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Cómo funciona un neumático (Parte I) : Las fuerzas a las que es sometido

La pregunta puede parecer ridícula, pero esconde una realidad que muchos clientes desconocen. Hemos oído muchas veces que el neumático es la única parte del coche que está en contacto con el suelo, y es cierto.

La huella que estamos acostumbrados a ver en un neumático no es precisamente una huella como la de un zapato, es una sucesión de huellas a lo largo del tiempo. La verdadera huella que tiene un neumático dura una fracción de segundo cando está en movimiento y mide poco más de un palmo.

Pero antes de entrar en harina, un poquito de física para hacer boca.

¿Qué fuerzas se pueden aplicar a un neumático?

1. Aceleración tangencial o aceleración longitudinal con el sentido de la marcha.

Las aceleraciones longitudinales surgen de la aplicación de un par en el eje de la rueda que se traslada por esfuerzo cortante a través de la llanta y el neumático hasta la superficie de contacto entre éste y el asfalto. Es la aceleración que aumenta o disminuye la velocidad con la que se desplaza un vehículo.

fuerza tangencial aplicada a un neumatico

Está generada por una fuerza que depende de varios factores. Depende el “par”o “momento” de fuerza que es capaz de aplicar la transmisión en el eje de la rueda.

Esa fuerza es el resultado de dividir el par por la distancia entre eje de giro y punto de aplicación (huella): Fuerza aplicada= Par/Brazo.

Pero también depende de la resistencia por rozamiento que puede realizar el asfalto en sentido contrario. En función de que sea mayor o menor, obtendremos un comportamiento u otro pero siempre existe, ya que una rueda que gira en el aire no es capaz de transmitir ninguna fuerza al neumático, y si no hay fuerza, no hay carretera y posiblemente nuestro coche esté volando hacia algún sitio no deseado.

Esa fuerza de rozamiento depende del peso que el vehículo aplica sobre cada rueda así como por el coeficiente de rozamiento de la goma del neumático y del propio asfalto:

Fuerza de rozamiento = Peso x Coeficiente de rozamiento.

Dado que el coeficiente de rozamiento depende del material, en este caso de la calidad del compuesto del neumático y del asfalto, a mayor calidad, más rozamiento y a más peso del vehículo, más rozamiento. Aquí hay quien dirá, “por eso los coches más pesados son más seguros porque tienen más rozamiento”, y a esos hay que contestarle, sí, pero como son más pesados tienen mucha más masa que frenar, girar y acelerar y por tanto esa fuerza de rozamiento será proporcionalmente menor que en un coche más ligero.

Así que tenemos dos fuerzas aplicadas en el mismo punto y de sentido contrario. Si la fuerza aplicada por el motor es menor que la fuerza de rozamiento, la rueda empezará a moverse o si estaba ya en movimiento se acelerará hacia delante. Si la fuerza aplicada es mayor que la de rozamiento, el neumático deslizará sobre el asfalto.

Pero qué pasa cuando la fuerza que aplicamos es de frenado. Ocurre exactamente lo mismo, si la fuerza de frenado es menor que la de rozamiento la rueda decelerará hasta pararse, y si es mayor, se bloqueará y volverá a aparecer el deslizamiento.

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2. Aceleración Normal o perpendicular al sentido de la marcha.

Si la aceleración tangencial es la que permite acelerar o frenar, la aceleración normal es la que permite el giro. Lo que alguna gente llama “aceleración o fuerza centrípeta” y que el resto de la gente llama “centrífuga” y que no existe, por cierto.

fuerzas normales aplicadas un neumatico

Se llama “Normal” al vector perpendicular un plano, en nuestro caso el plano es el paralelo a los flancos del neumático y el vector, por lo tanto perpendicular a dirección en la que se mueve el vehículo.

La Aceleración Normal mide el cambio de dirección de la velocidad. Es un vector dirigido hacia el centro de la curva y su magnitud depende de la velocidad a la que nos movemos y del radio de la misma (o dicho de otra manera, del ángulo con el que tenemos girado el volante).

¿Esto qué quiere decir? pues que cuanto más velocidad y más cerrada sea la curva que estamos trazando mayor será la fuerza que debemos generar hacia dentro para mantener la trayectoria.

Una vez más, si esta fuerza es menor que la fuerza de rozamiento del neumático se mantendrá la trayectoria de giro, si la fuerza es mayor, no podremos seguir manteniendo el giro y haremos lo que tienden a hacer los objetos cuando se empeñan en seguir la primera ley de newton: hacer un recto.

fuerzas aplicadas a un neumatico

La resultante de fuerzas

Tenemos entonces un vector que (por simplificar) apunta hacia delante o hacia atrás y otro vector que apunta hacia derecha o izquierda y los dos se aplican en el mismo punto del centro de la huella del neumático.

La suma de esos dos vectores o “Resultante” nos indica hacia dónde quiere ir la rueda. y tiene dos características, la dirección (hacia dónde apunta) y el módulo (con que magnitud).

Así cuando entramos frenando en una curva a izquierdas la dirección del vector resultante apuntará hacia delante y hacia la derecha, cuando aceleramos a la salida de un semáforo apuntará hacia atrás y cuando giramos sin variar la velocidad hacia la derecha apuntará totalmente hacia la izquierda.

Ya sabemos las direcciones que puede tomar el vector, pero ¿Cual es el módulo máximo que puede alcanzar? Pues tal y como os lo apuntaba antes, el máximo antes de que el neumático deslice y coincide precisamente con la fuerza de rozamiento que sea capaz de proporcionar cada rueda en cada momento.

Serie “Cómo funciona un neumático”:

Parte I: Las fuerzas a las que es sometido
Parte II: La Huella
Parte III: La escultura

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