Nociones básicas de Física aplicadas
a las coasters
Aceleración:
Los objetos que cambian su velocidad o su dirección se dice que aceleran. En
algunas atracciones, como son las coasters, se caracterizan por un rápido
cambio de velocidad y dirección. Las coasters tienen grandes aceleraciones. En
cambio, las atracciones como un carrusel, tienen pequeñas aceleraciones: la
velocidad y dirección de los pasajeros cambia de forma gradual.
Fuerzas equilibradas y desequilibradas:
Una fuerza se considera equilibrada cuando sobre un objeto actúan dos o mas
fuerzas de modo que son exactamente iguales en intensidad pero en sentido
contrario, de forma que se anulan. Por ejemplo, mientras lees estas líneas y
estas sentado, tu sillón ejerce una fuerza hacia arriba de igual intensidad pero
en sentido contrario a la fuerza de la gravedad. Estas dos fuerzas se anulan y
se equilibran. Si de repente te quitan el sillón, la fuerza de la gravedad
seria la única que actuaría sobre ti, existiendo una fuerza desequilibrada,
provocando tu caída hacia el suelo.
Fuerza Centrípeta:
El movimiento a lo largo de una curva o en circulo es siempre provocado por
una fuerza centrípeta. Es una fuerza que tira del objeto hacia el centro de su
giro. La Luna orbita a La Tierra con movimiento circular porque existe una fuerza
gravitatoria que tira de La Luna hacia el centro de su orbita.
En un looping de una coaster, los pasajeros son empujados hacia el centro
virtual de dicho looping, por fuerzas resultantes del asiento, (en la parte mas
baja del looping), y por la fuerza de la gravedad, (en la parte más alta del
looping).
Energía:
La Energía se presenta en multitud de formas. Las dos más importantes en
relación con los parques de atracciones son la Energía Cinética y la Energía
Potencial. En ausencia de fuerzas externas, como la resistencia del aire y la
fricción, la cantidad total de energía de un objeto permanece constante. En
una coaster, la Energía potencial se transforma rápidamente en Energía
cinética en el momento de la caída, y a la inversa en el momento siguiente
cuando alcanza de nuevo la siguiente colina.
Fuerza:
Una fuerza es una tracción o empuje sobre un objeto. Las fuerzas resultan de
la interacción de dos o mas objetos. Muchas interacciones implican contacto
entre ellos. Si tu empujas un muro, el muro te empuja a ti. No obstante existen
fuerzas en las que no hay contacto entre los objetos, como es la fuerza
gravitacional. En una caída libre existe una fuerza entre tu cuerpo y la tierra,
que es la fuerza de la gravedad, pese a no haber contacto entra ambos.
Fricción:
Es una fuerza que ofrece resistencia al movimiento de un objeto. Aparece como
consecuencia de la interacción de dos superficies en contacto que se deslizan
una sobre la otra. Al igual que cuando accionas los frenos de tu vehículo, el
movimiento de las ruedas queda bloqueado por la fricción producida por los
discos de freno.
G:
Una G es una unidad de aceleración, igual a la aceleración causada por la
fuerza de la gravedad. La fuerza de la gravedad hace que los objetos caigan
hacia el suelo a una aceleración de 10 m/sg. cada segundo, es decir 10 metros
por segundo al cuadrado. Si se dice que un objeto experimenta 3 g's de
aceleración, quiere decir que ese objeto esta cambiando su velocidad a razón
de 30 m/sg. cada segundo.
Fuerza Gravitacional:
Dos objetos, independientemente de la masa que tengan se atraen entre si por
una fuerza llamada gravitacional. Dicha fuerza depende tanto de la masa de los
objetos como de la distancia que los separen. Para objetos con masas como la
Tierra o el Sol, estas fuerzas tienen una tremenda influencia en el movimiento
resultante. Para objetos como puedan ser dos personas sentadas en un cine, la
fuerza gravitacional entre ellas es tan pequeña que es insignificante. Para
aumentar dicha fuerza de atracción, dichas personas deberían aumentar sus masas
corporales. Los objetos en la superficie de la Tierra experimentan una notable
atracción debido a la enorme masa del planeta.
Inercia:
Es la tendencia que tiene un objeto a cambiar su estado de movimiento. Cuanto
mas masa tiene el objeto mas INERCIA tiene, debido a que oponen mayor
resistencia a modificar su movimiento en la dirección en que lo hacen. Un
elefante tiene mucha inercia, por inercia. Si se encuentra en estado de reposo,
ofrece mucha resistencia para cambiar dicho estado de reposo. En el otro extremo
tenemos un lápiz, el cual tiene muy poca inercia. Es fácil mover un lápiz de
la posición de reposo. Por tanto cuanto mas masa tiene un objeto mas inercia
tiene, y por ello se requiere mas mas fuerza para cambiar su estado de
movimiento.
Energía Cinética:
Es la energía que posee un objeto en función de su movimiento. Todos los
objetos que se mueven tiene una cantidad determinada de energía cinética. La
cantidad de dicha energía depende tanto de la masa como de la velocidad del
objeto. Un carro de una coaster tiene mucha energía cinética, ya que tiene
mucha masa y se mueve muy rápido. En general, la energía cinética de un
pasajero alcanza su máximo valor en la altura mas baja del recorrido.
Masa:
La masa de un objeto es la medida que indica la cantidad de material de que
esta compuesto ese objeto.
Momento:
Se define momento como la cantidad de movimiento que tiene un objeto en un
punto determinado de su recorrido. Cualquier masa que se encuentre en movimiento
tiene momento. De hecho, el momento depende de la masa y la velocidad, o en
otras palabras, lo que se mueve a la velocidad a la que se mueve. Un carro de la
coaster moviéndose a alta velocidad tiene un momento muy grande. Una pelota de
tenis moviendose a alta velocidad tiene menos momento. Y el edificio en el que
te encuentras, a pesar de su enorme masa, no tiene momento porque se encuentra
en reposo.
Primera Ley de Newton sobre el movimiento:
Los objetos siempre permanecen en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme
a menos que una fuerza cambie su estado de movimiento. A la tendencia que tienen
los objetos de mantener su estado de movimiento se la llama inercia.
Segunda Ley de Newton sobre el movimiento:
El cambio en el estado de movimiento de un cuerpo se debe a la
acción de una fuerza la cual es directamente proporcional a la aceleración (la
medida del cambio en su estado de movimiento) del cuerpo. La constante de
proporcionalidad entre ambas magnitudes se conoce como masa del cuerpo y es una
medida de su inercia es decir de su "resistencia"a la aceleración.
F
neta
=
m
a
Tercera Ley de Newton sobre el movimiento:
Si un cuerpo "A" ejerce una fuerza sobre otro cuerpo "B",
el cuerpo "B" ejerce una fuerza de igual magnitud y en sentido
contrario hacia el cuerpo "A". Esta Ley es conocida como La Ley de la
Interacción o Principio de Acción-Reacción.
Periodo:
Un movimiento que se repite en ciclos se dice que es periódico. El tiempo
que tarda en cumplir un ciclo completo se conoce como Periodo del movimiento. La
rotación periódica de La Tierra sobre su eje es de 24 horas. El movimiento
periódico de una atracción pendular en un parque temático puede tener un
periodo de entre 10 o 15 segundos.
Energía potencial:
Es la energía que tiene un cuerpo dependiendo de su altura respecto del
suelo. Dicha energía depende de su masa y de su altura. El carro de una coaster
es inicialmente arrastrado por un motor y un sistema de cadenas a lo alto de la
primera caída, recibiendo por ello una gran cantidad de energía potencial.
Velocidad:
La velocidad es la medida de como se mueve de rápido un objeto. Los objetos
que se mueven a altas velocidades pueden cubrir mayores distancias en menores
cantidades de tiempo. Un carro de una coaster que se desplace a 100 km/h sería
capaz de recorrer 100 kilómetros en una hora si pudiera mantener esta velocidad
de forma constante.
Es una magnitud que además tiene ubicación en el espacio, es decir, puedes
desplazarte a X velocidad en dirección Norte, por ejemplo. Es muy importante
para evitar la colisión de los carros.
Peso:
El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la
masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se
mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza,
etc.
Ingravidez:
Los parques de atracciones a menudo producen sensaciones de ingravidez. Dicha
sensación se produce cuando los pasajeros no sienten ningún tipo de fuerza
actuando sobre sus cuerpos. En lo alto de una torre de caída libre, una persona
que pese 90 kg. recibe tanto la fuerza de la gravedad tirando hacia el suelo,
como la fuerza de reacción del asiento, la cual lo empuja hacia el cielo.
En ese punto, la persona es capaz de sentir su propio peso, pero que sucede
cuando de repente su asiento desaparece de debajo de su cuerpo. Entonces no
siente ningún tipo de fuerza, y experimenta una sensación de ingravidez por la
falta de la fuerza que sobre su cuerpo ejercía el asiento |
