[TEORÍA 1 de 4] ¿CÓMO LA FÍSICA EXPLICA EL FUNCIONAMIENTO DE LOS COCHES?

Tema en 'Foro General BMW' iniciado por pacix, 8 Ene 2007.

  1. pacix

    pacix Clan Leader

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    Bueno, pues ante todo, perdón por el tocho que os voy a soltar.

    Llevaba tiempo pensando en hacer unos capitulillos teóricos para explicar algunos conceptos sencillos y que quedan más o menos claros y de paso, que la gente tenga cierta base para poder discernir que Lobato (y todos los de Tele5 en general) meten la pata hasta el fondo en muchas ocasiones.
    He organizado 4 entregas (esta es la primera) para explicar cómo funciona un F1, que ecuaciones explican su modo de funcionamiento y conducción, también veremos las diferencias con un WRC, hablaremos de PAR y POTENCIA, de cajas de cambios y de otras cosillas.


    Espero que os parezca interesante.


    INTRODUCCIÓN: ¿QUÉ ES UN F1?

    Un F1 es un vehículo que debe ser diseñado (dentro de unas normas) para transportar a un único individuo, de tal manera que el binomio hombre-máquina invierta el menor tiempo posible para recorrer un circuito. Desde luego nada puede conseguir la máquina sin el hombre y nada puede hacer el hombre sin la máquina; pero está claro que el vehículo puede ayudar a compensar las "deficiencias" del piloto, y viceversa.

    Todos los pilotos utilizan una técnica de pilotaje que tiene un trasfondo idéntico, o lo que es lo mismo: todos los pilotos someten al vehículo a unas condiciones dinámicas "idénticas" en cada punto del circuito. El diseño básico del coche debe realizarse basándose en esto.
    Un ejemplo: ¿os habéis fijado alguna vez en las carreras NASCAR americanas en ovales? Si prestáis atención veréis que estos vehículos escapan absolutamente al control del piloto bajo ángulos de sobreviraje muy pequeños (es decir una vez se cruzan un poquito). La razón es sencilla: estos coches están diseñados para girar siempre en un determinado tipo de curva (rápida, a izquierdas y con peralte) lo que conlleva a un diseño absolutamente asimétrico del coche. Esa asimetría es lo mejor que podemos hacer para rodar en un oval, pero hace el vehículo incontrolable bajo otras condiciones dinámicas (cuando se cruza por ejemplo). Es decir: es perfecto para los ovales, pero es nefasto para un circuito rutero. Pues bien: las condiciones dinámicas bajo las que se mueve un F1 son, desde luego, más complejas que las de un NASCAR, pero la idea sobre la que se diseña es la misma: máxima velocidad bajo unas determinadas condiciones dinámicas (condiciones que dependen del diseño del propio vehículo y de la actuación del piloto).

    Hemos dicho que la técnica de pilotaje es muy parecida para todos los pilotos en el fondo. Pero en la búsqueda del "más allá" (de superar los límites del vehículo), los estilos empiezan a diferir notablemente. De la adaptación de la máquina a esas condiciones a las que la somete cada piloto se encarga la puesta a punto.


    Entonces:
    1) Un F1 está diseñado para conseguir ser lo más rápido posible bajo unas determinadas condiciones dinámicas.
    2) Condiciones que son de muy diversa índole en los clásicos circuitos ruteros: el coche debe frenar, girar y acelerar a diferentes velocidades, a derecha e izquierda, en peralte o contraperalte, etc...
    3) El coche tiene un comportamiento muy diferente bajo esas diferentes solicitaciones dinámicas: está claro que la situación del vehículo es totalmente diferente bajo una aceleración longitudinal positiva (acelerando) o negativa (frenando); y ambas difieren a su vez de la situación cuando gira (aceleración lateral) tanto hacia a un lado como a otro. Y lo que sería un buen diseño para acelerar (que sería el diseño de un dragster), no lo es (en absoluto) para frenar, ni para girar; etc... Es lo mismo que os contaba de los NASCAR.
    Por eso el F1 tiene un diseño de compromiso. Es decir un F1 no es el "coche más rápido del mundo", sino que es el coche más rápido del mundo para correr en los circuitos en los que corre. No dudéis de que sería posible diseñar un F1 mucho más rápido que los actuales para correr en un oval o para Mónaco. Pero como debe correr en muy diferentes circuitos, el diseño es de compromiso.
    4) No hay dos circuitos iguales. Por esto los "defectos" de diseño (habría que decir, más bien, las carencias) se rectifican con un buen setup. Un ejemplo: el circuito de Montmeló tiene 5 curvas a izquierdas (de las que 2 casi ni son curvas) y 8 a derechas (de las cuales 3 son importantísimas porque desembocan en una larga recta). Un reglaje ligeramente asimétrico es más que probable: sacrificando estabilidad en las curvas a izquierdas, para ganarla en las curvas a derechas.
    5) Setup (o puesta a punto) que también busca adaptar el coche al estilo del piloto.
    En resumen:
    Un F1 tiene un diseño base (excelente a buen seguro) que le permite conseguir el objetivo buscado, que no es otro que ser el más rápido en TODOS los circuitos en los que corre. Como los circuitos son diferentes el diseño base se adapta a cada circuito mediante la puesta a punto. Setup que también debe buscar la excelencia en según que condiciones se encuentre el circuito: seco, húmedo, lluvia, temperatura, carrera, calificación, etc... Al mismo tiempo el setup debe adaptarse al estilo del piloto (está claro que el piloto es el que lo hace correr).


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  2. pacix

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    CAPÍTULO Nº1: ¿POR QUÉ Y CUÁNTO CORRE UN F1?
    Nos apoyaremos en dos ecuaciones físicas muy básicas y sencillas para hacernos una buena idea cualitativa de PORQUÉ corre lo que corre un F1. Las ecuaciones son las siguientes:
    1. F = m a , que indica que un cuerpo de masa "m" adquiere una aceleración "a" bajo una fuerza "F".
    2. R = µ N , que expresa la relación entre la fuerza de rozamiento "R" y la carga vertical "N" que soporta un elemento. El valor de esa relación es el coeficiente de adherencia "µ".
    La aplicación de las ecuaciones (i) y (ii) a un vehículo en marcha se debería hacer bajo la siguiente perspectiva:
    Un coche de masa "m" sometido a una aceleración "a" (que puede ser tanto longitudinal, acelerando o frenando, como lateral, o sea girando) sufre el efecto de una fuerza "F". Esa fuerza debe ser equilibrada por la adherencia que proporcionan los neumáticos, que viene expresada por la segunda ecuación; es decir:

    F = R

    Cierto es que en realidad la dinámica del vehículo es notablemente más compleja, pero esto nos valdrá para hacernos una buena idea. Al grano: entonces ¿por qué corre tanto un F1? pues básicamente por tres motivos:
    1. Porque pesa muy poco: el peso mínimo de un F1 es de 600kg. Es decir que generando fuerzas "F" (o "R") de pequeño valor, el coche adquiere altas aceleraciones (ecuación (i)).
    2. Pero es que además un F1 puede generar altísimas fuerzas "F" debido a que dispone de una adherencia "R" simplemente alucinante. Es decir es capaz de avanzar en equilibrio bajo aceleraciones "a" altísimas. Y esa altísima adherencia se obtiene por dos motivos básicos:
      • porque va calzado con unos neumáticos con un coeficiente de adherencia altísimo: hablamos de µ > 2.1. Una auténtica pasada comparados con los µ < 1.2 de los neumáticos hiperdeportivos de modelos de calle, o los µ = 0.9-1.0 de los neumáticos que nosotros usamos en nuestros coches.
      • y además disponen de una altísima carga aerodinámica (downforce). Esta carga aerodinámica aplasta el coche contra el suelo: es decir aumenta el peso del coche sin aumentar la masa del mismo. O lo que es lo mismo: aumenta la "N" de la ecuación (ii) sin que aumente la "m" de la ecuación (i). Por lo que el equilibrio:
    F = R

    m a = µ N



    se obtiene para valores de aceleración "a" altísimos.
    1. En una palabra: la downforce aumenta el peso del coche, pero con unos kilos que no tienen inercia (no hay que acelerarlos, ni frenarlos, ni hacerlos girar). Puede resultar paradójico bajo la perspectiva que usamos para "entender" los coches de calle, pero sería posible ver como un F1 (aunque no creo que se de el caso en ningún circuito del mundial actual) pasa a 280km/h por un giro por el que no puede pasar a 160km/h: como la downforce aumenta a medida que aumenta la velocidad, la aceleración alcanzable por el vehículo en equilibrio aumenta a medida que aumenta la velocidad.
    2. Y además un F1 dispone de las condiciones para aprovechar esa adherencia (o lo que es lo mismo es capaz de generar altísimos valores de "F"):
      • dispone de un motor simplemente brutal: 850cv a 18500rpm (o tal vez más) los mejores.
      • dispone de un equipo de frenos con una capacidad de retención bestial: capaces de generar pares de frenado de más de 2300mkg (comparadlo con los, aproximadamente, 230mkg de tracción que como máximo proporciona el motor de un F1 en la rueda en primera velocidad, o con los 125mkg de retención máxima que proporciona el motor en las ruedas).
      • y dispone de unos neumáticos capaces de soportar esos enormes esfuerzos manteniendo sus propiedades.
    Tratemos pues ahora de ver CUANTO corre un F1. Y para poder hacernos una mejor idea lo compararemos con el vehículo más extremo matriculable: el Porsche Carrera GT (560cv, 1250kg, frenos de carbono,...). Antes de nada observemos la siguiente gráfica donde se aprecia la adherencia (aceleración) disponible (alcanzable) a diferentes velocidades:

    Y ahora comparemos el F1 con el Porsche en diferentes situaciones (las prestaciones del F1 dependerán de la configuración aerodinámica, pero escogemos un setup típico de circuito de media velocidad):
    1. ACELERACIÓN:
    COCHE 0-100 100-200​

    F1: 2,8" 2,7"​

    Porsche: 3,9" 5,9"​

    1. Observad que el F1 acelera mejor los 100km/h que hay entre 100 y 200 que los que hay de 0 a 100. Ello se debe a que a baja velocidad la adherencia de que dispone es menor que el empuje que el motor es capaz de proporcionar (que ronda puntas capaz de proporcionar al F1 aceleraciones de 2G's (el doble que una frenada a fondo de un coche de calle); fijaros en el gráfico: a baja velocidad no dispone de adherencia para equilibrar 2G's). Es decir no estamos en disposición de aprovechar todo el empuje que el motor es capaz de proporcionar. A medida que la velocidad crece el problema de tracción va desapareciendo: ya que el par de tracción que llega a las ruedas disminuye (a medida que se engranan marchas más altas) al tiempo que el downforce aumenta la adherencia.
    2. Tal vez más representativo sea comparar la aceleración de 0-1000metros con salida parada:
      • F1: 0-1000m en 14" lo que equivale a casi 260km/h de velocidad media saliendo de parado (!!) en esos 1000 primeros metros.
      • Porsche: 0-1000m en 22" a una velocidad media de unos 170km/h.
      • y para hacernos una mejor idea añadimos un coche que todos conocemos el Ibiza 1.8T: 0-1000m en 28" a unos 130km/h de media.
    1. FRENADA:
    Comparemos la frenada a alta velocidad: de 300 a 100km/h
      • El F1: en unos 2.5", en un espacio de unos 115 metros; con una potencia equivalente de unos 2700cv (!!)
      • El Porsche: en unos 5.5", en un espacio de unos 310 metros (!), disipando una potencia de unos 950cv.
      • Nada comparable con los 400cv de potencia de frenado de un Ibiza como del que hablábamos antes.
    1. GIRO:
      • Donde un F1 gira a 80km/h el Porsche dificilmente girará más allá de los 65km/h. Como curiosidad señalar que un WRC podría pasar a (mucho) más de 100km/h por ese mismo giro.
      • Donde un F1 gira a 180km/h el Porsche difícilmente pasará a más de 120km/h.
      • Donde un F1 vira a 280km/h el Porsche lo pasará (muy) mal para girar a 150km/h.
    Realmente no estamos diciendo nada nuevo: las diferencias son tanto más grandes cuanto mayor es la velocidad.

    1. VELOCIDAD MÁXIMA:
      • El F1 con una configuración como la que venimos hablando se estancará en unos 330-340km/h (con una mínima carga aerodinámica unos 390-400km/h están a su alcance).
      • Para el Porsche GT anuncian una velocidad máxima de unos 335km/h.
    Observamos como el Porsche alcanza la misma velocidad máxima con una potencia mucho menor: la razón es tan simple como que posee un coeficiente de penetración aerodinámico (Cx) mucho mejor: un Cx = 0.40 (más o menos) frente al Cx = 1.0 (más o menos) del F1.

    En resumen: un F1 corre una auténtica pasada.




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  3. pacix

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    CAPÍTULO Nº2: ¿QUÉ MODIFICACIONES HABRÍA QUE REALIZAR PARA FACILITAR LOS ADELANTAMIENTOS?
    Vaya por delante que para que se puedan ver adelantamientos debe haber igualdad entre los coches, y para ello es necesario una gran estabilidad del reglamento. Es decir: cualquier cambio favorece a los equipos grandes y más capaces, por lo que ante cualquier modificación notable de reglamento lo más probable es que equipos como Ferrari, McLaren y Williams salgan beneficiados porque serán capaces de llegar al límite del nuevo reglamento (o lo que es lo mismo: adaptar el diseño del vehículo a las nuevas condiciones) antes que todos los demás, por lo que lo principal, que es conseguir igualdad, se habrá ido al garete. Es la situación que vivimos en el último cambio importante de reglamento (cuando las gomas con rayitas): McLaren (y Bridgestone) fueron los primeros en reaccionar: y en las primeras carreras doblaban (!) a todos en carrera. Ahora (con cuatro años de reglamento invariable en el fondo) todos los equipos están mucho más igualados.

    Teniendo esto en mente, se pueden proponer algunos pequeños (o grandes) cambios que podrían facilitar los adelantamientos (sobre todo a medio plazo): en mi opinión el "problema" de los F1 actuales es que corren demasiado a alta velocidad (recordad el capítulo anterior) y por eso considero necesario "reducir" (ya entendereis porqué lo entrecomillo) su capacidad para correr a esas altísimas velocidades. Vamos a concretar un poco más:
    1. Más que un problema de exceso de velocidad de paso por curva rápida, tendríamos que hablar de un problema de cómo se consigue esa velocidad de paso por curva: como ya quedó dicho en el capítulo anterior las altísimas aceleraciones que se consiguen a alta velocidad se deben (mayoritariamente) a una altísima carga aerodinámica. El problema de esos "kilos aerodinámicos" es que no están bajo el "control" del piloto. Me explico: un coche está apoyado sobre (esperamos) cuatro puntos que son los cuatro neumáticos. La adherencia (o fuerza de rozamiento) que proporciona cada uno de ellos, recordando lo que ya expusimos en el anterior capítulo, es:
    R = µ N

    y la suma de las cuatro R's (una por cada neumático) es la adherencia de que dispone el piloto. Pues bien la "N" (carga vertical o peso) que descansa/soporta cada uno de los neumáticos es la suma de dos componentes:
      • Una componente gravitatoria: es decir una porción del peso que proporciona la masa del vehículo
      • Y una componente aerodinámica: que son los kilos que proporcionan los alerones.
    La carga aerodinámica que soporta cada neumático es (prácticamente) invariable (a velocidad constante), pero no así los kilos gravitatorios: es decir con los kilos gravitatorios el piloto puede "hacer lo que le de la gana": puede aumentar la adherencia de una rueda (llevando peso, "N", hacia ella) a costa de disminuir la de otra, como más le convenga. Todo ello, por supuesto, dentro de unos determinados límites. El "baile" de esos kilos son las llamadas transferencias de peso (a las que dedicaremos un capítulo específico). Esto es la base del pilotaje: las ruedas no tienen una adherencia constante y única, sino que tienen la que el piloto "quiera" que tengan (dentro de unos límites insisto). La mejor manera de observar esto es apreciar la técnica de pilotaje que usan los buenos pilotos de rallye, donde por ejemplo, inducen balanceos a un lado y a otro para en el momento que ellos deciden y que necesitan, la rueda que ellos quieren esté sobrecargada (y con alta adherencia) a costa de la adherencia de las demás: de esta manera consiguen hacer girar el coche de una manera que roza lo físicamente imposible.

    A lo que íbamos: esto se puede realizar con los kilos gravitatorios pero no con los aerodinámicos. Es decir que con el actual reglamento de F1 en las curvas rápidas el piloto poco más puede hacer que buscar la línea ideal y seguirla, ya que carece de capacidad de improvisación, debido a que los "kilos aerodinámicos" son muchos más que los "kilos gravitatorios" que son los que le permitirían hacer diabluras.

    Solución a este problema:
      • disminuir la carga aerodinámica del vehículo (por ejemplo limitando el alerón trasero a un monoplano o aumentando la altura a la que va el alerón delantero)
      • volver a los neumáticos slick
    ¿Por qué? Reduciendo la downforce reducimos la Nde la adherencia de que dispone el vehículo (R=µN) al tiempo que usando neumáticos slicks (lisos, sin rayitas) aumentamos la µ (rozamiento) de la misma formula (no sería descabellado pasar de µ = 2.1 actuales a µ = 2.5). Es decir: reducimos N (al reducir la downforce) pero aumentamos la µ (al usar slicks). De esta manera el paso por curva rápida no se vería drásticamente reducido (en el producto R=µN, la reducción de N estaría en parte compensada por el aumento de µ) al tiempo que los "kilos gravitatorios" tendrían una (mucho) mayor influencia: por lo que la capacidad de improvisación del piloto se vería notablemente incrementada: cambiar la trayectoria sería más fácil: el adelantamiento a alta velocidad también. Al mismo tiempo, al depender menos de los "kilos aerodinámicos", dos coches podrían rodar uno más cerca de otro sin que su adherencia se viese drásticamente reducida (que es lo que pasa ahora: es prácticamente imposible rodar en el rebufo del coche que te precede porque sus turbulencias y su rebufo te dejan sin carga aerodinámica).
    1. Al usar neumáticos slick y reducir el downforce la velocidad de paso por curva lenta también se mejoraría. En los actuales F1 la adherencia a baja velocidad es muy (muy) precaria por dos razones fundamentales:
      • Las ruedas con rayitas
      • La importancia de la carga aerodinámica en las curvas rápidas
    Recordad lo que os dije en el primer capítulo: un F1 es una solución de compromiso. Una buena suspensión para aprovechar la carga aerodinámica a alta velocidad es lo peor que hay para pasar por las curvas lentas. Como el tiempo que se gana en las curvas rápidas bajo el reglamento actual es mucho mayor que el que se pierde en las lentas, está claro que el compromiso en este caso favorece el paso por curvas rápidas a costa del paso por las lentas.
    Y esto es un buen problema: actualmente la adherencia en las curvas lentas es tan "baja" que muchas veces el F1 sólo puede pasar por esas curvas, viéndose el piloto incapacitado para atacar en ellas. Los cambios propuestos ayudarían a mejorar la situación. También mejoraría la adherencia en las curvas el aumento de la vía ("ancho") del coche: pero es una solución que a mí no me acaba de convencer por dos razones: coches más anchos dificultan los adelantamientos (por la simple razón de que deja menos sitio para que el de atrás pase) y reducen la capacidad que el piloto tiene para "mover" los kilos según le convenga como antes os contaba.
    1. Aumentar las distancias de frenado: el razonamiento es simple: si para adelantar a un coche tienes que ganarle 5 metros en una frenada, será notablemente más sencillo ganarlos en una frenada de 100 metros que en una de 50. El uso de discos de acero podría ser una buena solución, por dos motivos fundamentales:
      • Primero porque tienen un tacto mucho más fácil: es decir apurar la frenada con unos discos de acero es notablemente más sencillo que con unos de carbono. Pedro de la Rosa ha reiterado en repetidas ocasiones que es muy difícil para los pilotos exprimir los discos de carbono y que solo los grandes (Schumi y Alonso) sacan realmente partido de sus ventajas.
      • Segundo porque alargaría notablemente las distancias de frenado sobre todo a alta velocidad (me refiero al intervalo entre 360 y 200km/h), que es lo que buscamos. Los F1 actuales con sus frenos de carbono tienen el problema de que es imposible atacar en frenadas a esas velocidades, precisamente por la impresionante capacidad de frenado que poseen a esa alta velocidad. Con los frenos de acero (y sobre todo una vez reducida la downforce) sería posible ver adelantamientos en frenadas rápidas (por ejemplo entre la penúltima y última curvas del circuito de Montmeló), manteniendo los que se pueden ver actualmente en aquellas que acaban a baja velocidad (a final de recta de Montmeló, por ejemplo).
    2. En la misma línea se podría pensar en aumentar el peso del vehículo (con un 10% sería más que suficiente): esto permitiría aumentar la distancias de frenado y aumentaría los kilos "gravitatorios" de los que hablábamos antes y que tanto nos convienen. Además un coche más pesado es menos direccional: es decir es más lento de reacciones, perdona más errores, permite mayores correcciones, etc... lo que favorecería el control del vehículo por parte del piloto (o lo que es lo mismo: atacar). Este es uno de los principales problemas con los que se encuentran los pilotos que vienen de la CART a la F1: los coches europeos son muchísimo más direccionales, entre otras cosas porque son muchísimo más ligeros, lo que obliga a un pilotaje mucho más preciso, menos "agresivo" (o más fino), a cometer menos errores, a correcciones mucho más rápidas y precisas, etc... El problema de esos kilos de más es que reduce en mayor medida el paso por curva lenta que por curva rápida. A su favor decir que, tal vez, sería el cambio a realizar que menos diferencias de tiempo de reacción (de rediseño) provocaría entre los equipos grandes y pequeños.
    3. Desde luego controles de tracción, ABS's, ESP's y demás nunca deberían (volver a) aparecer en juego: lo único que consiguen es disimular "carencias" del piloto, es decir evitan errores: y si todos rodaran perfectos los adelantamientos serían imposibles (cuando un piloto pasa a otro en una frenada no es sólo porque haya frenado "mejor", sino que se ha acercado más a la perfección que el contrario, que, tal vez, a cometido un pequeño "error"). Una excepción, en mi opinión, son los cambios secuenciales actuales (a los que quitaría, eso sí, la función semiautomática que tienen): permiten al piloto "olvidarse" de algo tan "tonto" como actuar sobre la caja de cambios: lo que favorece su concentración en la pista y en los puntos de ataque. Es decir es fundamental permitir al piloto que realice su trabajo: que es pilotar y no conducir.
    4. Y esto ya es filosofía pura: ¿por qué sólo puntúan los 6 primeros? un reglamento que otorgara puntos a, por ejemplo, los 10 primeros, favorecería (creo yo) la "lucha" en los puestos de atrás, que es, precisamente, donde más igualdad técnica existe.
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  4. Plankton

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    paraiso
    juer pacix!! q estamos currando y no podemos entretenernos!! :embarrassed: :biggrin:
    Aun asi, me he leido los dos primeros post, muy interesante!!!
  5. pacix

    pacix Clan Leader

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    CAPÍTULO Nº3: PAR Y POTENCIA
    La confusión proviene de la habitual tendencia a separar dos variables que son dependientes una de otra. Y eso es lo primero que debe quedar claro: no intentéis separar "par O potencia", sino que debéis acostumbraros a pensar en "par Y potencia". Empezaremos por definir de manera clara e intuitiva ambas variables: una vez comprendido su significado veréis que todas las preguntas quedan resueltas.
    1. El PAR es un esfuerzo de rotación. Un ejemplo: la fuerza que aplicáis para abrir una puerta. ¿Por qué hay que aplicar una fuerza mucho menor si empujamos por el pomo que si empujamos justo al lado de las bisagras? Pues porque para obtener un mismo par (el necesario para abrir la puerta) la fuerza a aplicar en el pomo es mucho menor porque el brazo de palanca es mucho mayor. Es decir: si llamamos "F" a la fuerza que aplicamos y "r" al brazo de palanca con que aplicamos dicha fuerza (es decir la distancia desde el punto donde ejercemos la fuerza y el eje de giro, es decir del pomo a las bisagras) se define el par como:
    PAR = F r

    A medida que disminuye el radio "r", la fuerza "F" que debemos aplicar para obtener un mismo par es mayor.
    O si lo aplicamos al motor de un coche: el cigüeñal tiene un radio de giro "r" y sobre el actúa una fuerza "F" que le transmite la biela y que proviene de la explosión de la mezcla aire-combustible: a medida que esas explosiones son más enérgicas la fuerza crece y por lo tanto el par también (dedicaremos un capítulo a explicar como se consigue grandes fuerzas "F" y por lo tanto par).
    1. La POTENCIA se define como:
    POTENCIA = Esfuerzo*Velocidad
    O lo que es lo mismo, es la magnitud física que limita el esfuerzo que podemos aplicar a una determinada velocidad; o viceversa: la velocidad a la que podemos aplicar un determinado esfuerzo. Permitidme que os ponga un ejemplo lineal (no de rotación) con lo que quedará perfectamente claro:
    Imaginaos un cuerpo de masa 100gr. Esa masa sufre una fuerza de atracción hacia la tierra (su peso) de (redondeamos la aceleración de la gravedad a 10m/s2):

    F = m a = 0.1kg*10m/s2 = 1N

    Y ahora imaginaos que queremos levantar ese peso a una velocidad de 1m/s, la potencia necesaria será:

    Pot = F v =1N*1m/s = 1 watio

    ¿Qué significa 1 watio de potencia? Pues 1 watio es la potencia necesaria para levantar del suelo 100gr a 1 metro en 1 segundo.
    Ahora quedará claro: Todos podemos levantar 30kg desde el suelo hasta por encima de nuestra cabeza; pero no somos capaces de levantarlo en medio segundo: es decir tenemos la fuerza pero no la potencia.
    Y todos somos capaces de levantar 100gr a 1 metro en 1 segundo. Es decir, todos somos capaces de desarrollar una potencia de 1 watio. ¿Alguien es capaz de levantar 10000kg a 0.01milímetros en 1 segundo? Nadie tiene la fuerza suficiente pero todos poseemos la potencia necesaria que es de 1watio:

    Pot = (10000kg*10m/s2)*(0.00001metros/1segundo) = 1 watio

    Por cierto, 1000 watios son 1.36cv; es decir un coche de 136cv tiene una potencia de 100Kw (100.000watios).

    De igual manera se puede razonar en los esfuerzos de rotación: Podemos tener par (fuerza) de sobra, que si no tenemos potencia de nada servirá. Y al revés, podemos tener potencia que si no hay par no hay nada que hacer. Todo ello sin olvidarnos de que:

    Pot = Par*W

    (es decir la potencia es el producto de un esfuerzo de rotación por una velocidad de rotación, que he llamado "W")
    Es decir, que un alto par nos permitirá disponer de potencia (más cuanto más rápido sea el giro del motor). Y una alta potencia indica que hay alto par (más cuanto más lento gire el motor). Tendréis que usar Pot = Par*rpm/716 si queréis que os de la potencia en cv, usando el par en mkg y la velocidad de rotación en revoluciones por minuto.

    En el caso de los coches se hace una selección inteligente de los desarrollos del cambio (en el próximo capítulo entenderéis a qué viene esto) de manera que lo que limita SIEMPRE es la potencia, es decir SIEMPRE tendremos fuerza (par) para avanzar (lo de "siempre" debería ir así, entrecomillado, porque hay excepciones). Es decir, que para poder acelerar (avanzar) el motor debe entregar una potencia capaz de vencer las resistencias (fuerzas) que se oponen al avance, que en caso de circular sobre llano son:


    Resistencia (R) = Resistencia a la rodadura + Resistencia aerodinámica

    La resistencia a la rodadura es el rozamiento que oponen los neumáticos al avance y la aerodinámica es la fuerza que opone el aire. No viene a cuento ahora que os explique el porqué pero creedme si os digo que la resistencia total "R" se puede aproximar por una función cuadrática de la velocidad, es decir:

    R =k v2,

    donde "k" es una constante y "v" es la velocidad a la que se desplaza el coche.
    Y como ya sabéis, la potencia que va a consumir esa fuerza resistente será el producto de fuerza por velocidad:

    Pot = R v = k v3


    Es decir, la potencia necesaria para avanzar crece (aproximadamente) con el cubo de la velocidad: Para rodar a 100km/h (en un coche típico de calle: un Golf por ejemplo) necesitamos unos 15cv. Para rodar a 200km/h, el doble de velocidad, necesitaremos 8 veces (23 = 8) más potencia: 120cv. Pues bien, el motor de nuestro coche debe entregar una potencia mayor a esa potencia que consumen las resistencias al avance. Una vez le sobre potencia, el par en exceso acelerará el coche. Imaginaos que vamos a 100km/h y que a esa velocidad necesitamos los 15cv de los que hablábamos antes. Y en ese instante nuestro motor gira a 3000rpm entregando un par de 15mkg, es decir, tiene una potencia de:

    Pot = 15*3000/716 = 63cv

    que es mayor que la resistente: nos sobran: 63-15=48cv, que a esas 3000rpm son 11.5mkg (Par = 48*716/3000) y ese es el par que va a acelerar nuestro coche (recordad que lo que proporciona aceleración a una masa es una fuerza: F = m a).

    Podemos comparar en una gráfica (VER ARCHIVO ANEXO) un típico motor TDi actual (que entrega un par altísimo a bajas vueltas) con un motor de gasolina (que tiene menos par, pero gira más rápido y consigue igual potencia). He escogido un A3 TDi 130cv (150 reales con 37mkg de par) y un Golf 1.8T (160cv reales con un par máximo de 23mkg). La comparación debe realizarse a iguales velocidades: por ello comparamos la 3ª velocidad del gasolina con la 4ª del diesel (o sea, que el diesel lleva unos desarrollos más cortos): los dos cortan la inyección a igual velocidad (entorno a 170km/h) por lo que podemos hablar de desarrollos equivalentes en valor relativo (esto lo ampliaremos en el próximo capítulo). La curva de potencia del Audi es la azul, la del Golf en rojo, y la potencia necesaria para rodar a una determinada velocidad en verde (que supondremos idéntica para ambos coches ya que tienen una carrocería y peso muy similar):

    Como ya os expliqué, la potencia que sobra (la distancia que hay de las respectivas curvas de potencia a la curva verde) es la que proporciona el par que va a acelerar el coche. No generalicéis los resultados, pero en este caso el empuje que proporciona el diesel a medio régimen (desde 55km/h a 110km/h) es ligeramente mayor que el que proporciona el gasolina (pero recordad: estamos comparando desarrollos equivalentes: el TDi en 4ª y el gasolina en 3ª). A menor y mayor velocidad el empuje del gasolina es superior.

    En resumen: Para avanzar a una determinada velocidad necesitamos una determinada potencia (que crece, aproximadamente, con el cubo de la velocidad). Si queremos acelerar tendremos que ser capaces de desarrollar una potencia mayor que la que necesitamos. Luego a un determinado régimen, el par desarrollado se "divide" en dos componentes: una componente debe "generar" la potencia mínima que necesitamos para rodar a la velocidad a la que vamos; y otra componente que "sobra". Y ese par que tenemos en exceso (equivalente a la potencia que nos sobra a ese régimen) es lo que acelerará el coche.

    El próximo Lunes pondré la segunda entrega de esta pequeña sección que pretende explicar el funcionamiento de los coches desde las leyes físicas. Ojo, que estos capítulos eran los de introducción al tema y la semana que viene nos vamos a meter con bastantes ecuaciones para explicar el funcionamiento de las cajas de cambio y analizaremos con ecuaciones las diferencias entre un F1 y un WRC. Espero que os parezca interesante.

    [FIN (por hoy)]

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  6. McClane

    McClane Moderador Informática Staff BMW FAQ Moderador

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    Vaya pedazo de currada!!!!!!! No he querido escribir mientras lo hacías para que te quedara cojonudo. A ver si ahora termino de leerme todo, y esperando la 2a parte!! :biggrin:
  7. Yo esperaré a esta noche, ahora tampoco puedo.:wink:
  8. ABriL

    ABriL Forista Legendario

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    bua...se sale....gracias PAcix!!!!lo leere por la noche
  9. CARLOSZ3

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    Vaya curro, gracias.
  10. MiguelZ3Coupe

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    Pacix, muy bien, tio!!!
    Me siento orgulloso de tener un ingeniero tan buen comunicador en el foro!!!
    Enhorabuena!!! Me lo he empollado todo.
  11. JordiZ3

    JordiZ3

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    Imprimiendo....y casi que ya me lo leo en casa...
    Gracias pacix, muy interesante.
  12. MiguelZ3Coupe

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    El análisis sobre los adelantamientos me parece excepcional.
    Deberías de mandarlo a la gente de la F-1, estoy seguro que les interesaría. A la FIA a lo mejor.
    La solución que yo defendía era la de los discos de acero, es la que defendía un ingeniero de Renault ( no me acuerdo del nombre) pero todas las demás que proponen son muy interesantes también y no las conocia... enhorabuena..
  13. Gulf627

    Gulf627 Clan Leader Miembro del Club

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    No sabia que pacix es del gremio...pero a la vista del post debe ser:biggrin:

    Interesantisimo post...pero el Carrera GT tiene 612 cv no 560cv:biggrin: (por poner alguna pega)
  14. zane

    zane Forista

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    Jo Pacix, como sabes del tema! Gracias por postearlo. Por cierto, encantado de conocerte en la kdda.
  15. Kamala

    Kamala Forista Legendario

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    Pácix eres un crack, voy a empollarme todo esto a ver si se me queda algo, gracias por compartirlo.
  16. Ferni2

    Ferni2 Guest

    Muy bueno. Empece a leerlo pero casi que me lo llevo para casa porque sino no trabajo. Saludos
  17. Factoni

    Factoni Clan Leader

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    Muchas gracias Gonzalo!
    Me lo he guardado todo y lo voy a imprimir para leerlo bien, no en pantalla.
    Muy buen curro, si señor!!!:wink:
  18. birdhouse

    birdhouse Clan Leader

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    Impresionante Pacix!!! Me lo he leido enterito, se me escapa de la imaginacion lo que puede llegar a correr un F1
  19. Nacho A.V

    Nacho A.V Guest

  20. 330coupediesel

    330coupediesel Clan Leader Miembro del Club

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  21. Me has dejado de piedra!!! Como te lo has currao!!! La verdad es que habia muchas cosas que no tenia ni idea de que funcionanses asi.Muy bien!!!:eek: :biggrin: :wink:

  22. pacix

    pacix Clan Leader

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    No, la verdad es que yo no soy el que lo publicó en la web que citas (que hasta donde yo sé tampoco es la original), pero si soy el que se ha puesto en contracto con Pablo (y no ha sido fácil) para pedir permiso para reproducir y modificar su serie. Para empezar, el tiene 12 ladrillos y yo no pasaré de 8 capítulos, siendo el último el de agradecimientos, pues hay más gente que me han ayudado para hacer esto y no tengo ningún interés en quedarme con lo que no es mío. Para estos tres primeros temas, he preferido modificar sólo algunas cosas, pequeñas, he quitado algunas cosillas del capítulo de adelantamiento y lo he dejado porque me parece que explica con gran facilidad conceptos que son básicos para los siguientes.
    Te recomiendo que vuelvas el lunes que viene y veas si la parte que ponga tiene algo que ver con alguna de Pablo, más alla del título y el primer párrafo.
  23. Albert16

    Albert16 En Practicas

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    muy interesante, mola, me lo he leido todo y eso que tengo examen mañana :LOL:,
  24. Nacho A.V

    Nacho A.V Guest

    Hace un par de años mas o menos (no recuerdo si en esta web o en otra) publicaron esos enlaces y la verdad es que me gustaron bastante.
    Al verlos reproducidos hoy en el post me acorde y tal cual esta redactado tu primer post pensé que serias es autor de los mismos.

    Si cuentas con el permiso del autor de tan excelente estudio, pues adelante con ello.

    Un saludo
  25. guakarimaso

    guakarimaso Clan Leader

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    me lo leere esta noche:wink:
  26. CACIQUE

    CACIQUE Forista

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    Ladrillo pero del bueno, gracias
  27. Toni Montana

    Toni Montana Guest

    Joer, qué interesante y bien explicado, gracias pacix por compartirlo ;-)
  28. Aroa

    Aroa Forista Legendario

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    gracias chico ;-)
  29. ERICL

    ERICL Guest

    Ya sè quien eres Pacix. Tu no eres Pacix, eres Don Eulogio mi antiguo profesor de Fisica y Termodinamica....Te crees que no te iba a pescar ..eh, pillìn..:rolleyes:
  30. FLYNN

    FLYNN Yes we Clann Miembro del Club

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    Gracias Pacix, esta noche lo disfrutaré con una cervecilla, que tiene muy buena pinta ;-)

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