Centro de gravedad
¿Por qué se vuelcan las cosas altas?
Pensar en el centro de gravedad nos ayuda a responder a preguntas como ésta. Ponte de pie y trata de inclinarte hacia un lado. Rápidamente llegarás a un punto en el que sentirás que todo tu cuerpo está a punto de caerse. En realidad no te mueves, sino que giras sobre tus tobillos. La cabeza se mueve más rápido que las rodillas. De hecho, todo tu cuerpo gira alrededor de tus tobillos como una rueda. Podrías pensar que la gravedad es algo que tira de las cosas hacia abajo, pero aquí te hace girar en círculo. Cuanto más alto seas, más girarás porque todo tu cuerpo está actuando como una palanca, ayudando a la fuerza de la gravedad a girarte.
Para ver cómo funciona, intenta abrir una puerta empujando el pomo con un dedo. Es fácil, ¿verdad? Cuando una fuerza empuja algo que puede pivotar libremente (como una puerta en sus bisagras), esa cosa girará en lugar de moverse. Ahora intenta abrir la misma puerta empujando con un dedo cerca de la bisagra. Esta vez es mucho más difícil. Cuanto más corta sea la distancia entre la fuerza y el punto de giro, más difícil será que la fuerza haga girar algo. Las puertas más anchas son más fáciles de abrir que las más estrechas porque toda la puerta actúa como una palanca, multiplicando la fuerza que se ejerce al empujar la manilla. De la misma manera, es mucho más fácil hacer que algo alto se vuelque que algo cercano al suelo.
Trabajo: Cómo encontrar el centro de gravedad de un objeto: 1) Cuelga el objeto de un punto de su borde y girará hasta que su centro de gravedad esté directamente debajo de ese punto. Cuelga una plomada (un peso en una cuerda) del mismo punto. Dibuja una línea paralela a la cuerda (amarilla). 2) Ahora escoge otro punto del borde y repite el proceso. Dibuja otra línea paralela a la cuerda (verde). 3) El centro de gravedad del objeto es el punto en el que se unen las dos líneas.
¿Por qué la gravedad hace que tu cuerpo se vuelque?
Imagina que tu cuerpo no es una masa única y sólida, sino un enorme saco de patatas en posición vertical. La gravedad tira de todo el saco, pero también actúa sobre cada patata por separado, tirando de cada una hacia abajo. Cuando te inclinas hacia un lado, las «patatas» de la parte superior de tu cuerpo funcionan como una palanca, haciendo que tu mitad superior gire y se incline sobre tus tobillos. Cuanto más te inclines, mayor será el efecto de palanca en la parte superior de tu cuerpo y más probable será que te caigas.
Hay otra forma de pensar en tu peso. Sí, tu cuerpo es un poco como un saco de patatas. Pero también es un poco como una patata gigante, que pesa tanto como tú y se concentra en un punto infinitamente pequeño, en algún lugar de tu centro, más o menos donde está tu estómago. Este es tu centro de gravedad personal. Mientras tu centro de gravedad esté más o menos por encima de tus pies, tu cuerpo siempre estará equilibrado y no volcarás. Pero si empiezas a inclinarte hacia un lado, todo cambia. La cabeza es una de las partes más pesadas del cuerpo, como una patata gigante situada justo encima. Si te inclinas hacia la izquierda, tu centro de gravedad ya no está directamente sobre el punto medio de tus pies. La gravedad hace que todo tu cuerpo gire en torno a tus tobillos como un dedo que empuja el pomo de una puerta.
Trabajo artístico: Mientras tu centro de gravedad (estrella amarilla) se mantenga aproximadamente por encima del punto medio entre los pies, te mantienes erguido incluso durante movimientos complejos como caminar o bailar. Pero si mueves la parte superior de tu cuerpo demasiado en una dirección, crearás una fuerza de giro (verde) que tenderá a hacerte girar. Para mantenerte erguido, tendrás que mover otra parte de tu cuerpo y crear una fuerza de equilibrio (flecha amarilla) para anular la fuerza de giro original.
¿Cuál es la mejor manera de equilibrarse?
Cuanto más bajo sea tu centro de gravedad, más fácil será mantener el equilibrio.Si estás sentado en una silla, puedes inclinarte más que si estás de pie. Si estás sentado en una silla, puedes inclinarte más que si estás de pie. Con el centro de gravedad bajo, puedes inclinarte más hacia un lado o hacia el otro sin crear suficiente fuerza de giro como para volcar. Por eso los coches de carreras (y los vehículos militares, como los Humvees) se diseñan con centros de gravedad muy bajos: cuanto más bajos estén al suelo, menor será el riesgo de que vuelquen, independientemente de la velocidad a la que vayan.
Foto: 1: El Humvee del Ejército de los EE.UU. (Vehículo de ruedas multiuso de alta movilidad o HMMWV) tiene un centro de gravedad bajo, por lo que puede tomar las curvas a gran velocidad, en terrenos difíciles, con mucho menos riesgo de volcar.2El simulador HEAT (HMMWV Egress Assistance Trainer), que hace girar una maqueta del habitáculo del Hummer para que los soldados puedan practicar la salida en diversas condiciones, incluso bajo el agua, es una buena herramienta para entrenar a los soldados a escapar de un Hummer volcado.Foto del Hummer por el sargento Alex Snyder, foto del HEAT por el sargento Travis Zielinski, ambas por cortesía del Ejército de los Estados Unidos.
Los equilibristas utilizan un truco ligeramente diferente para dominar su centro de gravedad. Si alguna vez has observado a un equilibrista, te habrás dado cuenta de que nunca se limitan a caminar por la cuerda. Algunos estiran los brazos o llevan un palo largo o un paraguas. Otros se agachan o doblan las rodillas. Otros van en bicicleta con pesas colgando por debajo. Estas ayudas para el equilibrio ayudan a los caminantes de cuerda floja a controlar mejor su centro de gravedad. Si pueden mantener su centro de gravedad directamente sobre la cuerda en todo momento, nunca se caerán. Si comienzan a moverse hacia un lado, una fuerza de giro comenzará a derribarlos en esa dirección. Así que tienen que mover rápidamente parte de su cuerpo hacia el otro lado para hacer una fuerza de giro en la dirección opuesta y restaurar su equilibrio.
Foto: Es fácil caerse de una bicicleta normal, donde tu peso se equilibra en una rueda muy delgada e incluso los pequeños movimientos de lado a lado pueden hacerte caer. Es casi imposible caerse de una bicicleta reclinada (una como ésta, en la que te tumbas hacia atrás), porque tu centro de gravedad está casi al nivel del suelo.Foto de Charles M. Bailey por cortesía del Ejército de EE.UU.
La inercia (la tendencia que tienen los objetos inmóviles a permanecer quietos y los objetos en movimiento a seguir moviéndose) también ayuda. Un equilibrista pesa bastante. Eso significa que tiene una cierta inercia y que su cuerpo tarda bastante tiempo en moverse hacia un lado u otro. Si sienten que se inclinan, tienen tiempo suficiente para mover otra parte de su cuerpo (o un palo o paraguas que lleven) hacia el otro lado. Eso produce una fuerza de inclinación en la dirección opuesta que los mantiene en equilibrio. Si observamos a un equilibrista que está momentáneamente inmóvil, podríamos pensar que no actúa ninguna fuerza, pero nos equivocamos. La gravedad que actúa sobre el brazo izquierdo del equilibrista intentará que se incline hacia la izquierda, mientras que el peso de su brazo derecho lo hará hacia la derecha. El caminante se mantiene perfectamente erguido, perfectamente inmóvil cuando todas las diferentes fuerzas de giro están exactamente equilibradas y se anulan unas a otras.
¿Cómo ayuda saber sobre el centro de gravedad?
Foto: Los osos a veces caminan sobre sus patas traseras, pero es más rápido, más fácil y más seguro caminar a cuatro patas, porque tienen un centro de gravedad más bajo y no pueden volcarse.Imagen de Erich Regehr, cortesía del Servicio de Pesca de EE.UU. &Servicio de Vida Silvestre.
Si eres un escéptico, puede que pienses que la ciencia está llena de datos inútiles que nunca necesitas conocer, pero el centro de gravedad no es uno de ellos. El invierno pasado, el carril donde vivo se congeló por completo y se convirtió en una capa de hielo. ¿Cuál es la mejor manera de caminar por una calle congelada? Suponiendo que no tengas botas de montaña, la forma más segura de hacerlo es ponerse a cuatro patas y arrastrarse, como un oso polar, sobre las manos y las rodillas. Puede que te mojes o te ensucies, pero no te caerás ni te romperás el cuello. Si haces que tu centro de gravedad sea muy bajo, es imposible que te caigas.
Foto: Centro de gravedad bajo: la técnica de salto de altura llamada Fosbury Flop, que se muestra aquí, funciona manteniendo tu centro de gravedad tan bajo que pasa por debajo de la barra. Foto de Matthew L. Romano, cortesía de la Marina de los Estados Unidos.
Pensar en el centro de gravedad también es clave para practicar muchos deportes con eficacia. Cualquier cosa que implique equilibrio -prácticamente todos los deportes, desde el patinaje artístico hasta el surf- implica pensar en dónde está tu peso y cómo moverlo rápidamente sin usar demasiada energía o perder el control. ¿Te has dado cuenta de cómo los tenistas colocan los pies muy separados? ¿Y cómo los saltadores de altura hacen cosas raras curvando sus cuerpos hacia arriba y alrededor del poste? Todo eso se basa en la comprensión del centro de gravedad y en su uso práctico.
