho, muy pocas veces se da la medición de la aceleración de un vehículo. Es más común que nos den el tiempo que tarda en ponerse a 100km/h partiendo de parado. Es la medición inversa, está claro que cuanto menor sea el tiempo necesario, mayor será la aceleración.

Cómo se mide la aceleración: la fórmula

Se puede calcular la aceleración al tener en cuenta las dos velocidades del objeto, tanto la que tenía inicialmente como la que tiene después de acelerar. Para poder calcularla es imprescindible que conozcas la fórmula de la aceleración:

a = Δv / Δt

En la misma, “a” es la aceleración, “Av” es la variación de la velocidad y “At” es el tiempo que hay en esa variación. La aceleración es una cantidad vectorial, por lo que tiene una dirección y una magnitud. Si el objeto está acelerando, el resultado será positivo, mientras que si desacelera será negativo.

Es muy importante que puedas entender las variables para calcular la aceleración. Se puede definir Av y At con más detalle: Δv = vf – vi y Δt = tf – ti donde vf es la velocidad final, vi es la velocidad inicial, tf es el tiempo final y ti es el tiempo inicial (que es de 0 segundos a no ser que el problema diga lo contrario).

a = vf – vi / tf – ti

Otras unidades de aceleración

Otra unidad para la aceleración, del sistema CGS, es el Gal, en honor a Galileo. Surge de tomar el centrímetro como unidad para las distancias, en vez del metro. Es decir, un cuerpo sufre una aceleración de 1 Gal si en un segundo pasa del reposo a moverse con una velocidad de 1cm/s. Por lo tanto, 1 Gal equivale a 1cm/s2 = 0,01m/s2

Qué es la fuerza

Continuamos desglosando las unidades de aceleración y fuerza, vamos a por la segunda parte. En realidad, aunque usamos la palabra en nuestra vida cotidiana, el concepto de fuerza es bastante difícil de definir de forma rigurosa. Por simplificar, diremos que mide la intensidad de la interacción que se produce entre dos cuerpos. Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, al segundo le pueden pueden ocurrir los siguientes efectos:

1. Que cambie su velocidad.
2. Que cambie de dirección.
3. Que se deforme.
4. Que la fuerza en cuestión compense otras fuerzas.

En realidad, estos efectos suelen combinarse. Por ejemplo, si estiramos una plastilina por los dos extremos con la misma fuerza, esta no se mueve (las dos fuerzas se compensan), pero seguramente se deforme un poco.

Cómo se mide la fuerza: la fórmula

Para medir una fuerza, lo que hacemos es centrarnos en el primer efecto, suponiendo que el resto son poco importantes (y, por lo tanto, no necesitamos tenerlos en cuenta). En definitiva, mediremos el cambio en la velocidad causado por la fuerza a lo largo de un intervalo de tiempo, es decir, la aceleración.

Las leyes de Newton nos dicen que la fuerza necesaria para provocar una aceleración dada es proporcional a la masa del cuerpo. Dicho de otra forma, la misma fuerza provoca menor aceleración si el cuerpo es muy masivo. Por lo tanto, la unidad de fuerza en el sistema internacional se obtiene multiplicando las unidades de masa y de aceleración. La masa se mide en kilogramos y la aceleración en metros por segundo. Con estas dos variables con un valor asignado, podremos hacer el cálculo que dará como resultados los Newtons (N).

f = m x a

¿Pero si la masa son kilogramos y la aceleración son metros por segundo no tendríamos por resultado «kilogramo metro por segundo al cuadrado»?. Exacto, pero es algo impronunciable y por eso, se le puso un apodo. Como suele pasar en estas ocasiones, se utilizó el nombre del científico más prominente en la historia de las fuerzas, Isaac Newton. Así que la unidad de fuerza del S.I. es el Newton, abreviado N (en mayúscula, por ser nombre propio).

¿Pero la fuerza no se medía en kilogramos?

Aquí es donde aparece alguien que recuerda haber visto alguna vez una fuerza medida en «kilos». Esto es algo que ya he explicado tanto en el anterior artículo de esta mini-série de unidades, como en el post sobre la metralla. El kilogramo es una unidad de masa, no se puede utilizar para medir fuerzas.

La confusión proviene de que vivimos en la superficie de la Tierra. Debido a la gravedad, cada kilogramo de masa sufre una fuerza (peso) de unos 9,8N. Como este valor es constante y conocido, podemos usar la gravedad para medir la masa de un objeto (esto es lo que hacen las básculas de casa).

Esta sería la fórmula sencilla, pero debemos tener en cuenta algunas variables importantes. Los Newtons son una unidad de medir que se utiliza en física, para tener un equivalente deberemos realizar una conversión. 9,8 es la cantidad por la cual deberemos dividir los Newtons para poder transformarlos en kilos. Por poner un ejemplo 100N, sería 100 dividido entre 9,8, dando como resultado 1020 kilos.

¿Y qué hay de los kilopondios?

Por lo tanto, si nos dicen que existe una fuerza «de tantos kilogramos», lo que debemos entender es «una fuerza equivalente al peso que tienen tantos kilogramos de masa situados en la Tierra». Como esto resulta complicado, se decidió inventar una unidad nueva, el kilopondio (abreviado kp).

Esta nueva unidad define un kilopondio como el peso medio de un kilogramo, situado en el planeta Tierra a nivel del mar. Es decir, si hemos entendido todo lo dicho hasta ahora, 1kp = 9,8N. Como el kilopondio suena un poco extraño, algunos autores prefirieron llamarlo kilogramo-fuerza, kgf (no confundir con el kilogramo normal, el de masa).

Mientras, los anglosajones (nunca convencidos por el S.I.), siguen midiendo en libras de fuerza. Se abrevian como lbf, para diferenciarla de la libra de masa. Su definición es sencilla: es la fuerza equivalente al peso medio de una libra de masa en la superficie terrestre. Es decir, unos 4,448N.

Otras unidades de fuerza

Otra unidad de fuerza, perteneciente al sistema CGS, es el dina, abreviado dyn. Es la fuerza necesaria para que una masa de un gramo acelera desde el reposo a la velocidad de 1cm/s en el intervalo de un segundo (es decir, una aceleración de 1 Gal = 1cm/s²). Como hay mil gramos en un kilo, y cien centímetros en un metro, resulta que un newton son exactamente cien mil dinas, 1N = 100 000dyn. Hoy en día, los aparatos que miden fuerzas siguen llamándose dinamómetros.

Unidades de fuerza
1kp = 1kgf = 9,80665N = 2,2046226218lb_f = 980665 dyn
1N = 0,1019716213kp = 0,2248089431 lb_f = 100 000dyn
1lb_f = 4,44822216153N = 0,45359237kp = 444822,16153 dyn

Poco a poco, vamos desentrañando la maraña de unidades que poco a poco el Sistema internacional nos ofrece. Esperamos que haya clarificado algo más vuestras dudas sobre las unidades de aceleración y fuerza y podáis sumergiros más a fondo en la física del motor.

En Circula Seguro | Consejos para una conducción segura (3): aceleración y frenado

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