La Física a 200 km/h

A sus 21 años, el costarricense Danny Formal fue reconocido este año por una revista especializada como el mejor piloto de kartismo de los Estados Unidos. Para un piloto de carreras, conducir a altas velocidades es una tarea de destreza mental y resistencia física.

“En el 2002, mi papá se compró un kart después de un retiro de 15 años (y cuando) compitió le ayudé en la carrera. Tan pronto lo vi correr le dije que yo también quería hacerlo. Para mi cumpleaños, en diciembre de ese año, él me compró mi primer kart y desde ese día no he dejado de correr. El kartismo es uno de los deportes más demandantes que he realizado jamás. He jugado fútbol, fútbol americano, béisbol y muchísimos otros deportes, pero correr 30 vueltas en un kart es algo que no todos pueden hacer”, afirma.

Los años de práctica invertidos por Danny en este deporte no fueron en vano: hoy es el único piloto costarricense dedicado enteramente al automovilismo y ha corrido en las ligas profesionales de kartismo de Europa y Estados Unidos.

La Física detrás de las carreras

Un kart puede llegar a acelerar de 0 km/h a 100 km/h ¡en tan solo tres segundos!

La segunda ley de Newton, o ley fundamental de la dinámica, establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

Aceleración = fuerza / masa

En un kart, la fuerza principal de aceleración viene dada por el motor, de unos 42 caballos de fuerza (31,3 kW); y normalmente pesa apenas unos 100 kilogramos, la décima parte de un automóvil modelo sedán. La combinación de esa potencia que genera un torque suficiente y la reducida masa del kart le permiten lograr esa aceleración.

Los únicos cuatro puntos de contacto entre el kart y el suelo son los neumáticos. En proporción al tamaño del kart estos son más anchos y se preparan especialmente para dar al vehículo una mayor adherencia a la pista. Producen mayor fricción que la usual para vehículos convencionales, lo que evita que el carro derrape y se salga de control.

La fricción de los neumáticos, y la del aire que circula encima y alrededor del vehículo, oponen resistencia a la velocidad del kart. También lo hace la sustentación negativa, la presión aerodinámica ―que es una fuerza que empuja al vehículo hacia abajo y que es incrementada sustancialmente por la fuerza horizontal sobre los
alerones―. Sin embargo, estas fuerzas no son suficientes como para detener el kart, y este sigue acelerando.

Todos los vehículos en un giro o curva experimentan la fuerza centrípeta, cuya principal causa es el rozamiento de los neumáticos contra el piso. Para poder dar la curva con una fuerza centrípeta menor y mantener el agarre entre las llantas y el asfalto Danny desacelera, disminuyendo la velocidad. Y luego acelera para salir de la curva.

La fuerza de fricción entre los neumáticos y el piso mantiene al kart sobre la pista. Pero esta fuerza tiene un límite, de modo que si se pretende tomar la curva a mayor velocidad, la fuerza para mantenerlo excedería el límite de la fuerza de fricción y el vehículo derraparía.

Según la primera ley de Newton, los objetos en movimiento tienden a continuar moviéndose en línea recta hasta que otra fuerza actúe sobre ellos. El giro que da Danny al volante y el de las llantas frontales genera una pequeña aceleración hacia un lado, haciendo que todo el carro gire. Una curva más cerrada requerirá una fuerza mayor, y por lo tanto un giro mayor del volante. Sin embargo, se requiere muchísima destreza para poder dar estos giros con éxito ¡a casi 200 km/h!

“Experimentás fuerzas de hasta 4 G al tomar los giros (cuatro veces la aceleración estándar de la gravedad terrestre), sin ninguna máquina que te ayude con el volante. Tus costillas se lastiman por la irregularidad de la pista y al entrar a una curva a mucha velocidad. Es extremadamente exigente físicamente”.

El frenado también es una maniobra de mucho cuidado, pues desacelerar significa cambiar la cantidad de movimiento inicial (momentum) de 23 400 kg.m/s a cero.. Por esto, los pilotos de kartismo procuran frenar en línea recta; porque introducir una fuerza lateral en el vehículo como para tomar una curva mientras se frena puede causar un derrape. Nunca se debe frenar en la curva. Se desacelera al entrar a la curva y se vuelve a acelerar antes de salir de la misma.

Cuando un vehículo se mueve en línea recta, su peso también lo hace. Este peso se encuentra en el centro de gravedad del vehículo y está distribuido entre las cuatro ruedas cuando el vehículo está estático y también cuando está en movimiento a velocidad constante.

Cuando el vehículo acelera, la fuerza se distribuye más hacia las ruedas traseras, mientras que en el momento de frenado se distribuye más hacia las delanteras. A este efecto dinámico le llaman ―en la jerga― transferencia de masa o transferencia de peso, y por esta razón los neumáticos delanteros son más eficientes en el frenado. En una bicicleta lo notarás con mayor facilidad.

Esa transferencia de fuerza hacia el frente hace que el suelo ejerza también una reacción (principio de acción y reacción) hacia arriba, denominada fuerza normal, que genera una mayor fricción contra el suelo, ayuda a desacelerar el vehículo y que no resbalen las ruedas.

En un kart como el que conduce Danny, el conductor está a tan solo 10 centímetros del suelo, lo cual baja el centro de gravedad y lo hace más estable. Hacer lo mismo en un vehículo normal, más separado del suelo, lo desestabilizaría con más facilidad.

¿Qué tan veloz soy?

Para poder competir en las grandes ligas del kartismo, Danny y los demás pilotos de carreras dependen de instrumentos que les permiten saber a qué velocidad van.

Estos aparatos se llaman velocímetros. Sus fabricantes los calibran y ajustan siguiendo normas y estándares internacionales. El estándar europeo, por ejemplo, establece que los velocímetros deben indicar una velocidad menor a la real para evitar que inadvertidamente se alcance una velocidad mayor a la pensada por un error del instrumento. Por otra parte, la velocidad indicada por el aparato nunca debe ser mayor al 110 % de la velocidad real más 4 km/h. Por ejemplo, si la velocidad real es de 80 km/h, el velocímetro del vehículo nunca debe indicar más de 90 km/h.

Para ser más exactos con esta medición se utilizan otros instrumentos, como cronógrafos, para medir el tiempo que tarda el vehículo en recorrer una distancia y calcular la velocidad promedio alcanzada. Otra posibilidad es el uso de radares de control de velocidad, una unidad que envía un haz de microondas que, tras rebotar en el vehículo en movimiento, la vuelve a recibir. La diferencia entre las frecuencias de la señal enviada y recibida permite determinar la velocidad a la que se mueve el vehículo. La calibración de todos estos instrumentos se hace siguiendo estándares internacionales, lo que asegura su calidad.

Un futuro en el asfalto

Debido a lo desgastante que puede ser este deporte Danny se mantiene saludable física y mentalmente, para estar preparado para la siguiente competencia.

“Entreno en el gimnasio de seis a ocho veces por semana. Hay que estar extremadamente enfocado y listo para enfrentar cualquier dificultad que aparezca. Por suerte nunca me he bloqueado mentalmente en la pista de competencias. Pero sí, competir requiere de reacciones rápidas, mantenerse enfocado, estar consciente del entorno y ser multifuncional. Todo entra en juego”.

Para Danny, competir en kartismo le ha dejado tantas alegrías que no se ve dejando las pistas en ningún momento de su futuro. “Mis dos campeonatos mundiales compitiendo en la serie Super 1 son sin duda las mejores memorias que tengo. Tengo muchos momentos que atesoro de las carreras… Ahora compito en automovilismo y no me imagino haciendo algo que no sean las carreras”.

Más información

Varios instrumentos se utilizan para medir diferentes aspectos del movimiento de un vehículo:

Los cronómetros son esencialmente relojes con una precisión certificada y comprobada. La mayoría son probados por el Control Oficial Suizo de Cronómetros.

Los cronógrafos son instrumentos para medir intervalos de tiempo gráficamente. Se utilizan en el deporte y en otras áreas; por ejemplo, en laboratorios, para calibrar medidores de energía.

Los cinemómetros (radares) miden la rapidez del movimiento y se usan para detectar a conductores que exceden el límite de velocidad. En Costa Rica, el Laboratorio Costarricense de Metrología (Lacomet) cuenta con el sistema necesario para calibrar los que utiliza la Policía de Tránsito.

Los velocímetros son indicadores dentro de los vehículos para medir la velocidad. Las embarcaciones y los aviones también usan velocímetros (llamados pit logs e indicadores de velocidad de vuelo, respectivamente).

 Jasson Clarke (Costa Rica)

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