Un curso técnico requiere buenas habilidades en las curvas. Pero, de acuerdo con la física, ¿cuánto puedes inclinar tu bicicleta antes de caer al suelo?
Los científicos se han estado preguntando qué es lo que hace que una bicicleta se mantenga en equilibrio desde los días del viejo centavo. Muchos expertos sugirieron que esos aros giratorios hacen que la bicicleta se comporte como un giroscopio, pero no es tan simple. Un grupo de ingenieros de la Universidad de Nottingham identificó 25 variables separadas que afectan el movimiento de una bicicleta, citando que, No parece posible una explicación simple porque la inclinación y la dirección están acopladas por una combinación de efectos, que incluyen la precesión giroscópica, las fuerzas laterales de reacción del suelo en la rueda delantera, el punto de contacto con el suelo detrás del eje de dirección, la gravedad y las reacciones de inercia…'
Lo que se sabe es que mientras una bicicleta se mueva a una velocidad de alrededor de 14 kmh (9 mph), puede permanecer en posición vertical sin la presencia de un ciclista. Pero nuevamente, los científicos no pueden explicar por qué.
Con ese telón de fondo, agregar la dimensión adicional de una curva y calcular el ángulo en el que puede inclinarse al tomar una curva antes de llegar al asf alto es claramente un asunto complejo. En las condiciones adecuadas es posible ver ángulos de 45°, pero ¿cómo llegamos a ese punto?
'Sabemos que hay tres fuerzas reales que actúan sobre la bicicleta y el ciclista', dice Rhett Allain, ciclista entusiasta y profesor asociado de física en la Universidad del Sudeste de Luisiana en los EE. UU.
'Existe la fuerza gravitacional que empuja la bicicleta y al ciclista hacia abajo; está el camino empujando hacia arriba, lo que llamamos fuerza "normal", y hay una fuerza de fricción que empuja la bicicleta hacia el centro de la trayectoria circular en la que se está moviendo.'
La fuerza falsa
También hay fuerza centrífuga."Esto tiene un impacto, pero es una fuerza falsa", dice Allain. Muchos físicos argumentan que la fuerza centrífuga no existe y es simplemente la f alta de fuerza centrípeta, una fuerza de tracción hacia adentro que asegura que la bicicleta se mueva en un círculo similar a la gravedad tirando hacia adentro de un satélite para mantenerlo en órbita.
Se calcula mediante la ecuación F=mv2/r, donde F es la fuerza centrípeta (Newtons), m es la masa de la bicicleta y el ciclista (kg), v es velocidad (m/s) y r es el radio de la esquina en metros.
'La física de tomar una curva es que lo haces acelerando radialmente hacia adentro, lo que se debe a la fuerza centrípeta', dice David Wilson, profesor emérito de ingeniería en el Instituto Tecnológico de Massachusetts.
‘La fuerza tiene que venir de los neumáticos. La moto tiene que inclinarse para que la combinación de la reacción del neumático y la fuerza radial esté en línea con la fuerza resultante de la moto más el ciclista.’
También es clave para determinar cuánto puedes inclinarte el coeficiente de fricción, que es la relación entre la fuerza de fricción entre dos cuerpos y la fuerza aplicada sobre ellos, en este caso, el neumático y el asf alto.
La mayoría de los materiales secos tienen valores de fricción entre 0,3 y 0,6, mientras que el caucho en contacto con el asf alto puede producir una cifra de entre uno y dos. Cuando las superficies se mueven entre sí, como en el ciclo, esta cifra disminuye ligeramente.
Para que la bicicleta permanezca en posición vertical, la fuerza lateral (centrípeta) debe ser igual al coeficiente de fricción, y esta cifra puede ser sorprendentemente grande. Por ejemplo, un ciclista de 70 kg en una bicicleta de 10 kg que acelera a 20 mph en una curva con un radio de 20 m experimenta una fuerza centrípeta de 316 Newtons.
Esta fuerza tiene que ser generada por los neumáticos, y si la fuerza no existiera, la moto y el ciclista simplemente continuarían en línea recta.
Usando algunos cálculos trigonométricos impresionantes que llenarían un libro entero, el coeficiente de fricción es igual a la función tangente del ángulo máximo de inclinación.
‘La rueda patinará cuando se exceda el coeficiente de fricción’, dice Marco Arkesteijn, profesor de ciencias del deporte en la Universidad de Aberystwyth. 'Esto puede deberse al aumento de la fuerza de fricción [debido a que la línea se tensa en una esquina, por ejemplo] o a la disminución de la fuerza normal [debido, por ejemplo, a una depresión en la carretera].'
El coeficiente de fricción también puede cambiar debido a un cambio en la superficie. Es por eso que tomar una curva en una línea blanca puede ser peligroso. "Esto es especialmente cierto en mojado", dice Arkesteijn. "La pintura es menos porosa, por lo que el agua no se dispersa".
Peso del ciclista
Para complicar más las cosas está el tema del peso del ciclista. "En cuanto a la física, los chicos más pequeños deberían poder inclinarse más", dice Arkesteijn. "También suelen ser más ágiles, lo que ayuda".
Allain no es tan definitivo, lo que sugiere que, si bien el peso del ciclista importa un poco, es más importante el centro de masa del ciclista más la bicicleta.
‘En última instancia, ese es el factor más importante’, dice. Los ciclistas más pesados tienden a ser ciclistas más altos, especialmente en el pelotón profesional, lo que significa que sus cuadros son más grandes y su centro de masa es más alto. También es necesario tener en cuenta las condiciones de la carretera. Si está al límite, un bache en el camino puede provocar una pérdida de tracción y una caída.
Las carreteras del Reino Unido a veces tienen más agarre que las de nuestros primos de Europa continental porque son más porosas para absorber la lluvia y evitar una superficie resbaladiza. Por eso nuestros caminos son más toscos. Pero a menudo tienen más baches y están en peores condiciones debido a los daños causados por las heladas, por lo que andar en bicicleta y conducir en Francia es un auténtico placer cuando está seco.
Después de todo eso, ¿cuál es el ángulo máximo de inclinación? Para el profesor de mecánica e ingeniería Jim Papadopoulos, eso no se puede responder hasta que agregas un último factor: rastro.
Esta es una línea imaginaria que se proyecta por el tubo de dirección hasta el suelo. Si este punto está frente al punto de contacto de la rueda con el suelo, se considera "positivo" y es más estable. Detrás y es más probable que la bicicleta vuelque. Trail reduce cuanto más te inclinas.
‘Los ciclistas tienden a permanecer en la región positiva del sendero y no superan los 45° de inclinación’, dice. “Por lo general, es menos, aunque cuando el giro tiene un radio de más de 5 m, puede llegar a 45 °. Esto se debe a que el sendero deja de ser un problema; luego volvemos al tema de la tracción.'
Así que 45° es posible en un giro rápido, amplio y bien asf altado, pero con tantas variables en juego, lamentablemente no hay una respuesta definitiva. Hasta dónde puede inclinarse es un caso de prueba y (esperemos que no demasiado doloroso) error.
