El centro de gravedad. Que es? Para qué sirve?

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La preocupación máxima de todo fabricante es lograr un vehículo cuyo comportamiento sea irreprochable , en principio los factores que inciden en el comportamiento del vehículo dependen de tres variables que son :

Posición del centro de gravedad, eje tractor, y diseño de suspensión.

 

 El centro de gravedad o baricentro es un punto teórico, imaginario (no está marcado en lugar alguno de la carrocería) variable (su posición se modifica en función de los diversos pesos que se introducen en el vehículo) y en el que se aplican teóricamente todas las fuerzas que actúan en el vehículo, en resumen es aquel punto donde se podría suspender un vehículo y mantendría el equilibrio. La posición idónea del baricentro de un vehículo es el centro geométrico del mismo , y con los elementos de mayor peso (motor , caja de cambios , diferencial) lo más agrupado posible sobre ese punto teórico. Entonces hasta acá en resumen “El auto ideal sería aquel donde el centro de gravedad (lateral y vertical) estuviera en el centro del auto, esto agregado con una buena suspensión nos daría un vehículo muy neutral y fácil de maniobrar a altas velocidades” (Pero ya que el motor tiende a estar en la parte delantera del auto (con la excepción claro del MR2, NSX, Lambo’s, Ferraris, y otros con motores traseros o al centro) el centro de gravedad se ubica más adelante). 

 

Naturalmente que no siempre es posible esta distribución de los pesos , por habitabilidad y estructura del vehículo. Esta distribución de los pesos sobre el centro de gravedad va a determinar un factor importante del comportamiento del vehículo : su momento polar o lo que se conoce comúnmente como SUBVIRACIÓN o SOBREVIRACIÓN . Un vehículo es subvirador o sobrevirador según su comportamiento en trayectoria curva.
SUBVIRA cuando se va de trompa y SOBREVIRA cuando se va de cola , cuando el eje longitudinal del vehículo gira sobre el baricentro (centro de gravedad) , si gira en el mismo sentido que la curva SOBREVIRA , y si es en sentido contrario a la curva SUBVIRA. Esta característica en uno u otro sentido o su neutralidad (comportamiento ideal) es importantísima desde el punto de vista de la seguridad.

Entre más alto se encuentre el centro de gravedad, mayor transferencia de peso (carga vertical) ocurre. Para entender mejor esto piense en un Karting donde el centro de gravedad está muy al centro y es muy bajo lo que se traduce en mejor estabilidad, y una Van o Mini Van donde el centro de gravedad es muy alto y los convierte en vehículos muy inestables.
Algo que se puede hacer para mejor la suspensión en términos de transferencia de peso es claro, reducir el peso. A menor peso, menor transferencia del mismo.
 

El centro de gravedad.

 Que es? Para qué sirve?

Un poco de Física básica para comprender algo mejor las reacciones del automóvil.

De acuerdo, para manejar un vehículo no es necesario ser científico de la NASA. Sin embargo, para conducir con un poco de seguridad sí que resulta útil tener frescos algunos conceptos básicos, muy elementales, sobre lo que supone mover un objeto a una cierta velocidad y pretender que su ruta se ajuste al trazado que le proponemos.
Lo primero que hay que tener en cuenta es que un coche se mueve porque nosotros se lo ordenamos. Si no le hacemos nada, el coche se queda como estaba: quieto en su lugar de estacionamiento. Otra cosa es que se nos lo lleve la grúa municipal. Pero quitando estas excepciones, un vehículo sólo se mueve por nuestra voluntad.
El coche reacciona a nuestras acciones como conductores. Por eso no tiene sentido decir que “el coche se nos va”. Cuando un coche “se va”, hay que pensar que algo le habremos hecho para que se vaya. Cuanto más claros tengamos algunos de los principios físicos que rigen al poner un cuerpo en movimiento, mejor sabremos elegir nuestras acciones para tener controladas las reacciones de nuestro vehículo.


Cuando un objeto se pone en movimiento influye sobre él una fuerza llamada la inercia. Dicho de forma llana, la inercia es la resistencia que opone el objeto a detenerse. Poniendo un paralelismo, sería lo que “tira de nosotros” cuando nos lanzamos por una pendiente, intentamos parar en seco y nos resulta imposible sin precipitarnos hacia adelante. Esa inercia puede afectar a su movimiento en un plano longitudinal (en la dirección de la marcha), transversal (perpendicular a la dirección de la marcha) o vertical (lo cual no siempre significa perpendicular al suelo). En cualquier caso, hay que tener en cuenta que, como ocurre con las fuerzas, la inercia sólo sabe moverse en línea recta, por lo que no entiende de curvas. Dicho de otra forma, una inercia longitudinal excesiva al inicio de una curva es una mala compañera de viaje. Y si es transversal, también.
La inercia será mayor cuanto mayor sea la energía cinética que acumule el vehículo en movimiento. Y esta energía depende de la masa del vehículo y la velocidad a la que se desplace. La fórmula que define esta energía es Ec=1/2mv2 (con perdón), lo cual significa, sencillamente, que cuanto más pesa un vehículo (cuanto mayor es su masa), más energía cinética acumula. Y cuanto mayor es su velocidad, mucho mayor es esa energía cinética. El hecho de que la velocidad se multiplique por sí misma (en la fórmula aparece elevada al cuadrado) indica que cuando este factor aumenta se disparará la cantidad de energía cinética que acumule el vehículo.


Hay que tener en cuenta que la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma. Por eso, para que un vehículo se detenga, habrá que transformar toda la energía cinética que haya acumulado al moverse. Normalmente esta energía se transforma en calor por efecto de la fricción de los elementos de frenado, por el rozamiento de las ruedas contra el asfalto y por el rozamiento de toda la carrocería contra el aire que la rodea.
Cuanta más energía acumula un vehículo, más espacio necesitará para transformar su energía cinética hasta detenerse.

Lógico, ¿verdad? Y si sufre una colisión, los daños que experimente el vehículo serán mayores, puesto que la energía cinética se transformará de forma violenta mientras el vehículo reduce su velocidad de forma precipitada.
Dicho de otra forma: el hecho de que un coche pese más que otro no garantiza una mayor seguridad, puesto que la masa del vehículo es uno de los factores determinantes en la acumulación de energía cinética. El otro, evidentemente, es la velocidad, y lo es en mayor medida. Esa garantía de seguridad que a veces se atribuye a los coches grandes vendrá dada en realidad por el dominio de la velocidad y por el diseño del vehículo, que influirá especialmente en la capacidad del automóvil para adherirse al suelo.
En el terreno de la adherencia hay un concepto útil para comprender las reacciones de un vehículo: el centro de gravedad. Se entiende como centro de gravedad el punto de aplicación de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo. Cuanto más bajo esté localizado, mayor adherencia tendrá el vehículo sobre el terreno. Pero este centro de gravedad sólo es estable cuando el vehículo circula a velocidad constante y en línea recta. Al acelerar, al desacelerar y al girar el centro de gravedad se desplaza.
Es lo que se denomina transferencia de masas. Cuando aceleramos, el centro de gravedad se transfiere a la parte posterior del vehículo. La parte anterior se eleva y la posterior baja: es lo que se llama encabritado.

Por el contrario, al frenar el coche experimenta un hundimiento por la parte frontal mientras que la parte posterior tiende a levantarse. Al girar, se aprecia un movimiento de balanceo: el vehículo se agacha por un lado y se eleva por el opuesto. Si el coche ha acumulado mucha energía cinética, la transferencia de masas será brusca con el consiguiente riesgo de pérdida de adherencia.


Pero, ¿qué es la adherencia? Es la capacidad que tiene el vehículo de mantenerse en contacto con el suelo. De la adherencia dependerá que el vehículo disponga de una capacidad de tracción y direccionabilidad sobre un terreno concreto. Y que el vehículo mantenga su adherencia vendrá condicionado por la masa y velocidad del vehículo, la calidad de los neumáticos y el estado del suelo.
Hay que tener en cuenta que la adherencia se manifiesta en dos sentidos: longitudinal y transversal. La adherencia longitudinal funciona siempre a costa de la adherencia transversal, y viceversa.

 

Cuando aceleramos o frenamos echamos mano de la adherencia longitudinal. Cuando giramos, utilizamos la adherencia transversal. Si empleamos toda la adherencia longitudinal, por ejemplo porque frenamos de forma brusca, nos quedaremos sin adherencia transversal y el vehículo no podrá girar aunque haya una curva. Si por contra utilizamos toda la adherencia transversal, el vehículo no podrá avanzar longitudinalmente siguiendo la carretera, por lo que podría salirse de la vía.
Lógicamente una conducción suave y progresiva es una buena garantía para la seguridad. Pero no hay que olvidar la importancia de cuidar el sistema de suspensión y las ruedas, muy especialmente los neumáticos. Sin unos neumáticos en buen estado no tendremos adherencia, perderemos la capacidad de tracción y direccionabilidad y nuestro automóvil quedará a merced de las leyes de la Física. Dicho de otra forma, si no cuidamos nuestras ruedas no podremos garantizar que llevaremos el vehículo adonde nosotros queremos y quizá acabaremos diciendo que el coche “se nos va”.

 

¿Por qué es tan importante el centro de gravedad?

Pues porque es el punto donde se aplica la fuerza de gravedad. Esto quiere decir que la gravedad de la tierra afecta a nuestro coche como si estuviera estirándolo hacia abajo desde el centro de masas.
El punto de aplicación de una fuerza es importante, ya que nos dice hacia qué dirección estamos provocando un giro. Supone por un segundo que levantamos un poco el lateral de nuestro coche, tal y como vemos en la siguiente imagen.
 

Las ruedas del otro lado quedan como punto de apoyo. A causa del rozamiento, este punto de apoyo será más o menos fijo, por lo que el coche tenderá a girar en torno a él. En este primer ejemplo, como el coche está poco inclinado, el centro de gravedad (el punto amarillo) aún queda a la derecha del punto de apoyo. Por lo tanto, el peso tenderá a hacer girar el coche en el sentido de las agujas del reloj, tal y como indica la flecha naranja. Es decir, el coche volverá a estar sobre sus cuatro ruedas. No hay vuelco.

Veamos qué pasa si inclinamos el coche mucho más.

En este caso, el centro de gravedad queda a la izquierda del punto de apoyo. Es decir, ahora el peso hará que el coche tienda a girar hacia la izquierda. Hay vuelco.

Por supuesto, queda justo el caso intermedio, que el centro de gravedad quede por encima justo del punto de apoyo. En este caso, el coche permanecerá a dos ruedas. Es algo muy difícil de hacer, ya que el equilibrio es muy inestable. Sólo está al alcance de grandes especialistas, que tienen que ir corrigiendo la trayectoria continuamente para evitar que el coche caiga a alguno de los dos lados.

Otra consecuencia de todo esto es que, cuanto más bajo se encuentre el centro de gravedad, más tendrá que girar para que llegue a volcar. Lo podemos entender fácilmente mirando el siguiente diagrama.


Para un mismo ángulo de inclinación, vemos como los tres puntos superiores ya han sobrepasado el punto de apoyo. Si el centro de gravedad estuviera ahí, este objeto volcaría. Es decir, cuanto más alto esté el centro de gravedad, más fácil será que el vehículo vuelque.
Este es el motivo por el que es mucho más fácil que vuelque un camión. Sin ser mucho más anchos que los turismos (recordad que la ley impone un límite de 2.55m), son mucho más altos, lo cual hace que su centro de gravedad esté más arriba.
Igualmente, un todo terreno también volcará mucho más fácilmente que un turismo. Si bien hay modelos cuya cabina no es mucho más grande que la de un turismo, por construcción tienen los bajos más altos (para evitar piedras y maleza, supongo).

 

Conclusiones:

El centro de gravedad de nuestro vehículo no es un punto fijo, su posición exacta cambia si variamos la distribución de pesos en el interior del mismo. No será lo mismo si vamos solos en el coche, que si se sienta nuestro obeso suegro (o peor, la suegra) en la parte de atrás. Y mucho menos si llevamos la baca a rebosar.

El centro de masas es un punto de nuestro vehículo tal que está en medio de su masa. Es decir, a su derecha queda tanta masa como a su izquierda; y así en cualquier dirección. Igual que antes, pero cambiando masa por peso. Muy a menudo ambos conceptos se confunden porque, en la mayoría de situaciones, el peso es proporcional a la masa.

Cuando hablamos de objetos muy pequeños, no necesitamos hacer distinción entre el centro de masas y el de gravedad. Están prácticamente en el mismo lugar.
 

 

 

 

 

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