¿Cómo puede un camión de 5,000 libras remolcar 10,000 libras?

Espera, ¿eso no desafía la física? No Tim McCaig / iStockPhoto

¿Alguna vez ha visto con asombro cómo una camioneta remolca una gran carga de ladrillos? Si pensaba: "¡Vaya, eso desafía las leyes de la física!" estarías equivocado.

Lo crea o no, las leyes de la física (o más específicamente, las leyes del movimiento) en realidad permiten que un camión de 5,000 libras (2,268 kilogramos) remolque una carga de 10,000 libras (4,536 kg). Es parte de la interacción entre la energía ejercida por el motor del camión y las fuerzas de la gravedad. Sin embargo, esto no es poca cosa; Si recuerda la Tercera Ley del Movimiento de Newton, sabrá que desde el momento en que su camión comienza a moverse, hay fuerzas que se oponen a él en cada paso del camino..

Si comprende la física de la conducción, comprenderá la física del remolque. De hecho, existe una forma bastante sencilla de ver el proceso.

Hay tres estados en los que su camión puede entrar cuando se trata de conducir y remolcar: reposo, aceleración y velocidad constante. Cuando la transmisión de su camión está estacionado y su camión está parado, se considera en reposo. El empuje gravitacional hacia abajo hacia el centro de la tierra y el empuje hacia arriba desde la tierra (llamado fuerza normal) se oponen entre sí para mantener su camión en reposo. Su camión se quedará quieto; después de todo, un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo.

Pero no quieres descansar, quieres remolcar. Esto significa que debes superar esta tendencia a descansar fuerza aplicada. Afortunadamente para usted, su camión tiene un motor que puede producir energía, que sirve como la fuerza aplicada necesaria para que se mueva. Si bien las fuerzas opuestas normal y gravitacional aún permanecen, para acelerar tendrás que lidiar con las fuerzas de fricción. En lugar de subir y bajar, estas fuerzas existen paralelas al suelo y empujan en la dirección opuesta a la forma en que desea moverse. No puedes tomar un descanso en cuanto a física, ¿verdad??

¿Con nosotros hasta ahora? Bueno. Siga leyendo para aprender más sobre la física del remolque..

Tómalo, amigos. Aquí es donde se produce el par. Hill Street Studios / Getty Images

Hay dos tipos de fuerzas de fricción que actúan en su contra mientras conduce su camión.. Fricción estática es la fricción que encontrarán sus neumáticos antes de llegar al umbral de movimiento. Una vez que sus ruedas comienzan a moverse, el umbral de movimiento se ha cruzado y sus neumáticos ahora deben lidiar con friccion kinetica -- o en el caso de una rueda, fricción rodante. Para acelerar, la fricción estática debe superarse mediante la aplicación de fuerza, pero este no es el caso de la fricción por rodadura. En cambio, el objetivo es acelerar hasta que la fuerza aplicada sea igual a la cantidad de fricción de rodadura aplicada a los neumáticos. Una vez que la cantidad de fuerza aplicada coincide con la cantidad de fricción de rodadura, ha alcanzado el punto de velocidad constante. Es posible que lo conozca como velocidad de crucero: ese punto en el que no está acelerando o desacelerando, simplemente viajando felizmente.

Toda esta charla sobre física no valdría mucho si no fuera por la forma en que su automóvil usa la fuerza aplicada del motor para impulsar su camión por la carretera. Lo hace produciendo esfuerzo de torsión, que es la energía que hace girar una rueda sobre su eje. La fuerza aplicada creada por su motor se distribuye a las ruedas de su camión a través de la transmisión, que hace girar el eje de transmisión y distribuye el torque a las ruedas..

El par es diferente de la energía que se necesita para mover algo a lo largo de un plano horizontal. Piénselo de esta manera: digamos que tiene una moneda de veinticinco centavos en el borde que desea rodar por el pasillo. Puede empujar el borde con el dedo en un movimiento de arriba hacia abajo para que se mueva hacia adelante o un movimiento de abajo hacia arriba para que ruede hacia atrás. Acaba de aplicar torque. Ahora intente mover el cuarto hacia adelante sin rodarlo. No funciona muy bien, ¿verdad? El cuarto simplemente patina a lo largo de la superficie, lo que hace que sea difícil de controlar; no es una forma muy eficiente de moverse. Este es el desafío que se le presenta a su camión cada vez que conduce: avanzar sin patinar.

Parece bastante simple; se presiona el pedal del acelerador y el motor distribuye el par al eje de transmisión que hace girar el eje y, a su vez, las ruedas. Pero si el motor produce demasiado torque, sus neumáticos superarán la fricción de rodadura que encuentran en la carretera y patinarán inútilmente (y posiblemente peligrosamente). Lo que quieres es que tu llanta nunca se salga de la carretera.

Suena un poco extraño, pero cuando su camión se conduce correctamente, la parte inferior de la llanta, literalmente donde la goma se encuentra con la carretera, permanece en reposo. Lo que constituye la parte inferior de los neumáticos cambia, ya que todos los puntos de la banda de rodadura tienen la oportunidad de servir como parte inferior del neumático a medida que completa una rotación completa. También lo hace la ubicación de la parte inferior del neumático en relación con la carretera. Pero, en lo que respecta a la gravedad y la fuerza normal, la parte inferior del neumático está en reposo, ya que nunca sale de la carretera..

Entonces, ¿qué diablos tiene todo esto que ver con el remolque? Mucho. Verás lo que queremos decir en la página siguiente..

Siempre que el peso esté distribuido equitativamente, este camión debería poder remolcar más del doble de su propio peso. Alexander Hafemann / iStockPhoto

-Todo lo que acaba de aprender sobre cómo la física hace que su camión se mueva sin problemas se puede extrapolar al remolque..

Si tiene tracción en las cuatro ruedas, los cuatro neumáticos están conectados a los ejes de transmisión y, por lo tanto, reciben par para moverlos. Si solo tiene tracción trasera o delantera, no tema: el torque distribuido a sus ruedas motrices hará que las ruedas que están a lo largo del viaje también se muevan. Dado que están conectados a su camión, estas ruedas se moverán cuando las ruedas motrices comiencen a hacerlo. El peso debe distribuirse uniformemente en todo el camión, lo que significa que cada rueda, ya sea que esté conectada a un eje de transmisión o no, enfrenta un desafío similar..

Dado que sus neumáticos están donde la goma se encuentra con la carretera, o, más bien, el punto donde la fuerza de gravedad que presiona hacia abajo en su camión se encuentra con la fuerza normal que empuja hacia arriba contra ella, aquí es donde se distribuye el peso. Si el peso se distribuye de manera uniforme, entonces la fuerza normal que encuentra también se distribuye de manera uniforme, ya que la fuerza normal es proporcional a la masa de su camión. Esto significa que la fuerza normal que encuentra cada neumático es aproximadamente una cuarta parte de la masa de su camión. Esta distribución equitativa de la fuerza conduce a una cantidad igual de fuerza estática y luego cinética que cada neumático encuentra cuando se mueve desde su posición de reposo hasta la aceleración y finalmente la velocidad constante. Entonces, el par que es suficiente para mover una rueda los moverá a todos. Si el peso de su camión no se distribuye por igual, los neumáticos que soportan menos peso patinarán o se deslizarán a medida que el par que reciben supera en lugar de igualar la fricción de rodadura que encuentra en la carretera..

Esto es tan cierto con los cuatro neumáticos de su camión como con dos o cuatro neumáticos más que agregará cuando arrastre un remolque. Eso es porque, en lo que respecta a las leyes de la física, cuando su remolque está conectado a su camión se considera una sola unidad. La masa del camión y la masa del remolque comparten una masa combinada. Esto significa que la distribución del peso sigue siendo importante. Si se distribuye correctamente, los neumáticos, ya sean cuatro, seis, ocho o 50, enfrentarán la misma cantidad de fricción a medida que cruzan el umbral y aceleran..

Entonces, ¿cómo puede un camión de 5,000 libras remolcar una carga de 10,000 libras? La respuesta corta es que no puede, a menos que tenga el tipo de enganche adecuado. Si consulta el manual del propietario de su camión, verá que su camión tiene dos capacidades de remolque: una para peso muerto y otra para peso remolcado. También notará que el límite de peso muerto es aproximadamente el mismo peso que su camión, mientras que la capacidad de peso remolcado es casi tres veces mayor. La razón es que las capacidades de peso remolcadas requieren un enganche especial que, lo adivinó, distribuye el peso del remolque entre las ruedas del remolque y del camión..

-El peso adicional del remolque requiere que el motor del autocar trabaje más para producir más torque del que se requiere cuando el autocar viaja sin trabas. Pero si el peso se distribuye correctamente tanto en el remolque como en el autocar, la fricción estática de cada neumático será igual. Entonces, ya sea un camión que pesa 5,000 libras moviéndose por la carretera, o uno que está remolcando una carga de 10,000 libras, siempre que el motor pueda producir suficiente torque para girar las ruedas motrices sin superar la fricción de rodadura en la carretera, todas las demás ruedas lo harán. seguir.

Para obtener más información sobre el remolque y otros temas relacionados, visite la página siguiente.

Gracias

Un agradecimiento especial al Dr. William Skocpol y Craig Freudenrich, Ph.D. por su ayuda con este artículo!

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Fuentes

• Skocpol, William, PhD. Catedrático de Física, Universidad de Boston. Correspondencia personal. 31 de octubre de 2008.
• Townsend, Ben. "Fricción estática y cinética". Universidad de Alaska, Fairbanks. Otoño de 2002. http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/Ben_Townsend/StaticandKineticFriction.htm