lunes, 18 de abril de 2011

Dirt Riders MTB Merida | Los Misterios Físicos detrás de la Bici!


Por: José Luis Zapata.

Las bicicletas son maravillosas. Uno de los medios de transporte de propulsión humana más eficientes que hay y seguramente también uno de los más usados, la mayoría de la gente sabe andar en bicicleta sin mayor problema, incluso es una habilidad que se puede aprender en cuestión de horas. Aún así hay muchos misterios alrededor del por qué si una bicicleta se mueve a cierta velocidad tiende a mantenerse vertical.

Normalmente cuando usamos una bicicleta poco pensamos acerca de este hecho, pero una de las razones por las que son tan sencillas de usar es precisamente por su estabilidad.

Tratando de explicar esto, un grupo de ingenieros se encargó de investigar la verdad detrás de la física de la bici.

Los investigadores de la universidad de Cornell decidieron poner a prueba las explicaciones más aceptadas, en las que se supone que lo que ayuda a mantener de pie la bicicleta en movimiento son las fuerzas giroscópicas del giro de las ruedas y la posición del eje de dirección.

La mayoría de nosotros hemos visto el comportamiento de un giroscopio y comprobado la estabilidad de una rueda en movimiento, pero ya se han creado bicicletas con ruedas que giren en sentidos opuestos —lo que eliminaría el efecto giroscópico— y se ha comprobado que las bicicletas siguen con las misma tendencia a mantenerse de pie. Sobre el eje de dirección, se dice que el área de la rueda delantera que toca el piso está posicionada detrás de este, lo que agrega estabilidad al diseño clásico de las bicicletas.

Para poner a prueba esto el equipo de ingenieros creó un modelo computacional de una bicicleta y fueron modificando sus características, eventualmente eliminando las características que supuestamente le daban su estabilidad. Para sorpresa de muchos, la bicicleta simulada se seguía manteniendo de pie siempre y cuando se mueva a más de 2.3 metros por segundo —un poco más de 8 kms/hr— . De hecho en alguna de estas simulaciones incluso cambiaron la dirección a la rueda trasera y la estabilidad se seguía manteniendo.

Después de hacer estas simulaciones decidieron poner en práctica la teoría, por eso diseñaron y armaron una bicicleta que se encargara de eliminar estas dos características. Como se predijo, la bicicleta seguía tendiendo a mantenerse estable.

Lo que hasta el día de hoy no nos pueden explicar es por qué todos estos diseños de bicicletas tan distintos tienden a mantenerse en pie. De hecho ellos responden que “no hemos encontrado una explicación física sencilla equivalente al enunciado matemático de que todos los valores propios de los vectores tienen valores negativos”. En otras palabras entienden cómo funciona matemáticamente, pero no físicamente.

Mientras la ciencia discute los fundamentos físicos de este medio de transporte, a nosotros sólo nos queda aprovecharlo. Los invito entonces a que disfrutemos un poco más de uno de los sistemas físicos más misteriosos: la bicicleta. A pedalear se ha dicho.

Tomado de: Alt1040

4 comentarios:

  1. Mi estimado lalo, tampoco hay explicación al hecho que las monociclos se mantienen de pie. EN principio, con formulas pareciera que se resuelve el asunto, pero es muy malo modelar matemáticamente, por que las respuestas son "forzadas" es decir, la respuesta final, puede ser la que queramos que sea, manipulando variables torciendo enunciados y unos cuantos artilugios mas. Yo soy matemático, mi trabajo consiste en hallar el equilibrio de las estructuras, por ello estoy familiarizado con el tema. La bici, no trasgrede ni una ley de física, ni la desafía siquiera. La teoría del giroscopio está bien para explicar a los yoyos o trompos pero no a las birulas, porque para empezar las ruedas apenas giran, es decir, se puede mantener el equilibrio apenas andando a unos centímetros por segundo de velocidad, tan fácil como esto, yo, sin ser cirquero puede manejar ultra despacio incluso detenerme completamente y la bicla no tiende a caérseme. (A las pruebas me remito) así la dinámica va por otro lado, que no esta tan lejos como piensas.
    Numero uno: cuando caminamos, incluso nuestro cuerpo mantiene el balance vertical, moviendo músculos y huesos para compensar el centro instantáneo del cuerpo, así que el equilibrio es un acto casi instintivo y aprendido, así que unas tandas en bici y aprendemos a controlar este balance. Las gallinas y pavos que solo tienen dos patas, logran ese balance, (valga la redundancia) balanceando el pescuezo, por eso ves que cuando caminan parece que están queriendo picar, moviendo la cabeza para adelante y para atrás con cadencia según la velocidad de caminado. El correcaminos nunca podría correr como lo dibujan con la cabeza erguida y sin moverla porque perdería balance.
    2 Siempre he dicho en todos mi comentarios que el que cuenta es el que está sobre la bicicleta, no la bicicleta, así que el principal elemento para mantenerla vertical es el cuerpo humano.
    EL binomio cuerpo bici es lo que mantiene a la bici vertical, no la bici al cuerpo o el cuerpo a la bici. Si lanzas una bicicleta sin pasajero, llegara una velocidad crítica que hará que caiga sola, velocidad que es muy superior a la que se mantiene con una persona sobre ella que la controle.
    3 el ángulo al que está colocada la rueda delantera con respecto a la vertical también crea un efecto "tripie" entre la rueda delantera-rueda trasera y el peso de la bicicleta+ciclista. Si pudieras lanzar una bicicleta en una pista de hielo sin agarre esta tampoco se mantiene en pie sola, aun la lances a buena velocidad, y las ruedas giraran a la misma velocidad a que se desplaza, incluso, sería muy difícil mantenerla vertical aun con alguien muy hábil sobre ella. Por ello se usan clavos en piso de hielo independientemente para dar trazar curvas.
    4 en resumen: el equilibrio lo mantiene el binomio conductor-bici, ayudado muy importantemente por la adherencia al piso. NO creo que los modelos matemáticos puedan simular el movimiento de más de 400 músculos para compensar el balance. La bici no es la que se mantiene de pie sola, es la pareja cuerpo-bici lo que lo hace, practica y más practica para conocer bien nuestro centro instantáneo de gravedad, sobre la bici. Cuando agarramos una curva a gran velocidad por ejemplo, no caemos porque equilibramos el efecto de la fuerza centrifuga inclinando la bici al lado contrario de la fuerza, es decir, con la fuerza "centrípeta" que por instinto (y mucha practica) mantenemos en perfecto equilibrio. Este es el "secreto" de los que manejan bien las curvas con los que no. A ver explícame ¿como es que dos ciclistas con diferentes habilidades pueden hacer una trazadas de curva, con la misma bici, y cae el que tiene menos habilidad? Nuevamente lo repito: EL que cuenta en el binomio, es el que va arriba, no la bici.

    Por Carlos Cárdenas.

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  2. Sip... Muy interesante tu analisis y estoy totalmente de acuerdo contigo... La habilidad del biker es lo importante pues la bici por si sola no tiene ese equilibrio... Saludos.

    Lalo

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