La Física en la Conducción: Fuerzas Naturales, Fricción, Tracción y Equilibrio

Todo en el universo conocido está sujeto a las fuerzas naturales como inercia, gravedad, fricción y energía. Tu automóvil no es la excepción. De hecho, depende de las leyes de la física para funcionar. Sin las fuerzas naturales, tu auto no podría arrancar, moverse, parar o cambiar de dirección. La manera en que tu vehículo interactúa con estas fuerzas está determinada de alguna manera por el diseño. Como las leyes de la física son constantes e invariables, los fabricantes de automóviles las pueden usar para crear vehículos estables, más seguros y eficientes.

Incluso más que el diseño, la forma en que tu automóvil se comporta ante las fuerzas naturales e invisibles está determinada por la manera en que conduces. Como parte de tu entrenamiento de manejo, debes aprender cómo las diferentes fuerzas y leyes naturales afectan tu automóvil, con tal de mantener el control y responder de forma adecuada en situaciones de emergencia.

Esta podría parecer una labor complicada pero recuerda que ya manejas otro vehículo bastante diferente que también está a merced de las fuerzas naturales: tu cuerpo. Al igual que el automóvil, tu cuerpo está impulsado por la energía, resistido por la fracción, sujeto a la inercia y atraído hacia el centro de la tierra por la gravedad. A pesar de la injerencia constante de estas fuerzas, puedes caminar, correr, saltar, agacharte y realizar muchas otras actividades físicas. Eventualmente, tendrás el mismo nivel de control intuitivo sobre tu auto.

Las fuerzas naturales siempre están trabajando sobre tu vehículo, tanto al estar estacionado como en movimiento. En una situación de manejo ideal en una carretera plana, recta, nivelada y con buena superficie, es posible que no te detengas a considerar el efecto que tienen estas fuerzas. En escenarios más complejos, necesitarás un entendimiento de las fuerzas naturales para tomar decisiones de manejo seguras y evitar accidentes. Si estás conduciendo en una colina, a través de una curva, haciendo un giro o lidiando con mal tiempo, tu conocimiento de las fuerzas naturales fácilmente podría ser la diferencia entre un viaje tranquilo y un choque catastrófico.

Si te intimida tener que estudiar las leyes de la física como parte del programa de educación vial, no entres en pánico. Aprender a controlar tu automóvil no requiere de un conocimiento complejo de ecuaciones matemáticas o teorías abstractas. Todo lo que necesitas es un entendimiento general de las fuerzas naturales que trabajan sobre tu auto y cómo puedes utilizarlas para mantener el control y tener seguridad en las carreteras. Comencemos con un repaso de los temas que se cubren en esta sección.

Fuerza gravitacional

Nuestra exploración de la ciencia de la conducción empieza con un vistazo a la gravedad. Esta fuerza existe hasta cierto punto entre dos objetos en el universo, aunque por lo general solo notamos la atracción gravitacional de la Tierra. La gravedad atrae objetos. La fuerza que los atrae entre sí está determinada por su masa y la distancia entre ellos. Los objetos más grandes (como la Tierra) tienen una atracción gravitacional más fuerte. Profundizaremos en la teoría de la gravedad, su historia y efectos con más detalle en el próximo módulo de esta sección. Por ahora, todo lo que debes saber es que la gravedad atrae tu vehículo hacia el centro de la Tierra y eso lo afectará de varias maneras, dependiendo de la distribución del peso, la gradiente de la carretera en que conduces y varias otras fuerzas naturales.

La fuerza de gravedad hacia abajo afectará la velocidad de tu vehículo cuando manejas o estacionas en una pendiente. Al conducir cuesta arriba, tu automóvil será atraído hacia atrás por la gravedad y efectivamente disminuirá la velocidad. En una pendiente cuesta abajo será empujado hacia adelante, resultando en un aumento de la velocidad. Esta sección te enseñará a ajustar tu comportamiento de manejo para compensar los efectos de la gravedad en situaciones de conducción en colinas.

Leyes del movimiento de Newton

Antes de seguir adelante en nuestra búsqueda de comprender cómo las fuerzas naturales afectan el movimiento de un vehículo, primero debemos ver las reglas universales que rigen el movimiento. Este módulo cubre las tres leyes del movimiento de Newton, que en conjunto pueden predecir y explicar la manera en que los objetos se mueven (o no) como respuesta a las fuerzas externas.

La primera ley de Newton tiene que ver con la inercia. La inercia es la razón por la cual cambiar la velocidad o dirección de un objeto en movimiento requiere más esfuerzo que mantenerlas constantes. En cuanto a la conducción, la inercia hace que maniobrar un vehículo en una curva o hacer una parada completa sea más físicamente más desafiante, especialmente cuando no tienes dirección asistida o frenos electrónicos.

Su segunda ley se relaciona con la fuerza que ejerce un objeto en movimiento. ¿Te has preguntado por qué un automóvil que choca contra una pared causará más daños a 30 mph que a 15 mph? Nuestra exploración de la fuerza te mostrará cómo se calcula y, por tanto, por qué algunos objetos ejercen más fuerza que otros. La tercera ley de Newton trata acerca de acción y reacción. Esta regla explica por qué un auto que choca contra una pared no solo daña la pared sino también se daña a sí mismo. La información de este módulo te ayudará a entender los conceptos que se nombran a lo largo de esta sección. ¡Asegúrate de tomarte el tiempo de leerlo!

Energía y energía potencial

La cantidad de energía de un objeto determina su capacidad de trabajo. Los objetos con más energía trabajan más o por más tiempo que los objetos con menos energía. Si bien la energía se manifiesta de diferentes maneras, el enfoque del curso será la energía en movimiento o energía cinética. La energía cinética se produce por un objeto en movimiento. Los objetos estacionarios también tienen energía, aunque es conocida como energía potencial. Un objeto tiene más probabilidades de empezar a moverse cuanta más energía potencial tenga. Cuando se trata de conducir, la cantidad de energía cinética de tu automóvil afecta el nivel de facilidad para reducir la velocidad o parar. Cuanto mayor sea la energía, más difícil será.

La velocidad tiene un efecto significativo en la energía y, por consiguiente, en el tiempo que tardará tu vehículo en detenerse completamente en una emergencia. Aprende cómo la energía afecta la distancia de frenado y la fuerza del impacto en las colisiones en este módulo.

Fuerzas centrífuga y centrípeta

Las fuerzas centrífuga y centrípeta trabajan una contra la otra y afectan los objetos que viajan en una curva. A menos que pases todo el tiempo manejando en expressways rectas de gran velocidad, estas fuerzas jugarán un papel regularmente en la forma en que tu vehículo se comporta en la carretera. Para entender las fuerzas centrífuga y centrípeta, te ayudará imaginar que cualquier curva donde conduces forma parte de un círculo completo. La fuerza centrípeta te empuja hacia el centro del círculo, mientras la fuerza centrífuga te empuja lejos del centro. Al conducir en una carretera sinuosa tu automóvil siempre actuará basado en estas fuerzas. Debes aprender a encontrar un equilibrio entre ellas para evitar subvirar (no girar lo suficiente) y sobrevirar (girar demasiado) a la hora de manejar en un camino con curvas. Aquí se explican las habilidades y técnicas requeridas para conseguirlo.

La fricción y las ruedas

A continuación echamos un vistazo a las fuerzas de resistencia que influyen en los componentes internos de movimiento de tu automóvil y la manera en que tus llantas se agarran a la superficie de la carretera. La fricción es un eje central de esta discusión. La fricción describe la resistencia entre dos superficies en contacto a medida que se deslizan una contra la otra. Una baja fricción resultará en un movimiento más suelto, mientras una fricción alta dificultará el movimiento. La fricción que ocurre entre las ruedas del auto y la carretera se denomina tracción.

La fricción entre las ruedas del vehículo y la carretera debe ser alta para que el vehículo se mueva y puedas maniobrar de forma efectiva. Sin fricción, las llantas se deslizarían a través del asfalto en lugar de agarrarse para rodar sobre él. Las llantas de los automóviles y las superficies de la carretera están diseñadas para maximizar la fricción pero también hay mucho por hacer al conducir para mejorar el agarre sobre la carretera o retomar la fricción si tus ruedas empiezan a derrapar. En esta parte de la sección puedes aprender sobre la fricción, por qué es tan importante y qué puedes hacer para mantenerla.

Aquí también hablamos del concepto conocido como resistencia al rodaje. La resistencia a la rodadura se refiere a cuánto se comprimen las llantas cuando ruedan sobre la superficie de la carretera y está determinado en gran medida por la presión de las llantas. Este es un tema importante para conocer, ya que una excesiva resistencia al rodamiento puede llevar a un sobrecalentamiento y, eventualmente, a una falla en los neumáticos.

La fricción y el frenado

Además de la conexión entre las ruedas y la carretera, la fricción juega un papel en varios otros sistemas esenciales del vehículo. ¡Quizás el más importante sea con los frenos! Cuando presiones el pedal del freno, las pastillas se presionan contra las llantas que giran para crear fricción, lo que reducirá la velocidad y eventualmente detendrá el vehículo. En última instancia, la fricción llevará al desgaste, por lo que es tan importante seguir las técnicas de frenado adecuadas. Todos los sistemas se desgastarán con el tiempo, pero sucederá mucho más pronto de lo que debería si usas los frenos excesivamente mientras conduces.

Frenar correctamente es esencial para tu seguridad tanto como para la salud de tu vehículo. Para reducir la velocidad o parar, los frenos deben absorber la energía cinética del vehículo. Puede que no haya suficiente tiempo para que esto suceda si hundes tu pie en los frenos de golpe. Cuando la energía en movimiento del vehículo no haya sido absorbida, las ruedas se bloquearán y continuarás moviéndote hacia adelante. A menos que manejes un vehículo equipado con ABS, la clave es frenar de forma gradual.

¿Qué afecta la tracción?

En este punto de esta sección, habrás aprendido sobre fricción y el rol vital que juega en permitir que tus llantas se agarren a la superficie de la carretera. Esta resistencia entre las llantas y el asfalto se conoce como tracción. Crear una buena tracción es un objetivo primario en los diseños de vehículos, llantas y carreteras. Sin embargo, no son los únicos factores que influyen en el agarre sobre la carretera. Algunos otros factores son los siguientes:

• Condiciones climáticas
• La distribución del peso de tu vehículo
• La gradiente de la carretera (si tiene pendientes cuesta arriba o cuesta abajo)
• El material con el que está revestida la carretera
• Futuras maniobras como giros, frenado y aceleración

En este módulo aprenderás a ajustar tu comportamiento de manejo para adaptarte al entorno de carretera y mantener la tracción.

Cómo corregir la pérdida de tracción

A pesar de las mejores intenciones, puede que un día te encuentras en una situación aterradora en la cual las ruedas pierden tracción y empiezan a derrapar en la superficie de la carretera. La clave para retomar el control cuando esto sucede es mantener la calma y aplicar las técnicas de corrección de tracción que se explican en este módulo.

Cuando ocurre la pérdida de tracción en las ruedas delanteras, maniobrar será totalmente inefectivo. En una esquina o una curva, esto resultará en el fenómeno conocido como subviraje. El efecto opuesto, llamado sobreviraje, sucede cuando la tracción se pierde en las ruedas traseras mientras conduces a través de una curva de la carretera. Sobrevirar puede hacer que las llantas delanteras giren sin control y abandonen la carretera o entran a un carril de tráfico opuesto. Cuando ocurre el subviraje, puede hacer que los conductores se salgan hacia un costado de la carretera. Si alguna vez tienes que lidiar con alguna de estas situaciones, recordar la información de este módulo podría salvarte la vida.

Equilibrio del vehículo

Los próximos tres módulos de esta sección tratan la distribución de peso en las cuatro llantas del vehículo y por qué esto debería importante como conductor. Un equilibrio de vehículo ideal sería la misma cantidad de peso en cada rueda contra la superficie de la carretera. Cuando el peso se va hacia el frente, la parte trasera, la izquierda o la derecha del vehículo, las ruedas con menos peso sufrirán por una tracción disminuida. La condición del vehículo, las maniobras que realices, los ajustes de velocidad y la gravedad determinarán cómo se distribuye el peso a través de las llantas del auto. En este primer módulo sobre equilibrio del vehículo exploraremos estas ideas de forma completa. Aquí tienes un resumen rápido para empezar:

• La aceleración cambiará el peso hacia las ruedas traseras.
• El frenado cambiará el paso hacia las ruedas delanteras.
• Conducir cuesta arriba cambiará el paso hacia las llantas traseras.
• Conducir cuesta abajo cambiará el peso hacia las llantas delanteras.
• Dirigir el volante hacia la izquierda cambiará el peso hacia las ruedas derechas.
• Dirigir el volante hacia la derecha cambiará el peso hacia las ruedas izquierdas.

A medida que tienes más confianza al volante, aprenderás a sentir estos cambios en el equilibrio del vehículo cuando aceleres, bajes la velocidad o lleves a cabo maniobras. Al final, tu objetivo será maximizar la tracción ajustando tu comportamiento de manejo para mantener el vehículo con el mejor equilibrio posible.

Mantener el equilibrio del vehículo

Nuestro próximo módulo cubre los cuatro tipos de desequilibrio de peso que pueden suceder en un vehículo en movimiento. Estos son:

1. Cabeceo hacia adelante: el peso se mueve hacia la parte delantera del vehículo.
2. Cabeceo hacia atrás: el peso se mueve hacia la parte trasera del vehículo.
3. Balanceo: el peso se mueve de un lado del vehículo a otro.
4. Guiñada: el peso gira alrededor del centro de gravedad del vehículo.

A menudo te encontrarás con entornos de manejo que crean cabeceos y balanceos de peso al mismo tiempo. Para mantener el control del vehículo tendrás que predecir y compensar estos cambios de equilibrio con ajustes oportunos y adecuados a la velocidad. También tendrás que asegurarte de que las ruedas estén en buena condición y puedan agarrarse de la superficie de la carretera, ya que los efectos del desequilibrio del vehículo son más difíciles de manejar cuando hay mala tracción.

Equilibrio del vehículo en entornos complejos

Los cambios de equilibrio del vehículo son fáciles de predecir y manejar cuando estás conduciendo en condiciones ideales en una carretera recta y nivelada. En entornos de manejo desafiantes, mantener el equilibrio del vehículo es una tarea un tanto más compleja. Como hemos discutido anteriormente, el centro de gravedad del vehículo (y por tanto, su distribución del peso) se ve influenciado por la gradiente y la forma de la carretera, la superficie del camino, las condiciones climáticas y otros factores del entorno.

Este módulo repasará los escenarios de manejo más comunes, te enseñará a compensar los cambios de peso y a optimizar la tracción. El secreto para ejecutar los ajustes de peso de manera exitosa es darte el tiempo suficiente para planearlos y hacerlos. Como conductor defensivo, debes examinar la carretera adelante constantemente para ver los cambios de gradiente, superficie de carretera y curvas en el camino que afectarán el equilibrio del vehículo.

La física de las colisiones

El módulo científico se completa con una mirada a cómo las fuerzas naturales interactúan y determinan la gravedad de los accidentes de tránsito. Esto es lo que debes saber:

• La cantidad de energía cinética de un objeto determina la fuerza que ejerce y sostiene durante una colisión.
• Al pegar contra un objeto estacionario, la gravedad del accidente estará determinada por qué tan rápido estás viajando y qué tan bien el objeto con el que chocas puede absorber tu energía cinética.
• En una colisión frontal entre dos vehículos, los vehículos más pesados y que se mueven más rápido siempre causan más daños.

Cuando un conductor entiende cómo la energía y la fuerza influyen en la gravedad de los accidentes de tránsito, pueden tomar medidas para minimizar la gravedad de una colisión inminente. Aquí podrás aprender a protegerte en caso de emergencia y familiarizarte con las funciones de seguridad del vehículo.

Trabajar con las fuerzas naturales

Las reglas que rigen el movimiento en nuestro universo no se pueden cambiar, doblar o romper. La gravedad, la resistencia, la inercia, la energía, la fuerza y otros conceptos explicados en este módulo son constantes y, como tales, predecibles. Al comprender cómo tu automóvil se mueve y cómo las fuerzas actúan sobre él, podrás trabajar con las fuerzas naturales para tener el mejor rendimiento de tu vehículo. Ignorar estas leyes hará que controlar tu vehículo sea siempre un camino cuesta arriba… ¡Algunas veces literalmente! Acerca de esto, empecemos con el primer concepto importante: la gravedad.