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lunes, 6 de abril de 2009

Motos, bicis y giroscopios

Aunque parezca mentira la vespa de tu abuelo funcionaba por el mismo principio que hace funcionar un segway algo con un nombre tan "chic" y futurista como el giroscopio. Y es que la fuerza del giroscopio la tenemos mas presente en nuestra vida de lo que nosotros creemos.
Intento imaginarme esta escena de un científico intentando enseñar a su hijo a montar en bicicleta:
¡Si hijo, no te preocupes, tu pedalea que verás como la fuerza giroscópica te mantiene en posición vertical!

Si así fuera habría estado horas explicándole porque leches una cosa con dos ruedas no se cae para los lados al mas mínimo golpe de viento. Lo que seria una tortura para un pobre niño, pero que suena a dulce melodía para aquellos que ansiamos conocer todas las curiosidades y extravagancias que las leyes de la física rigen sobre todo aquello que nos rodea.

Intentemos ver como se mantiene una moto en pie antes y durante la marcha de la misma:
Antes de arrancar o cuando se detiene, la motocicleta se sostiene gracias al pie (o los “pieses”) del motorista que la monta, es evidente que si no los pusiera besaría el suelo... apasionadamente...
(recuerdo el caso de un amigo de mi padre al que se le olvido poner el pie al parar en un semáforo y ya podéis imaginaros el resto...)

Una vez en marcha ya se complica la cosa, pues el motorista esta encima y sus pies no están abajo...
Para comprender el funcionamiento en este caso tendremos que saber que las fuerzas que actúan en el equilibrio de la moto podríamos dividirlas en dos categoría: Las que ejerce el motorista y por otro lado las que se originan gracias a el movimiento de los giroscopios de los que esta dotada toda motocicleta (también conocidos como ruedas).
Cuando la motocicleta circula a muy baja velocidad es sobre todo la fuerza que ejerce el motorista la que mantiene la motocicleta en pié. Todo el que haya visto a un motorista de Trial se habrá dado cuenta de los movimientos bruscos que hace girando el manillar para mantenerse en pie a velocidades prácticamente nulas. Es gracias a este movimiento alternativo del manillar a lo que se debe que el motorista que circula a poca velocidad no termina desparramado por los suelos. Este movimiento es tan rápido e imperceptible que en ocasiones ni siquiera el motorista se da cuenta de que lo esta ejerciendo. Poco a poco según va tomando velocidad la motocicleta el movimientos se va reduciendo hasta desaparecer y va aumentando la fuerza giroscópica originada por el movimiento de las ruedas.
Como recordareis de un post anterior el efecto giroscópico se produce al hacer girar un objeto pos su eje de simetría. Lo que provoca que al intentar modificar la orientación del plano de giro del objeto, este se resista. Si alguno habéis estado en un parque de la ciencia habréis visto una silla de esas del tipo de los bares que gira sobre su propio eje, en la que te sientas con una rueda de bicicleta en las manos que haces girar sobre su eje. Al tirar de una mano hacia ti, o al subir una de las manos la rueda hace que la silla en la que estas sentado empiece a girar sobre su eje hacia el lado contrario del que has girado la rueda. Y esto mismo pasa en una moto. Al avanzar el efecto giroscópico se resiste a que te caigas al suelo (osea a que modifiques el plano de rotación del la rueda).

Los mas avispados os habréis dado cuenta de que si girar la rueda en la silla origina un movimiento hacia el lado contrario, cuando giras el manillar de una moto mientras la rueda está girando debe ocurrir algo parecido... pues muy bien, eso es lo que ocurre exactamente, y es lo que se llaman “contramanillear”.
Pues bien, en cualquier vehículo de dos ruedas que circule a una velocidad suficiente para que el efecto giroscópico ejerza una fuerza relevante (algo mas de 5 KM/H en una motocicleta, quizás algo más en una bici al tener sus ruedas una masa menor) para girar a la izquierda hay que EMPUJAR el manillar con la mano izquierda, y para girar a la derecha hay que EMPUJAR el manillar con la mano derecha y no al contrario como nos dictaría la intuición. De esto nos podemos dar cuenta circulando a no muy altas velocidades, ya que a 100 km/h el movimiento debe ser tan mínimo que nos resultaría imperceptible.

Al girar el manillar en la dirección contraria a la que nos dirigimos conseguimos lo mismo que subidos en la silla giratoria: que se incline el vehículo hacia el lado contrario. Una vez iniciado el movimiento de giro, la rueda delantera recupera su posición inicial para finalmente orientar la dirección de la marcha y salir de la curva apuntando a donde debe.
Cuanto mayor sea el empuje del manillar hacia el lado contrario del giro mas se “tumbará” la motocicleta.
Todos estos movimientos se hacen intuitivamente, aunque si los piensas son de lo más contra-intuitivos. Y es por esto y por las complicaciones que conlleva una propulsión trasera que se producen muchos de los accidentes de moto, ya que al encontrar un obstáculo, se nos “olvida” contramanillear y en vez de esquivarlo nos vamos directos hacia él, sobre todo si eres un conductor inexperto y llevas una moto con mas potencia que la que estas capacitado para manejar (lo cual ha sucedido mucho gracias a la nueva normativa de trafico en la que el carnet tipo B con mas de 3 años de experiencia se le convalida el A1, por la que gente que nunca había cogido una moto se lanzaba a la aventura con motos de 125 centimetros cúbicos, que son muchos más de los que un conductor inexperto debe manejar).

Hay gente que piensa que la dirección de una moto de competición es solo para molerla cuando está parada, ya que la inclinación y por lo tanto el giro lo hace el motorista con su cuerpo. Y nada mas lejos de la verdad. De hecho el motorista que conduce intentando girar la moto con todo su cuerpo lo que consigue es agotarse muy pronto, y sin darse cuenta la inclinar el cuerpo termina contramanilleando... En San Youtube he encontrado un vídeo en el que a una moto se le han acoplado dos juegos de manillares, uno fijo y otro estandard. Veréis al motorista luchar con la moto para intentar orientarla con el manillar fijo... es bastante interesante:


Otro dia os explicaré las diferencias de la tracción delantera que habitualmente tienen nuestros coches con la propulsión trasera que tienen los deportivos y las motocicletas.

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martes, 20 de enero de 2009

El Más Grande

Como en otras ocasiones la entrada de hoy se la cedo al gran escritor y científico Isaac Asimov (-La fundación, Yo,robot ...-), que contribuirá con nosotros a esclarecer una pregunta que a alguno de nosotros se le puede haber pasado por la cabeza.
Está sacada de su libro "100 preguntas" que recopila las preguntas sobre ciencia que le fueron haciendo los lectores del "Science Digest" a lo largo de ocho años.
Espero que os animeis a leerlo, porque todas las preguntas que se van haciendo se van contestando con similar brevedad y claridad, y son preguntas que nosotros mismos podemos hacernos.




Os dejo con el maestro:
Pregunta:
¿Quién fue, en su opinión, el científico más grande que jamás existió?
Respuesta:
Si la pregunta fuese «¿Quién fue el segundo científico más grande?» sería imposible de contestar. Hay por lo menos una docena de hombres que, en mi opinión, podrían aspirar a esa segunda plaza. Entre ellos figurarían, por ejemplo, Albert Einstein, Ernest Rutherford, Niels Bohr, Louis Pasteur, Charles Darwin, Galileo Galilei, Clerk Maxwell, Arquímedes y otros.
Incluso es muy probable que ni siquiera exista eso que hemos llamado el segundo científico más grande. Las credenciales de tantos y tantos son tan buenas y la dificultad de distinguir niveles de mérito es tan grande, que al final quizá tendríamos que declarar un empate entre diez o doce.
Pero como la pregunta es «¿Quién es el más grande?», no hay problema alguno. En mi opinión, la mayoría de los historiadores de la ciencia no dudarían en afirmar que Isaac Newton fue el talento científico más grande que jamás haya visto el mundo. Tenía sus faltas, viva el cielo: era un mal conferenciante, tenía algo de cobarde moral y de llorón autocompasivo y de vez en cuando era víctima de serias depresiones. Pero como científico no tenía igual.
Fundó las matemáticas superiores después de elaborar el cálculo. Fundó la óptica moderna mediante sus experimentos de descomponer la luz blanca en los colores del espectro. Fundó la física moderna al establecer las leyes del movimiento y deducir sus consecuencias. Fundó la astronomía moderna estableciendo la ley de la gravitación universal.
Cualquiera de estas cuatro hazañas habría bastado por sí sola para distinguirle como científico de importancia capital. Las cuatro juntas le colocan en primer lugar de modo incuestionable.
Pero no son sólo sus descubrimientos lo que hay que destacar en la figura de Newton. Más importante aún fue su manera de presentarlos.
Los antiguos griegos habían reunido una cantidad ingente de pensamiento científico y filosófico. Los nombres de Platón, Aristóteles, Euclides, Arquímedes y Ptolomeo habían descollado durante dos mil años como gigantes sobre las generaciones siguientes. Los grandes pensadores árabes y europeos echaron mano de los griegos y apenas osaron exponer una idea propia sin refrendarla con alguna referencia a los antiguos. Aristóteles, en particular, fue el «maestro de aquellos que saben».
Durante los siglos XVI y XVII, una serie de experimentadores, como Galileo y Robert Boyle, demostraron que los antiguos griegos no siempre dieron con la respuesta correcta. Galileo, por ejemplo, tiró abajo las ideas de Aristóteles acerca de la física, efectuando el trabajo que Newton resumió más tarde en sus tres leyes del movimiento. No obstante, los intelectuales europeos siguieron sin atreverse a romper con los durante tanto tiempo idolatrados griegos.
Luego, en 1687 publicó Newton sus Principia Mathematica, en latín (el libro científico más grande jamás escrito, según la mayoría de los científicos). Allí presentó sus leyes del movimiento, su teoría de la gravitación y muchas otras cosas, utilizando las matemáticas en el estilo estrictamente griego y organizando todo de manera impecablemente elegante. Quienes leyeron el libro tuvieron que admitir que al fin se hallaban ante una mente igual o superior a cualquiera de las de la Antigüedad, y que la visión del mundo que presentaba era hermosa, completa e infinitamente superior en racionalidad e inevitabilidad a todo lo que contenían los libros griegos.
Ese hombre y ese libro destruyeron la influencia paralizante de los antiguos y rompieron para siempre el complejo de inferioridad intelectual del hombre moderno.
Tras la muerte de Newton, Alexander Pope lo resumió todo en dos líneas:
«La Naturaleza y sus leyes permanecían ocultas en la noche. Dijo Dios: ¡Sea Newton! Y todo fue luz.»



Bueno, creo que ha quedado claro...
Según Asimov parece que hice bien en basarme en la frase de Isaac Newton: "Lo que sabemos es una gota de agua, lo que ignoramos, el océano." al poner "una-gota-de-agua" como dirección a este blog.... o al menos tuve un buen referente.


Isaac Asimov

Isaac Newton

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