Vamos a por la 4ª entrega de los artículos de la serie “física extraña”. Ya nos hemos arreado golpes en la cara con un globo de helio al ver cómo actúa bajo la acción de la fuerza centrífuga, ya resolvimos cual detectives el misterio de la lámina de aluminio y el horno y recientemente aprendimos a distinguir entre una vela de parafina y un cartucho de dinamita.
Pero aún nos quedan muchos misterios que desentrañar en esta vida, y en esta ocasión nos vamos a fijar en un objeto que todos consideramos cotidiano y que, sin embargo, casi nadie usa… cosas que pasan.
Hoy hablamos de…
Física extraña (4): La bicicleta
(uuuhhhhh…).
jeje, qué bicicleta más molona...
La bicicleta… la bicicleta… ¿Qué tiene de raro una bicicleta? Si te haces esa pregunta es que todavía no me conoces. Si una vela, que sólo tiene parafina y pábilo (o sea, rabiche), me dio para hablar un rato, con una bicicleta tengo pa una serie entera, de hecho iros agarrando los machos porque me parece que este artículo va a ser largo (tendré que meter doble ración de tonterías para que no os durmáis por el camino).
Total, vamos al tajo.
Una bicicleta es un aparato mecánico que sirve para el transporte personal (y si nos ponemos tontos, una mochila o bulto pequeño tó lo más) en el que el motor son nuestras propias piernas que, aplicando una fuerza sobre unos pedales, hace que unos discos unidos a los pedales giren y estos a su vez, por medio de una cadena, transmiten un movimiento circular a las ruedas que traccionan con el suelo y hacen que el vehículo se desplace.
Espera espera… ¿has dicho que el motor somos nosotros? Estás de coña, ¿no? ¿Quién iba a usar una bicicleta existiendo coches o motos?
…
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Así nos va…
Pero retomando el tema con más entusiasmo que nunca, ¿qué tiene de especial un aparato tan sencillo como una bicicleta?
Bueno, empecemos por el principio, ¿recordáis el día que aprendisteis a andar en bicicleta? Siempre es una experiencia, porque al principio parece muy difícil pero luego es una tarea realmente sencilla.
La razón de que parezca difícil es que (luego explicaremos por qué) en una bicicleta o se monta o no se monta, pero no se puede “medio-montar”: hay que lanzarse, y una vez lanzado todo va bien.
Así que la primera rareza de hoy viene de una gran frase que a todos nos viene a la cabeza: “una vez has aprendido a andar en bicicleta, ya no lo olvidas nunca”.
En realidad, la dificultad para aprender a montar en bicicleta viene de ese miedo inicial a coger velocidad, pero cuando ya has perdido el miedo, montar en bicicleta es sencillo y ese miedo no lo recuperamos nunca, así que… en no teniendo miedo, “recordar” cómo se monta en bicicleta es inmediato.
De hecho, no hay nada que recordar, porque para montar en bicicleta sólo se necesita una velocidad mínima, y a partir de ahí lo que es complicado (en ausencia de elementos externos, como obstáculos o que se acabe la pista) es caerse. Para “caerse” aposta de una bicicleta en movimiento hace falta ser todo un profesional.[1]
Y todo esto ¿por qué?
ACTUALIZACIÓN: El texto original es erróneo, o al menos no 100% correcto, así que lo suyo es introducir una actualización con la información más veraz posible.
El mérito en este caso se lo lleva David Jhones que en 1970 escribió un artículo al respecto de la estabilidad de las bicicletas que superan con creces la profundidad con la que yo he tratado el tema.
El artículo nos llega de manos de Jaime (¡Gracias!) y lo podéis encontrar en la siguiente dirección:
http://www.phys.lsu.edu/faculty/gonzalez/Teaching/Phys7221/vol59no9p51_56.pdf
Es un poco largo, así que os dejo con el resumen de Jaime, que en sus propias palabras describe:
“Como explican ahí, el parámetro que más efecto tiene sobre la maniobrabilidad y estabilidad de una bicicleta es lo que los americanos llaman ‘trail’: la distancia entre el punto de contacto de la rueda delantera con el suelo, y la intersección del eje de giro del manillar con el suelo. Una bici en la que el eje de la dirección intersecta el suelo por detrás del punto de contacto de la rueda con el suelo es ingobernable. Y si esa distancia es demasiado larga se pasa de estable y cuesta un triunfo hacerla girar. Las horquillas de las bicicletas van inclinadas hacia adelante para que el ‘trail’ tenga el signo adecuado, y se curvan hacia adelante cerca del eje para que no sea excesivo, y conseguir un compromiso razonable de estabilidad/maniobrabilidad.
Y entrando en los detalles desagradables del tema, los reyes del mambo son Andy Ruina y Jim Papadopoulos, de Cornell, y Arend Schawb, de la T.U. Delft:
http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/bicycle_mechanics/overview.php http://bicycle.tudelft.nl/schwab/Bicycle/index.htm
“
De todas maneras para aquellos que quieran conocer como funciona un giróscopo o se quieran echar unas risas con el texto original (que vale, no será correcto pero es más divertido que el pdf de arriba) os dejo con el texto original:
TEXTO ORIGINAL (Y al menos parcialmente erróneo):
Pues porque las ruedas de una bicicleta forman un giroscopio que…
Ala… ya estamos con palabros raros que nadie entiende… ¿Qué leches es un giroscopio?
Hombre, así sí, haberlo dicho antes, con esta imagen ya está claro...
Un giroscopio es un dispositivo estabilizador. Por decirlo sencillamente: se trata de un dispositivo que hace más difícil cambiar la orientación del objeto sobre el que actúa; son muy importantes en muchas aplicaciones de navegación, en satélites, en entornos donde se requiere precisión o una cierta inmunidad a influencias externas y… en las bicicletas.
Un giroscopio funciona de esta forma: dispone de un elemento circular (o más de uno) que se hace girar rápidamente. Mientras lo hace, y gracias al principio de la conservación del momento angular, impide que se produzcan cambios bruscos en el eje de giro del elemento.
Pregunta estúpida: ¿qué es el momento angular? Gran pregunta, pardiez… (Atención: explicación de garrafón para física de botellón en ciernes, expertos abstenerse):
Todos sabemos lo que es la inercia ¿no? Un cuerpo tiende a conservar su movimiento rectilíneo si no viene nadie a tocarle los… a fastidiarle el día.
Pensad ahora que un disco no es más que una multitud de pequeñas porciones de disco en las que cada una intenta mantener su movimiento rectilíneo.
Al ser rígido eso no puede ocurrir (porque las que aquí empujan para acá pero las del otro lado del eje del disco empujan para allá, así que, si todas siguieran su movimiento, el disco se rompería en trocitos).
Lo que tenemos es un mogollón de trocitos de disco tratando de mantener su movimiento rectilíneo fastidiándose el día unos a otros.
Pero es que además, si el disco es simétrico y de densidad homogénea, cada cachito tiene un cachito idéntico con movimiento en sentido contrario justamente al otro lado del eje del disco.
Esto quiere decir que cada par de cachitos ejercen un par de fuerzas con mismo módulo, sentido contrario y misma distancia al eje. ¿Qué producen? ¡¡Un movimiento circular!!
Es decir, la conservación del momento angular no es más que la interacción que produce la inercia de un par de cachitos que individualmente tratan de mantener un movimiento rectilíneo pero que al estar unidos entorno a un eje se fastidian mutuamente y generan un movimiento circular.
¡¡¡TACHÁÁÁÁÁNNN!!! ¡Gracias, público! ¡Muchas gracias! Podéis guardar los tomates para alguien que los necesite, yo me los puedo permitir. De momento.
¿Y por qué eso hace a un giroscopio ser estable? Porque todos esos cachitos que individualmente tratan de mantener un movimiento uniforme y rectilíneo pero que se fastidian el día unos a otros y como consecuencia surge un movimiento circular… se ponen de acuerdo para evitar que cambien el sentido de giro del conjunto.
Pensad en un cachito que se encuentre en el borde de una rueda girando, pensad que el disco está vertical y que queréis ponerlo horizontal, pero que siga girando. Ese cachito pasa de llevar una velocidad puramente vertical y hacia abajo a una velocidad horizontal.
Si una cosa que iba para abajo de repente va para la derecha es que alguien le ha fastidiado el día, y eso ha costado energía, y esa energía que hay que darle es mayor cuanto mayor sea la velocidad del cachito.
Y por supuesto todos los cachitos exigen su energía para el cambio de orientación.
¡¡¡Ya está!!! Si habéis comprendido esto, entendéis por qué funciona un giroscopio, pero después de todo esto…. Querréis ver uno en acción, así que os traigo un ejemplo de los míos, de garrafón: os presento un giroscopio fabricado en base a reproductores de CD… Qué cutre, ¿no?… Hecho con reproductores de CD…a ver si alguna vez pongo un ejemplo serio…
¡¡Pues habéis metido la pata!! Listos, que sois unos listos… En el vídeo sale “Don Pettit”, que así, dicho así… también parece cachondeo, pero no, el tal Don Pettit es el oficial científico de la sexta expedición de la NASA a la Estación Espacial Internacional. ¡Bazinga![2]
Bueno, a ver por dónde íbamos…
El caso es que todo esto venía a cuento sobre por qué montar en una bicicleta no se puede “hacer a medias”, y por qué una vez te montas y coges velocidad lo difícil es caerse.
Íbamos diciendo que las ruedas de la bici forman un giroscopio que se oponen a cualquier cambio de sentido que queramos realizar en la bici, lo que incluye (pero no se limita a) irnos al suelo.
Esto explica por qué es casi imposible mantenerse en una bici parada,[3] pero es muy sencillo mantenerse en ella en movimiento, y también explica por qué uno no se olvida de cómo se monta en bici: no es que no se olvide, es que no hay nada que saber, y la segunda vez que montas, montas con espíritu, ¡con ganas!, ¡con fuerza!, ¡con brío!, ¡Como un CAMPEÓN! ¡OLE TÚ Y TUS…! Perdón, es que me viene y me dejo llevar… en contraste: la primera vez ibas cagadico.
¿Os quedan ganas de más? Uuuuuhhhhh… Venimos fuertes hoy, ¿eh? Vale, vale… pues seguimos (sus vais a cagar, no os queda ná…)
¿Por qué inclinamos la bici al tomar una curva en lugar de girar el manillar?
Os habréis fijado que cuando llevamos la bici de la mano la mejor manera de cambiar la bici de dirección es girar el manillar, sin embargo, nadie que no sea un profesional de las caídas en bici (con el título de haber acabado los estudios de postgrado) intentaría girar en una bici en movimiento girando el manillar.
Pero veamos por qué: en el movimiento (rectilíneo) de una bici influyen varias energías acumuladas en el vehículo (y pasajero), la primera es la energía cinética debida a la velocidad que llevamos (rectilínea), la segunda es la energía cinética acumulada en las ruedas que giran y que, como hemos visto, se traduce en un giroscopio.
Ambas se van a oponer a cualquier cambio de dirección que queramos hacer.
Así que llegamos a la curva y pensamos: ¿Qué hago? ¿Giro el manillar? ¿Inclino la bici? Veamos las opciones (tampoco lo penséis mucho, porque la curva está ahí y se acerca inexorablemente… casi que primero tomad la curva y ya lo pensaréis luego…).
Si inclinamos la bici entramos en una situación en la que la fuerza de la gravedad actúa sobre nosotros con centro de gravedad exterior a la base de apoyo (las ruedas), y por lo tanto “deberíamos” caernos si no fuera por el giroscopio de las ruedas que impiden que nos vayamos cuerpo a tierra demasiado rápido (acabará ocurriendo si persistimos en la situación).
En esta situación y para lo que nos ocupa en las explicaciones de garrafón: se da un par de fuerzas debido al rozamiento de las ruedas con el suelo y con el hecho de que el centro de gravedad esté fuera de la base, que provoca que la bicicleta gire.
Fijaros que aun con la bici inclinada, las ruedas siguen rodando en la dirección del movimiento.
Si giramos el manillar la cosa no es así exactamente. Es cierto que girar la rueda requiere la misma energía que inclinarla (en lo que a conservación de momento angular se refiere) y que si la giramos sólo tenemos que girar la rueda delantera (no la trasera también) por lo que, energéticamente hablando, es más barato.
El problema viene de que a medida que giramos el volante se va produciendo un cada vez mayor rozamiento entre la rueda y el asfalto que se oponen al movimiento, eso se ve claramente al pensar en una rueda girada 90º: eso no es una rueda, es un cacho de goma deslizándose (en el mejor de los casos) por el asfalto y haciendo trizas los radios que no están pensados para soportar una tensión en esa dirección.
Es lo que podríamos denominar el efecto “WP” (¡¡¡WHOOOHOOOOOO!!! PLAF), lógicamente entre no girar nada el manillar y girarlo hasta lograr el efecto WP hay muchos puntos intermedios, pero en todos ellos se da el caso de que la fricción contra el suelo aumenta a medida que aumentamos el ángulo de giro, por lo que al final el resultado es que es mucho mejor no arriesgarse al WP e inclinar la bici, que proporciona mejores giros a poco elevada que sea la velocidad.
Bueno, y hasta aquí el artículo de hoy de física extraña, esperamos que se lo hayan pasado bien y les recordamos que no deben conducir ningún vehículo si han consumido bebidas alcohólicas…
Ehhhhh…. ¿Qué ha pasado con la frase mítica de la serie? ¿No va a salir en este artículo también?
Venga, hombre… que no vamos a acabar el artículo en la vida…
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¿No os he convencido? Mierda… Pedro tienes unos lectores muy exigentes, me tienes por lo menos que duplicar el sueldo (y unos escritores que están un poco “p’allá” que hablan consigo mismo en sus artículos).
Ok, venga, vamos a ello, pero luego no me digáis que me alargo demasiado.
¿Cómo es posible que una bici sin cadena (o sea, sin transmisión) suba una cuesta?
Lo primero que diréis es: este Rantamplan nos está tomando el pelo. ¿Dónde carajas has visto tú una bicicleta subir una cuesta sin cadena? Y… ¿dónde has visto tú una bici sin cadena, pa empezar?
¿Os suena la carrera del pavo de Segovia (y de algún otro sitio ya, que se ha popularizado)?
Es una carrera en la que los corredores se tiran por una cuesta en una bici (sin cadena) para luego tratar de remontar el máximo posible de otra cuesta que lleva pues… p’algún sitio de Segovia muy bonito.
La ley de la conservación de la energía nos dice que como mucho… y eso si no existe rozamiento… la bicicleta alcanzará la misma altura inicial y allí se detendrá, pero no, alguno que otro (los buenos) consiguen llegar más alto en esa carrera…
¿Cómo? ¡¡¡Maldita seas, bicicleta!!! ¡¡En esta ciudad se respetan las leyes de la termodinámica!! (Ahí está, pa que no digáis)
¿Y cómo lo hacen? Pues así:
(No os perdáis a la panda de frikazos del evento… nada despectivo con lo de frikazos, que si estáis leyendo esto es que vosotros también lo sois, pero por otra rama, y no os cuento nada yo, que lo he escrito… ¡¡Después de entender la física extraña de la carrerita!!)
Ahí tenéis, toma castañaza. Como veis mediante un ingenioso sistema de giros de manillar consiguen (aunque parezca increíble) ascender una cuesta sin apenas velocidad, y los hay verdaderamente profesionales en la materia…
Si, lo sé… me habéis pillado, antes os dije que no se podía “medio montar” en bicicleta y esta gente hace justamente eso, ni montan ni se caen si no que están en un estado de “¡ahí! que sí, que no, que no seas tonta, si te va a gustar, que cosquillicas tan simpáticas”.
Pero no estoy aquí para ponerme pegas yo mismo al artículo. ¿Cómo lo logran? Os dejo un momento para pensarlo.
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“Tuic tac tapito tapón… Tuic Tac tapito tapón… Tuic tac tapito tapón…” (Onomatopeya del sonido que hacía el reloj del famoso concurso “Un, dos, tres”)
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¡¡Campana y se acabóoooooo!!
El sistema por el que la bici sube es una combinación de movimiento caderil (aunque es bastante insignificante) unido a giro de manillar, ale, ya está explicado, todos pa casa.
Ok, no, vale, seguimos: imaginaos que vais en una bici a velocidad lenta, muuuuyyyyy lenta, intentáis manteneros sobre ella avanzando poco a poco, pero ya la cosa no da pa más, en ese momento la bici empieza a inclinarse hacia un lado (NOTA IMPORTANTE: porque el centro de gravedad está ligeramente desplazado en el exterior de la base hacia ese lado).
Para tratar de evitarlo giras el manillar en la dirección contraria e inclinas el peso en esa dirección, bruscamente la bici cambia su sentido de caída (NOTA IMPORTANTE: cambia su sentido de caída porque el centro de gravedad ha pasado a estar a ese lado). Como somos unos catetos, y no unos profesionales, el cambio se hace demasiado brusco, el centro de gravedad ya está demasiado lejos de la base y no nos queda más remedio que poner el pie en el suelo para salvar nuestras nalgas del impacto.
Pero… ¿Qué hubiera ocurrido si hubiéramos medido bien la inclinación y pudiéramos, antes de tener que poner el pie, volver a pasar el peso al otro lado de la base?
Pues ocurriría lo que vemos en el vídeo, la bici se cabrearía con nosotros porque no sabe hacia qué lado caerse… cuando empieza a caerse hacia un lado le fastidiamos el día cambiando el centro de gravedad de lado y entonces empieza a caerse hacia ese lado, pero volvemos a chafarle el día volviendo a cambiar el centro de gravedad, lo que hace que se caiga para el lado inicial pero antes de caernos cambiamos el centro de gravedad y…
Y la bici se acuerda de toda nuestra familia.
Ok, acabamos de averiguar cómo hacen para permanecer más tiempo en la bici, pero, ¿de dónde sale la energía que les hace ascender (ganar energía potencial) si la bici no lleva suficiente energía cinética para alcanzar esa altura?
Aquí es donde entra en escena el manillar y el movimiento caderil. Me explico: para cambiar el centro de gravedad es necesario hacer una fuerza lateral, lo que es posible gracias a que las ruedas tienen un rozamiento lateral muy fuerte, mientras que longitudinalmente es bastante bajo (no sé si recordáis, pero ese rozamiento lateral es el que provocaba el efecto WP cuando girábamos 90º la rueda delantera).
Esa fuerza lateral se aplica sobre nosotros y sobre la bici.
Al aplicar esa fuerza lateral hacia la derecha, si el manillar (y por lo tanto la rueda delantera) está aunque sólo sea parcialmente inclinado hacia la derecha, parte de esa fuerza se traduce en un incremento de la velocidad de la rueda en esa dirección.
¡¡Pues ya está!! ¡¡Ya lo tenéis!! La energía sale de la fuerza que aplicamos para cambiar el centro de gravedad del cuerpo de un lado de la base de la bici al otro, unido a que la rueda debe de estar mirando en la dirección apropiada en el momento apropiado.
Fiu… no sabéis lo que me ha costado explicar esto, todas las explicaciones que pensaba se embarullaban y embarullaban en mi mente y al final no sacaba nada en claro.
¿Existe algún otro método para subir cuestas en bici sin cadena? ¿Sí? ¿No? ¿Qué me decís?
¿No?
Con que no, ¿eh?
¡NO ME HABÉIS ESTAO ATENTOS!
Si es que así no se puede… ponedme el minuto 6:36 del video anterior (sí, ahí escondidillo, a mala idea).
Si a los de la técnica anterior les podemos llamar “remeros” por el curro de los brazos, a éste le podemos llamar “saltarín”.
Este método es propio de un ingeniero loco (me siento identificado). La técnica tradicional de toda la vida es la del brazo, sin embargo un trastornado como nosotros (trastornado, dicho con cariño) estuvo ideando un método que revolucionaría la carrera del pavo.
Durante años fracasó, con las consecuentes carcajadas de sus vecinos, de hecho tengo entendido que algún año no consiguió ni bajar la cuesta (vamos, que puso pie en cuesta abajo…), sin embargo un buen año consiguió que el sistema funcionara y arrasó, desde aquí le rendimos honores… Ahora la competición tiene dos categorías, categoría remeros y categoría saltarines.
Su método del recopetín consiste en… ¡¡llevar ruedas excéntricas!! Una rueda excéntrica es una rueda que tiene el eje descentrado.
A ver si notáis algo raruno...
Tener el eje descentrado en una rueda de bici tiene varios efectos:
El primero es que te has cargado una rueda.
El segundo es que te van a mirar por la calle.
El tercero es que (asumiendo que vayas por una carretera plana) en lugar de ir plano iras constantemente subiendo y bajando. La razón es que si el eje está descentrado implica necesariamente que hay una distancia diferente entre un lado de la rueda y su opuesto.
Si no lo veis, pensadlo de esta forma: si hubiera la misma distancia entre un lado de la rueda y su opuesto con respecto al eje, es que el eje está centrado.
Ahora pensad en la altura que tú llevas con respecto al suelo, la altura es: la distancia desde el lado de la rueda que está en contacto con el suelo hasta el eje más la altura del cuadro de la bici (y el sillín).
Si el eje está descentrado quiere decir que la distancia del eje al suelo va a ser variable en función del giro de la rueda y por lo tanto tu altura con respecto al suelo también lo será.
¿Con eso qué se consigue? Imagina que te encuentras en el punto “alto” de la rueda en una cuesta arriba de determinada pendiente, ok, supongamos que la pendiente de la cuesta es del 1% pero la rueda tiene una pendiente equivalente del -2% debido a su excentricidad.
NOTA: la pendiente de una cuesta es “cuánto ascendemos por cada metro que avanzamos”, o sea por cada 1 metro para adelante subimos 0.01 metro en nuestro caso del 1%. La pendiente equivalente que acabo de inventarme sería cuánto baja tu centro de gravedad por cada metro avanzado usando una rueda excéntrica, en este caso 0.02 metros por cada metro avanzado.
Lo que ocurre a continuación es altamente anti-intuitivo, pero la verdad es que mientras nuestro centro de gravedad baje, nosotros ganaremos energía cinética hacia delante, porque estamos perdiendo energía potencial, por lo que “siempre que la pendiente equivalente de la rueda sea mayor que la pendiente de la cuesta, el conjunto bici-pasajero ganará velocidad en lugar de perderla”.
Toma castañaza de invento, como te descuides necesitas frenos cuesta arriba…
El problema de todo esto es que las ruedas son… eso, ruedas, y tarde o temprano alcanzarás el punto de mínima altura y en este momento la pendiente equivalente de tu rueda excéntrica va a pasar de ser del -2% al 2% (o sea, positiva), y en ese momento tú pasas de tener una pendiente del -1% a tener una del 3%, lo que debería frenarte bruscamente.
¿Qué haces en ese momento? Saltar.
Un salto medido que te permita acompañar a la bici a medida que se completa el medio giro que te llevará de nuevo a la posición de la rueda con pendiente equivalente negativa.
De esta forma, la bici extrae de su energía cinética (y la tuya) la energía potencial que necesita para ascender, mientras que tú obtienes la energía potencial de tu salto, posteriormente tanto bicicleta como tu recuperáis la energía cinética que la bicicleta consumió durante el periodo de subida gracias a la energía potencial que cedes al bajar tu centro de gravedad completando el ciclo, ya solo queda repetir y repetir hasta la saciedad.
Esta técnica tiene dos problemas.
Primero: requiere un trabajo de ingeniería que, como dijimos antes, destroza una rueda de la bici (al menos) que podrías usar para… montar en bici, por ejemplo, lleva mucho tiempo y además hay que hacerlo con mucho cuidado.
Segundo: no permite subir ninguna cuesta más pindia que la excentricidad equivalente de tus ruedas, mientras que con la técnica del remero, en principio puedes subir cualquiera siempre que estés lo suficientemente cuadrado.
Bueno que…
Ya. ¿No?
Os habréis quedao a gusto…
Solo me queda una cosa pa decir a aquellos que pensaron que una bici no tenía nada de física extraña… ¡bazinga!
Recordad: ¡respetad las leyes de la termodinámica!
- Creo que hay un estudio de postgrado en la universidad, 6 meses de duración y cuesta una pasta, pero la matrícula incluye coderas, rodilleras y casco [↩]
- Lo dice Sheldon Cooper en la serie big bang theory al gastar una broma a alguien, a su vez parece ser un guiño a la serie padre de familia [↩]
- Aunque los especialistas de la disciplina de “Velocidad” de Ciclismo en Pista son especialistas en hacerlo… Sí, he dicho “Velocidad”, y son los que se quedan parados sobre la bici minutos y minutos… a mí no me preguntéis, tampoco lo entiendo. [↩]
The Física Extraña (4): La bicicleta by javier cuesta, unless otherwise expressly stated, is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 40 } Comentarios
Hola!
Te has dejado en el tintero mi detalle favorito de física extraña respecto a las bicis… te perdonaremos porque se ve que no eres motero y no estás familiarizado con eso de ir montado sobre dos giroscopios a altas velocidades.
El principio de funcionamiento de una moto es el mismo que el de la bicicleta, solo que en su caso el giroscopio tiene bastante más masa y bastante más velocidad de giro. En cuanto se toma un poco de velocidad es físicamente imposible dar una curva “de manillar” como tú indicas, pero por razones distintas de las que has dado. Para meter una moto en una curva (o, ya puestos, una bici a partir de, digamos, 30 km/h) puedes hacer dos cosas: cargar tu peso sobre la estribera del lado hacia el que quieres girar (descolgándote a lo racing) o lo que es más sencillo: contravolantear. Sí, para inclinar la moto en el sentido de la curva se gira muy levemente la rueda delantera en el sentido contrario hacia el que quieres tumbarla y es el efecto giroscópico el que te hace “caer” hacia el interior en el inicio de la maniobra. Una vez con la moto (bici) inclinada rectificas para mantener la trayectoria. Si intentas girar el manillar hacia el interior de la curva a cierta velocidad, el efecto giroscópico te hará inclinarte hacia el lado contrario y lo que conseguirás es hacer una visita a los conejos.
Esta maniobra es muy suave y se hace instintivamente. A menudo, gente que lleva tiempo montando en ciclos no se dan cuenta de que lo hacen hasta que se lo explicas.
En cuanto a los esfuerzos transversales en la rueda, no suponen un problema. De hecho las ruedas de una bicicleta están sufriendo esfuerzos transversales constantemente (por ejemplo, en las inclinadas, o es que la fuerza de gravedad deja de actuar cuando tienes la rueda inclinada?). Los radios se tensan para que la llanta trabaje siempre a compresión y los radios a tracción, y se colocan inclinados respecto al plano de la rueda para que, cuando hay esfuerzos transversales, trabajen los radios traccionados sin que se compriman los del lado contrario.
¡Todavía no lo he leído pero con solo pasearme con el cursor tengo agujetas mentales y tortículis giroscópica! Gracias por el ejercicio, Rantamplan.
Me ha encantado. Nunca te acostarás sin aprender algo más … aunque sea completamente inutil.
Se pueden ver motos dando curvas mientras giran el manillar hacia el exterior de la curva: (http://www.dalealplay.com/informaciondecontenido.php?con=60843)
El post es muy divertido, pero la física está mal…
El efecto giroscópico no tiene ningún efecto apreciable sobre la estabilidad de una bicicleta: si se monta una segunda rueda en paralelo a la rueda de la bici, y se la hace girar en sentido contrario, cancelando pues el momento angular total, la bici sigue siendo perfectamente manejable y estable. Hay un artículo de 1970 de un tal David Jones, que se deja leer muy bien y que lo explica bastante sencillito:
http://www.phys.lsu.edu/faculty/gonzalez/Teaching/Phys7221/vol59no9p51_56.pdf
Y el efecto del ‘contravolanteo’ que comenta Rubén es pura fuerza centrífuga: al girar el manillar comienzas una curva hacia fuera, la fuerza centrífuga te tumba hacia dentro, y si la geometría de la dirección es la adecuada, el manillar gira él sólo hacia dentro de la curva, y acabas girando de la única manera posible una vez iniciada la curva: de manillar . Más abajo hay referencias para aburrir, pero esto en concreto lo explica muy bien Timoshenko en un libro de 1948, Advanced Dynamics:
http://www.alibris.com/search/books/qwork/133617/used/Advanced%20dynamics
Como introducción general al tema, en la página de wikipedia en inglés tratan el problema con bastante rigor:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle_and_motorcycle_dynamics
Como explican ahí, el parámetro que más efecto tiene sobre la maniobrabilidad y estabilidad de una bicicleta es lo que los americanos llaman ‘trail’: la distancia entre el punto de contacto de la rueda delantera con el suelo, y la intersección del eje de giro del manillar con el suelo. Una bici en la que el eje de la dirección intersecta el suelo por detrás del punto de contacto de la rueda con el suelo es ingobernable. Y si esa distancia es demasiado larga se pasa de estable y cuesta un triunfo hacerla girar. Las horquillas de las bicicletas van inclinadas hacia adelante para que el ‘trail’ tenga el signo adecuado, y se curvan hacia adelante cerca del eje para que no sea excesivo, y conseguir un compromiso razonable de estabilidad/maniobrabilidad.
Y entrando en los detalles desagradables del tema, los reyes del mambo son Andy Ruina y Jim Papadopoulos, de Cornell, y Arend Schawb, de la T.U. Delft:
http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/bicycle_mechanics/overview.php http://bicycle.tudelft.nl/schwab/Bicycle/index.htm
Saludos Jaime,
Yo también leí el artículo al respecto de llevar una rueda girando en sentido contrairo para anular el momento angular, sin embargo creo (estoy 100% seguro y si no mi concepción de la física cambiará brutalmente) que es completamente erroneo.
El momento angular no se anula por tener una rueda girando en sentido contrario, de hecho decir eso es una barbaridad, ahí lo que tienen es dos ruedas girando una en un sentido y la otra en el otro, por lo tanto el efecto giroscópico se dobla, no se anula, ambas se opondrán a que cambien su sentido de giro.
Sería exáctamente lo mismo tener dos ruedas girando en el mismo sentido el efecto giroscopico se dobla.
La verdad es que tras leer lo de la anulación del efecto giroscopico mediante el añadido de una segunda rueda girando en sentido contrario dejé de leer el artículo por que me dió a entender que la gente que lo escribía no entendía los fundamentos físicos que subyacen a la física de un giróscopo.
por otro lado me parece que la conclusión es erronea puesto que si así fuera los monociclos serían todos ingobernables y sin embargo aquellos con una rueda grande son infinitamente mas estales en su movimiento:
http://www.youtube.com/watch?v=6SrY7gK5a08&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=ADY4bt2HtMY
En cuanto a Ruben… como bién dices no soy un velocista ni uso al moto!!! así que sí, me he dejado en el tintero todo lo referente a altas velocidades en bicis o motos, ya lo siento!!
Pero gracias por la aportación a ambos y oye, quizás Pedro o alguna otra persona puede corroborar o desmentir al respecto de la anulación dle momento angular mediante otra rueda
.
Rantamplan,
Pues yo nunca había leído el tal artículo; toda mi vida, en cole y Uni, me han dicho lo de los giroscopios y, puesto que sé que las ruedas lo son pero no cuál es la magnitud de su contribución, pensaba que ese efecto era el quid de la cuestión, pero hoy he aprendido algo nuevo. No veo barbaridades en el artículo y creo que te equivocas sobre las dobles ruedas. El momento angular es una magnitud angular y, efectivamente, si ambas ruedas tienen el mismo momento de inercia y giran a la misma velocidad angular, el momento angular total será nulo y, con él, el efecto giroscópico, no el doble que antes.
Por otro lado, en el artículo no se afirma –salvo que alguien me corrija, que se me puede haber escapado– que el efecto giroscópico no tenga consecuencias apreciables, sino que no es necesario para mantener la estabilidad en una bicicleta, ya que otros efectos son suficientes, y no se realiza medida alguna de contribuciones relativas. El autor afirma, de hecho, que se verifica que el efecto existe: al mandar su bicicleta “sin giroscopio neto” sin nadie que la maneje, se cae al suelo en un plis-plas, mientras que al hacerlo con las segundas ruedas “desactivadas” –es decir, con giroscopio neto como una bici normal–, la bicicleta sigue su camino durante un rato sin caerse. En sus propias palabras, “The light, riderless bicycle is stabilized by gyroscopic action, whereas the heavier ridden model is not”.
Es más, al final del artículo, en las conclusiones, dice (énfasis mío):
¿Mis conclusiones tras leer el artículo y pensar un rato? Que el efecto giroscópico existe en una bici, pero que si está sin “jinete” pesa suficientemente poco para que se note bastante, mientras que si hay alguien sobre ella, su contribución relativa disminuye en importancia frente a otros efectos. Desgraciadamente, el artículo no tiene medidas concretas ni un desarrollo matemático que nos diga la contribución relativa de cada efecto, y el autor así lo reconoce y demuestra así su buena fe… ¿alguien sabe de posteriores desarrollos de esto? ¿Estábamos en 1970 y no hay nada después?
Por cierto, los tiempos avanzan que es una barbaridad: http://www.thegyrobike.com/Gyrobike-HOW-IT-WORKS-s/83.htm
Buenas Pedro,
En estos momentos mis conocimientos físicos se tambalean (lo que no tiene por que ser malo) pero… ¡¡es que no peude ser!!! XDDDDDD
Entiendo que el neto del momento angular del sistema sea cero si existe una rueda girando en sentido opuesto que la otra, pero si el momento angular de un sistema es consecuencia de la inercia (que yo creo que lo es o si no tiramos mi artículo a la basura y punto pelota XDDD) entonces para tumbar ambas ruedas al suelo es necesario invertir el doble de energía debido precisamente a que la inercia tiene magnitud y sentido.
Pensemos en dos cuerpos de masa igual el uno al otro acercandolse a la misma velocidad el uno al otro siguiendo dirección norte-sur Un observador opina que el sistema tiene momento inercial cero (Masas iguales misma velocidad, misma dirección sentido contrario, suma 0).
Pero si el observador trata de cambiar la dirección del sistema de forma que se acerquen Este Oeste, debe invertir un trabajo en cambiar la dirección y sentido de ambos por que ambos se van a oponer al cambio de dirección por mucho que le expliques que tiene otro “alli” que va a cambiar de dirección en sentido contrario y por lo tanto el momento inercial va a seguir siendo cero.
La única forma de que esto no sea así es que una rueda “empuje” a la otra, lo que podría ocurrir en el ejemplo lineal si colisionaran entre ellas y se diera la casualidad de impactar en el ángulo preciso, pero en el caso de las ruedas pero eso no va a ocurrir por que ambas van en paralelo y ninguna quiere cambiar su dirección y sentido, luego no van a interaccionar entre ellas, vas a tener que tumbar ambas ruedas como si fueran independientes.
Os pondré un ejemplo mas visual de mis palabras, pensemos enel giroscopo del señor “don petit” del video anterior, en el video se ve como donpetit acciona el giroscopo agarrando el CD por lo tanto tenemos un CD girando dentro de una carcasa estática con un momento angular “no nulo” y se ve el efecto que se aprecia en el video.
Supongamos ahora que Don Petit accionara el CD y lo dejara en el aire, por acción y reacción la carcasa giraría en sentido contrario al CD por lo tanto para Don Petit el sistema “reproductor” tendría momento angular cero, según vosotros ese reproductor ya no sería un giroscopo.
Mi opinión es que ese sistema “reproductor” encendido, independientemente de que el momento angular para el observador sea cero o no, se comporta como un giroscopo debido a la acumulación de los momentos angulares de cada uno de sus componentes.
Ya me decis como lo veis por que ahora ya no se que pensar.
Wooohooo, tal cual: teneis razón, si el momento angular del sistema se anula el giróscopo no funciona:
http://www.youtube.com/watch?v=bzbVwiIeM0M
Así que mil perdones por decir que era una barbaridad y ahora a re-hacer mis esquemas mentales físicos por que esto me ha dejado trastocado ya pa un mes
.
Madre mia menuo shock me he llevado al ver el video, he tenio que verlo 3 veces pa asegurarme de que lo que veía era lo que creia que estaba viendo.
Ahora mismo no logro entender “por que” ocurre, cual es la interacción que lo hace posible pero la prueba es inegable, ahí está….
Mis más sinceras felicitaciones a este análisis. No se si tengas algún libro de referencia para esta serie, me encantaría echarle una mirada.
Una pregunta: A propósito de momento angular. Imagina una moneda o una rueda o que se yo girando avanzando sin ninguna fuerza en alguna dirección mientras rueda sin deslizar sobre cualquier superficie. Mientras avanza, su momento angular cambia, puede que no de magnitud pero si de dirección!!!!
Algo no me cuadra, de donde saca el torque para cambiar su momento angular… o será que la moneda o rueda eetará destinada a caer… le he metido ecuaciones a la cosa y aun no cuadra… Auxilio!
Antares, Una posible explicación que se me ocurre: Cuando la moneda está girando hacia un lado, la rueda se inclina. Por tanto, la fuerza de reacción del suelo y el peso, no están alineadas. Por tanto, se produce un par de fuerzas que hace que el momento angular no se conserve.
Si me explico mejor: Considera la moneda rodando sin deslizar y avanzando simplemente a velocidad constante sobre la superficie plana. A medida que avanza, su momentum angular cambia: su cambio no es de magnitud pero si de dirección, (en la dirección en la que se mueve la moneda). Si hay un cambio de momentum, hay un torque… ¿dónde está que no lo veo?
@Antares, lo que yo no veo es el cambio de momento angular por ninguna parte. L es paralelo al eje de giro de la moneda, es decir, perpendicular a la superficie de “cara y cruz” de la moneda, y lo sigue siendo todo el tiempo. No cambia su dirección, y si la moneda se mueve, como dices, a velocidad constante, tampoco su módulo, con lo que el vector es constante… ¿dónde está el cambio que ves? Creo que tu cabeza te está jugando una mala pasada al imaginarlo
@Rantamplan,
En tu ejemplo las bolas no están unidas. Las dos ruedas están unidas por un eje y forman parte de un objeto: cuando se intenta modificar la dirección, el objeto sufre dos fuerzas diferentes, una por parte de cada rueda, en sentidos contrarios, con lo que no se nota que haya ningún giro. Eso sí, sospecho que, si las ruedas tuvieran un L inmenso y trataras de girarlo según cómo, el eje sufriría fuerzas en sentidos contrarios una por cada extremo y seguramente se partiría, aunque la fuerza total fuese nula.
Rubén,
deduzco ahora ahora mismo (es decir, que no lo he pensado mucho, puedo estar equivocado) que precisamente en la inclinada estás en el punto en que tienes dos fuerzas actuando sobre ti:
-La gravedad, que tira hacia abajo. Como dices, transversal a la rueda, forzando los radios.
-La inercia/centrífuga, tirando hacia afuera de la curva (es decir, hacia arriba de la moto, intentando levantarla, como dice Jaime). También transversal a los radios, pero en el otro sentido.
Supongo que precisamente el punto en que tumbas pero ni llegas a caerte ni sales despedido hacia afuera de la curva es aquel en el que las componentes transversales de esas fuerzas se compensan y por eso los radios no se rompen.
¿Alguna incongruencia?
La tía no sé si será buena física, pero vendedora es cojonuda. Fijaos cómo le da golpecitos primero de un lado luego de otro… porque si la deja quieta, al final se acaba cayendo, como se ve cuando tira la bici y luego sale corriendo tras ella para recogerla antes de que caiga. En resumen, que no sustituye a las ruedinas. Si acaso, como complemento cuando quitas las ruedinas, pero aún se cae el infante a veces.
Claro, que eso no quita para que yo quiera una de esas, obviamente
Como molan los giróscopos. Cusiosamente, ahora tenemos unos giróscopos muy accesibles a todos: los discos duros portátiles. Los discos están girando en su carcasa. Si los levantas e intentas girarlos, notarás el efecto giroscópico (aunque leve, claro, porque el disco es bastante ligero). Si hacéis la prueba, que sea con mucho cuidado y suavidad, que los discos duros, si les das meneos fuertes, se rompen.
Pedro: necesitamos un artículo dedicado a los giróscopos.
Perdon Antares, no habia entendido la pregunta. En el caso que tu dices, al igual que Pedro no veo que haya un cambio en la dirección del momento angular. Este irá en dirección perpendicular a la superficie de la moneda en todo momento.
Puff, después de leelo todo 2 veces me he puesto a ver vídeos de cómo funciona un giroscopio (que nunca me había parado a intentar entender cómo funcionaba). Luego, otra curiosidad que siempre había tenido, como se usaban en los helicópteros.
No entendía que el simple hecho de girar un disco sirviese para algo: vale, intenta mantenerse en el eje de giro pero ¿y qué?. Después de ver un vídeo sobre como se montaba un giroscopio de un helicóptero de radiocontrol al fin lo he entendido. ¡¡Qué bonito es aprender!!
Eagle, quizá me equivoco, pero creo que giróscopo se usa con varias acepciones, todas relacionadas, pero todas diferentes:
1) El que estamos usando en este artículo.
2) Para medir el giro producido en algo. Ejemplo: coge un vaso de cocacola y échale un hielo. Luego pon un sensor pegado al vaso, que observe el hielo. Gira el vaso sobre sí mismo, y el hielo (junto con toda la cocacola) se queda donde estaba, de modo que desde el sensor puedes ver dónde está el hielo ahora, y con ello deducir cuánto se ha girado el vaso. Luego, bébete la cocacola.
3) Para girar cosas que están en el vacío. Para girarte tú, simplemente empujas con el pie en el suelo y te giras. Pero si eres un satélite que está orbitando en el vacío, no puedes empujar “contra el suelo”. Así que pones a girar un motor que está unido a ti por el cuerpo y a un contrapeso por el eje. Al girar el eje y el contrapeso, por acción-reacción, tú giras en el sentido contrario. Mágico. Si tienes 3 como ese, en x-y-z, puedes hacer cualquier rotación.
Los tres se llaman giroscopios, pero son cosas distintas. Supongo que desde el punto de vista físico todos son la misma cosa, pero según el contexto será una cosa u otra. En los helis de RC, los giróscopos electrónicos se refieren a los 2º (aunque creo que en algunos helis se utiliza el significado número 1, y de ahí el que ambos se llamen así, creo que los giróscopos electrónicos se han impuesto sobre los puramente mecánicos). El giróscopo mide cuánto se ha girado el helicóptero, y si se ha girado demasiado sin recibir ninguna orden desde la emisora, acelera/frena el rotor de cola para volver a llevarlo a su sitio.
Che, chabon, el articulo esta bueno, pero deja de usar esas expresiones que solo se entienden en España, salame de cuarta! Saludos cordiales, Claudio
Claudio, no estoy de acuerdo contigo, salvo que alguna de esas expresiones haya hecho difícil entender alguno de los conceptos del artículo; creo que, en general, Rantamplan ha usado esas expresiones intentando darle un poco de gracia a frases que no son fundamentales.
Los localismos, si no son incorrecciones ni oscurecen conceptos, dan un toque personal al texto y, en mi opinión, lo enriquecen. Es cierto que hay giros que suenan raros cuando no son los de tu tierra –a mí me resultan especialmente “distintos”, por alguna razón, los argentinos–, pero también son graciosos… todo es acostumbrarse.
Pero claro, para gustos, colores
Me he divertido “la bola”1 con esto.
1: Expresión que significa “Muchísimo”
Gran articulo que ha despertado un gran debate… Un experimento ideal para determinar cuanto influye el efecto giroscopo de las rueda en una bicicleta con una persona arriba a gran velocidad: bastaria con hacer las rueda fijas.. que no rueden.. (como diría Rantamplan: “Queee ruedads que no ruedan!!!”) jaja.. claro.. que entonces no debería haber rozamiento, podriamos imaginar una superifcie ideal (excluyo el hielo ya que el hielo es aspero y los patines derriten una pequeña porcion para deslizarse y no sabria si este efecto arruina mi experimento). En fin.. con una superficie sin rozamiento ideal y anadando a buena velocidad , digamos 20 km/h, podria ir derecho y evitar caerme solamente con correcciones del manubrio sobre la rueda delantera???
Me gustaría saber qué pasaría si en lugar de ser los ejes paralelos fuesen paralelas las ruedas de los dos giroscopios. Quiero decir que imaginemos que los dos ejes estuvieran sobre la misma recta y las ruedas fuesen paralelas entre sí. ¿Se produciría el mismo fenómeno de anulación de los efectos o el de la suma de los efectos giroscópicos que preveía Rantamplán?
Muy amena y entretenida la lectura!!!
un saludo
El momento angular (efecto giróscopo) de las ruedas no tiene nada que ver con la estabilidad de la bici. En realidad es el movimiento del manillar el que estabiliza la bici. De hecho es imposible manejar una bicicleta con el manillar fijo. Saludos y a estudiar física !!
Articulo muy interesante y didáctico.
Con unos conocimientos de Física muy imitados, quisiera añadir unas preguntas sobre el efecto giroscópico que no logro comprender:
Entiendo que, una peonza aguanta el equilibrio por el mismo efecto. Mantiene una fuerza giroscópica que la hace mantenerse erguida. ¿verdad?
No recuerdo bien que objeto era, era algo que cuando giraba a altas revoluciones, pasaba de la posición horizontal a la vertical. Creo que este objeto estaba colgado del techo. Según este articulo, el efecto giroscópico debería dejarlo estabilizado en su posición inicial, a no ser que se le aplicase una fuerza? No recuerdo bien el objeto, pero quizás tiene que ver donde se aplicaba la fuerza para hacerlo rotar. Quizás no estaba en el centro?
-En una recta, por muy rápido que vayas, si repartes mal el peso, hace que se incline la bicicleta y te acabes cayndo de no corregirlo. Entiendo gracias a tu articulo que, el efecto giroscópico, hace que se necesite una fuerza mayor a altas velocidades para poder inclinar la bicicleta. Así que, lo que te ayuda a mantener erguida la bici es la fuerza giroscópica, Pero una vez le has aplicado una fuerza, no recuperará esa posición por si misma?, ya que como indicas, aun estando inclinada, la fuerza giroscópica actuaría igual en el grado de inclinación que trabaja en la cuerva?. Entiendo que, en las cuervas, la bici no se cae, no por la fuerza giroscópica, sino por la inercia que lleva la bici hacia el exterior de la curva. El efecto giroscópico tan solo hace que sea más difícil variar la inclinación de la bici/moto. ¿Es correcto?
Si una bici tuviera motor, y esta se suspende de un cable del techo, de manera que esta estuviera inclinada x grados. Si se le da suficiente velocidad a las ruedas, ¿tendería a ejercer algún tipo de fuerza?.
En los helicópteros radio-control, se les instala un giroscopio. Este corrige la fuerza que hace que la cabina tienda a girar en el mismo sentido de la hélice. Y no solo eso, también detecta cuando hay una ráfaga de viento, o cuando tu lo mueves con la mano. Detecta cualquier fuerza que se le aplica que no provenga de la hélice, dando fuerza al rotor de cola para contrarrestarla, y que el helicóptero se mantenga siempre estable. Es algo que no llego a comprender como lo realiza. Vi los vídeos de petit hace tiempo, fueron interesantes, pero no me llegaron a ayudar a entender esto.
Y la última pregunta. las power ball (Creo que se llaman así), que dándoles unos giros de muñeca, haces que gire su interior a altas revoluciones, generando una fuerza que tienes que contrastar con la mano para que no salga disparada. Teniendo que contrarrestarlo con la muñeca. Lo curioso es que, si sueltas la power ball, esta no sale disparada, pareciendo mucho más calmada a la impresión que te daba en la mano. Viendo la powerball, parece que tenga dos aros que giran, uno vertical, y otro horizontal, y que encima estos van rotando en conjunto. Puede que tenga que ver con el efecto de las bicis saltarinas, ya que, con la muñeca, has de acompañar de manera sincronizada la fuerza que esta ejerciendo.
Un saludo, David.
El giróscopo (de los del 2º tipo que decía en el comentario de arriba) está midiendo el movimiento de guiñada (SAQI: a izquierda y derecha), y si la guiñada es hacia la izquierda, acelera el rotor de cola (y si es a la derecha, decelera el rotor de cola) (1).
Pero entonces, ¿cómo gira el heli? Si este giróscopo estuviera siempre compensando el movimiento de guiñada, aunque el piloto diera al mando de guiñada no haría nada, ¿no? Pues muy sencillo: es que no simplemente mide el giro y lo corrige, sino que también monitoriza la señal del canal 4 (que es el mando de guiñada) y en caso de que el giro sea producido por esa señal, lo permite, pero si el giro es producido por cualquier otra cosa (fundamentalmente el viento), lo corrige. Es algo electrónico (aunque no sé si antaño fuera puramente mecánico), y últimamente probablemente incluso programado en un microcontrolador.
David López: el giróscopo no se usa exactamente para compensar el torque del rotor principal (que es lo que dices en la primera frase). Bueno, no pero sí… pero de forma astuta. El problema es que si simplemente pusiera el rotor de cola al X% del principal, entonces cualquier imperfección del diseño haría que no se compensase el torque, o cualquier ráfaga de viento te lo giraría. Así que giróscopo no es exactamente para hacer esa compensación, sino para hacerla de forma astuta, adaptativa. Es decir, más lo que dices en la 2ª frase que en la 1ª. Por eso en realidad los giróscopos de RC también reciben el canal 3 (el del rotor principal) y lo usan en sus cálculos.
(1) O aumenta el paso de una hélice de paso variable, el efecto es el mismo.
Casualidad hoy he leido esto y me he acordado del artículo: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/04/how-to-keep-a-riderless-bike-fro.html Si no lo he entendido mal, parece que el factor giroscopo no es tan importante como se pensaba.
“Pardiez”, esto debe de ir por mí:
“…Pedro tienes unos lectores muy exigentes, me tienes por lo menos que duplicar el sueldo (y unos escritores que están un poco “p’allá” que hablan consigo mismo en sus artículos)”
Hace tiempo que no me conecto y no sé si algún que otro autor le ha dado por hablar consigo mismo… pero a mí seguro.
Tirando puyas a los puristas del lenguaje… ¿Eh? 
En fin, veo que tendré que acostumbrarme a la vulgar interjección que empleas para expresar tu contrariedad (me refiero a “mierda”). Todo sea para que nuestro “enfant terrible” mantenga altos el donaire y frescura en sus artículos.
Muy bueno también éste, por cierto.
Sigo con el de Antares, a ver si me pongo al día.
P.D. ¡¡¡¿¿¿Suedo???!!! ¿Cómo que sueldo?
Gracias por los comentarios, me alegro que os gustara el artículo, he estado fuera toda la semana pero todavía tengo pendiente actualizar el artículo conlos últimos “avances científicos recientemente descubiertos por mi” (que el resto ya los conocían).
¡Un saludo!
–Rantamplan–
Gracias J. Me aclaras del todo como rectifica, que variables se utilizan en el giroscopio. Pero una cosa, que me intriga muchissimo, es como llega a detectar esto?. Como detecta esa variación, y encima la corrige precisamente dejando la posición del helicoptero intacta. (en los giroscopos dcentes claro). Entiendo que detecta desplazamientos de micras, y la corrige muy rápido aplicando la fuerza contraria en cola, ya sea por rotor, o paso de pala. La verdad que me parece una pasada. ¿Como llega a detectar ese desplazamiento de manera tan precisa?. Me asombra.
Saludos de nuevo!.
Ya con el artículo actualizado (y a la espera de que Pedro le de el visto bueno) deciros que en principio este ha sido mí último artículo de física extraña, tengo entendido que hay gente que va a seguir con la serie con otros temás así que la serie no se quedará muerta (y ya sabeis que si quereis aportar podeis hacerlo).
Con la de tiempo que ha pasado desde que se publicó no se quién leera este comentario pero bueno, decir que espero que os hayan gustado los artículos (con sus más y sus menos).
Un saludo:
–rantamplan–
David López: preguntas “como mido el giro en general” o “exactamente cómo lo mide este mierdicacharrito que solo cuesta 20€”? Si es lo segundo, no lo sé. Por lo que he leído hacen vibrar un cristal piezoeléctrico y luego miden el efecto Coriolis del giro. O algo así. Ya te digo que no lo sé. En algún lugar antes de llegar a la palabra “Coriolis” ya me he perdido.
Por si acaso te referías a lo primero, te voy a dar un par de ideas, pero seguro que pensando se te ocurren algunas.
Método 1 o “del flotador” o “el vaso de cocacola sofisticado”. Metes un flotador en un líquido, y un sensor óptico que detecte la posición del flotador. Por ejemplo, dibujándole rayitas de colores al flotador o algo así, y contando rayitas (algo como los ratones antiguos de bola). Al girar el helicóptero, el líquido (con el flotador) se mantiene inmóvil, y midiendo su posición deduces el giro que se ha producido.
Método 2 o “Doppler”. ¿Conoces el efecto Doppler? Si no lo conoces, vete a leerlo antes de seguir (http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Doppler). Hacemos una “C” de fibra óptica y metemos un láser por una de las terminaciones de la C. Medimos la longitud de onda en la salida y si es igual a la del láser, es que el cacharro está quieto. Si es mayor o menor, es que está girando (hacia el lado que corresponda). En realidad, dado que la velocidad de la luz es altísima, no se usa una sola C, sino un mogollón de vueltas de fibra, porque si no no seríamos capaces de detectar la variación de la longitud de onda.
Por cierto: acabo de descubrir que técnicamente se llaman acelerómetros. Claro: acelero-metro, medir aceleración (angular). Aunque lo de giroscopio también me cuadraba (giro-scopio, mirar el giro). ¡Toma ya, y sin saber griego ni nada!
Gracias por la respuesta J. No entendí bien la técnica del efecto doopler. Sabía acerca de la variación de la percepción del sonido según la distancia y velocidad respecto al oyente, tras leer el enlace, me doy cuenta que es cualquier tipo de onda, osea con luz también hay variación, tal como me indicas. Intento relacionarlo, pensando que dándole tantas vueltas le dan longitud, pero no entiendo como variarían la medición según la posición del giroscopo, no se si habrán cristales estratégicamente colocados en el interior. Gracias igualmente, ya me puedo hacer una mejor idea.
Y gracias por el articulo Rantamplan!
David López,
El sistema de la C de fibra óptica no mide la posición absoluta, sino la velocidad angular en un momento dado (que es lo único que puedes deducir del efecto doppler). Pero si sabes una posición inicial, y puedes medir el tiempo, deducir la posición final es trivial.
David Jones
He leído el post bastante después del último comentario, pero bueno, a ver si reabro un poco el debate. No he leido el artículo de David Jones al que hace referencia Jaime, pero creo que no hay que descartar totalmente el efecto giroscópico como responsable (en parte al menos) en el equilibrio de la bici. Por un lado la prueba con la rueda que gira en sentido contrario no sé si especifica el artículo si gira al doble de velocidad para contrarrestar también el giro de la rueda trasera. De lo contrario el efecto giroscópico de la rueda trasera podría ser el responsable de mantener la bici en equilibrio. Otra cosa que me hace pensar en el mismo sentido son los rodillos en los que algunos ciclistas entrenan o hacen calentamiento, http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle_rollers. En estos rodillos la bicicleta está parada, nada la sujeta y la única manera de mantener el equilibrio es cuando las ruedas giran. No sé si el trail puede explicar el equilibrio en este caso
Y otra cosa sobre el efecto giroscópico, cuando se va en moto (en bici también se nota pero bastante menos). Cuando haces contramanillar la moto comienza a inclinarse hacia el lado contrario y a girar (tomando la correspondiente curva) hacia el lado hacia el que se inclina. Mientras mantengas la fuerza con que haces contramanillar la moto seguirá inclinándose, y cerrando más el giro en consecuencia. Lo interesante es que la moto gira, pongamos hacia la derecha, mientras tú sigues haciendo contramanillar hacia la izquierda y al mismo tiempo se sigue inclinando más. Yo creo que esto descarta la interpretación de Jaime de que primero es la fuerza centrífuga la que tumba la moto y luego es la geometría de la dirección la que hace que el manillar “apunte” hacia donde se toma la curva unha vez iniciada esta. Pero hay más. Cuando quieres enderezar y levantar la moto, lo que tienes que hacer es, de nuevo, contramanillar, esta vez en el mismo sentido en el que estás girando. Y mientras mantengas el contramanillar la moto irá perdiendo inclinación, hasta enderezarse. Si a partir de ahí mantienes el contramanillar empezaras a inclinarte hacia el lado contrario. Además hay un aspecto que tiene que ver con la sensación que da el hacer contramanillar, aunque esto es más subjetivo, claro. Si se iniciase una curva en el sentido del contramanillar y fuese la fuerza centrífuga la que tumba la moto en el sentido contrario, el conductor sentiría esa misma fuerza que lo tumba a él también, pero lo que notas es que es la moto la quiere inclinarse y la que “te lleva con ella” en su inclinación
Uffff!
Hoy he dedicado la tarde a leer el artículo de David Jones y también los de Andy Ruina y Jim Papadopoulos, de Cornell, y Arend Schawb, de la T.U. Delft, además de ver los vídeos y de hacer unas pruebas con mis propias bicis.
He sacado dos conclusiones:
1) Que las bicis son un invento del demonio. Me rio de las escobas voladoras de Harry Potter, esas las entiende cualquiera.
2) No se debería dejar montar en bici a nadie antes de que se haya doctorado en física y a su vez haya tenido hijos. Es un vehiculo demasiado peligroso… y difícil de manejar.
Bueno, y alguna conclusión más, como que varios comentarios anteriores que parecen contradecirse entre si quizá tengan un poco de razón cada uno.
Sigo sin tener claro cual es la causa predominante de la estabilidad de las bicis más o menos convencionales.
El artículo de Jones deja claro que la bici se puede mantener en equilibrio sin efecto giroscópico gracias al famoso “trail”. Aunque también dice que la bici sin efecto giroscópico no mantiene la estabilidad cuando se lanza sin piloto.
Además el articulo de Ruina y los demás establece que incluso una bici sin efecto giroscópico y con “trail” negativo puede ser estable y, de hecho construyen un modelo con esas características. Al mismo tiempo reconocen que no son capaces de indetificar ningunha condición simple necesaria y suficiente para que una bici sea estable.
Y luego las pruebas que hice con mis bicis. Tengo dos de carretera y una de montaña. La de montaña y la más ligera de las de carretera parecen las más estables. La otra de carretera, que es un poco más pesada y lleva ruedas con más perfil de llanta (por lo que, en principio, debería tener más momento angular a igual velocidad) tendía a caer algo antes.
Aunque mis experimentos son muy de andar por casa, (no tenía mucho recorrido y era algo estrecho, por lo que, a veces, tenía que volver a coger la bici antes de que se fuera contra la pared) me dió la impresión de que las tres bicis una vez se inclinan hacia un lado y comienzan a girar, no tienen tendencia a volverse a enderezar, si no que continuarían girando en el mismo sentido hasta que la perdida de velocidad las hiciera caer. La bici menos estable se inclinaba más rápidamente y daba la sensación de que se iba a caer pronto, pero el comportamiento era parecido en todas. Es algo parecido, por cierto, a lo que ocurre con la bici amarilla al principio de este vídeo de uno de los autores (Ruina) https://www.youtube.com/watch?v=84Wczsi4vHg
Pero el caso es que esta tendencia a recuperar la rectitud si parece ser la clave de la estabilidad en ambos artículos, aunque esta conclusión mía puede ser errónea, claro.
Y sigo sin encontrar (ni conseguir imaginar) nada que explique el equilibrio de la bici en el rodillo que no sea la estabilización que puedan generar las ruedas al girar.
Eso si, dicen (yo nunca lo he probado) que es más difícil mantener el equilibrio en el rodillo que rodando normalemente, esto podría deberse a que en el rodillo es necesario alcanzar mayor velocidad de giro de las ruedas para estabilizar la bici, precisamente porque el efecto giroscópico es el único que entra en juego.
En fin, menudo mamotreto de comentario que me ha salido. Gracias a cualquiera que lo lea. Espero haber contribuído por lo menos con alguna pregunta interesante.
Con esta serie estamos aprendiendo muchísimo. Sobre todo también por el gran contenido de los comentarios. Yo recuerdo que cuando estudié mecánica, el profesor nos lo dejó muy claro: las fuerzas giroscópicas no tenían mucha influencia en la estabilidad de una bicicleta.
Reconozco que no le creí mucho, pero con la lectura de este artículo, ya sí que le doy la razón.
Enhorabuena, Rantamplan y gracias por tu dedicación
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