Cómo se calculan las fuerzas G?
El 29 de abril de 2001, los responsables de CART (Championship Auto Racing Teams) cancelaron una carrera en el Texas Motor Speedway porque los pilotos experimentaron mareos después de tan sólo 10 vueltas. La combinación de altas velocidades y curvas cerradas en el Texas Motor Speedway produce fuerzas de casi 5 Gs en las curvas. Un G es la fuerza de la gravedad de la Tierra: es esta fuerza la que determina cuánto pesamos. A 5 Gs, un conductor experimenta una fuerza equivalente a cinco veces su peso. Por ejemplo, durante un giro de 5 Gs, hay entre 60 y 70 libras de fuerza que tiran de su cabeza hacia un lado. Veamos cómo calcular cuántos Gs ejerce un coche en una curva y cómo estos coches de la Champ pueden mantenerse en la pista bajo tanta fuerza.
Calcular las fuerzas G de los pilotos es en realidad bastante sencillo. Sólo necesitamos saber el radio de las curvas y la velocidad de los coches. Según el Texas Motor Speedway’s Track Facts, las curvas de la pista tienen un radio de 750 pies (229 metros). Durante los entrenamientos, los coches giraban a unas 230 millas por hora (370 kph).
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Cuando un coche da una vuelta, acelera todo el tiempo (por eso, cuando haces un giro en tu propio coche, sientes una fuerza que tira de tu cuerpo hacia el exterior del coche). La cantidad de aceleración es igual a la velocidad del coche al cuadrado dividida por el radio de la curva:
Hagamos números:
- 230 mph son 337 pies por segundo (f/s).
- (337 f/s)2 / 750 pies = aproximadamente 151 f/s2.
- La aceleración debida a la gravedad (1 G) es de 32 f/s2.
- 151 / 32 = 4,74 Gs experimentados por los pilotos.
¿Cómo puede el coche mantenerse en la pista bajo este tipo de fuerza? Es debido a las curvas peraltadas.
El Texas Motor Speedway tiene un peralte de 24 grados en las curvas. El peralte no afecta realmente a la forma en que calculamos las fuerzas G en el conductor, pero sin el peralte los coches nunca podrían tomar una curva tan cerrada a 230 mph. Veamos cómo ayuda la inclinación.
Si un Champ Car intentara hacer una curva plana a 230 mph, se deslizaría fuera de la pista porque no tiene suficiente tracción. La tracción es proporcional a la cantidad de peso en los neumáticos (cuanto más peso, más tracción). Al tomar una curva, parte de las fuerzas G creadas en la misma aumentan el peso sobre los neumáticos, incrementando la tracción. Para calcular qué parte de las Gs consigue añadir peso a los neumáticos, se multiplican las fuerzas G por el seno del grado de banqueo. En nuestro ejemplo:
Así que con un banqueo de 24 grados, 1,93 Gs añaden peso a las ruedas. Además, una parte de los 1 G de la gravedad de la Tierra también pone algo de peso en los neumáticos: 1 G x cos24° = 0,91 Gs. En conjunto, 2,84 Gs (o 2,84 veces el peso del coche) empujan hacia abajo el coche durante el giro, ayudándole a pegarse a la pista.
La aerodinámica del coche también crea una importante fuerza descendente a 230 mph. En un avión, las alas proporcionan elevación. Un Champ Car tiene alerones que son como alas invertidas, que proporcionan lo contrario de la sustentación: fuerza descendente. La carga aerodinámica mantiene el coche pegado a la pista con una presión hacia abajo proporcionada por los alerones delantero y trasero, así como por la propia carrocería. La cantidad de carga aerodinámica es asombrosa: una vez que el coche se desplaza a 200 mph (322 kph), hay suficiente carga aerodinámica en el coche que podría adherirse al techo de un túnel y conducir al revés. En una carrera de calle, la aerodinámica tiene suficiente succión como para levantar las tapas de las alcantarillas. Antes de la carrera, todas las tapas de las alcantarillas se sueldan para evitar que esto ocurra.
Entre la carga aerodinámica y las fuerzas G, más de cuatro veces el peso del coche sujeta los neumáticos a la pista cuando toma una de esas curvas de 24 grados a 230 mph. Este nivel de aceleración es superior al que experimenta la mayoría de la gente. Incluso el transbordador espacial sólo desarrolla 3 Gs cuando despega. Lo que es aún más sorprendente es el tiempo que estos conductores toleran este tipo de fuerza. El Texas Motor Speedway tiene una longitud de 2,4 km: El tramo delantero tiene 686 m (2.250 pies) de longitud, y el trasero 405 m (1.330 pies). A 230 mph (337 f/s), los pilotos tardan unos 6,5 segundos en bajar el tramo delantero, y luego son golpeados por casi 5 Gs de fuerza durante los siguientes 6,5 segundos al dar la vuelta. Sólo tardan unos 4 segundos en llegar a la recta trasera antes de la siguiente curva y otros 6,5 segundos de casi 5 Gs. Si se hubiera celebrado la carrera prevista de 966 km, los pilotos habrían ido y venido entre 5 y casi cero Gs un total de 800 veces.
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