Análisis profundo: la verdad física detrás de un kilogramo por debajo del muelle y diez encima
Al discutir sobre el montaje de llantas, a menudo escuchamos que los veteranos dicen: “Un kilo debajo del muelle y diez kilos encima”. Aunque esta afirmación puede estar algo exagerada en términos numéricos, su lógica física es indiscutible.
Este artículo continuará con el concepto de “inercia rotacional” mencionado anteriormente, descomponiendo aún más la física detrás de la dinámica vehicular.
¿Qué es el peso sobre y bajo la suspensión?
El peso del vehículo puede dividirse de forma aproximada en dos mitades utilizando los amortiguadores (las muelles del sistema de suspensión) como límite:
- Masas suspendidas: El peso soportado por la suspensión, que incluye el chasis, motor, transmisión, pasajeros y equipamiento interior.
- Masa no suspendida: El peso que no está apoyado por la suspensión y se mueve directamente con las irregularidades de la carretera, como los neumáticos, llantas, pinzas de freno, discos de freno y parte del brazo de control de dirección.
¿Por qué el peso no montado es tan letal?
Cuando el vehículo pasa por un bache, las llantas son lanzadas hacia arriba. En ese momento, los amortiguadores deben volver rápidamente a presionar la rueda contra el suelo para mantener la adherencia.
Si su llanta es muy pesada (con una masa suspendida alta), según la segunda ley de Newton, la energía cinética con la que rebota hacia arriba será considerablemente grande; el amortiguador necesitará más tiempo y un mayor esfuerzo para contrarrestarla. Esto hará que la rueda permanezca en el aire por más tiempo, provocando una pérdida momentánea de adherencia del vehículo y haciendo que las sensaciones al conducir sean muy resbaladizas o rígidas.
Reducir el peso colgante permite que el sistema de suspensión reaccione con mayor agilidad, haciendo que los neumáticos se adapten mejor a la carretera; esto es fundamental para mejorar la manejabilidad.
3. Inercia de giro: ¿Por qué el aceleración se siente pesada?
Cuando aumentamos el tamaño de la llanta, incluso utilizando técnicas fundidas ligeras, todavía podemos enfrentar el problema del “peso inicial”. Todo esto está relacionado con la energía cinética de rodadura.
Una rueda que está rodando posee simultáneamente dos tipos de energía cinética: la «translacional» y la «rotacional». La fórmula para su energía cinética total es la siguiente:
\[{E}_k=\frac{1}{2}m v^{2}+\frac{1}{2} I{\omega }^{2}\]En la fórmula, $\frac{1}{2}mv^2$ es la energía cinética del movimiento hacia adelante de las ruedas, mientras que $\frac{1}{2}I\omega^2$ corresponde a su energía cinética de rotación (donde $I$ representa el momento de inercia y $\omega$ la velocidad angular).
En la modificación de los llantas, lo más difícil que se puede superar es el momento de inercia ( I ). Para un objeto anular, la fórmula simplificada del momento de inercia es ( I \approx mr^2 ). Puedes ver cómo el radio ( r ) tiene una influencia al cuadrado!
Cuando se actualizan las llantas de 17 pulgadas a 19 pulgadas, el material metálico se desplaza hacia un borde más alejado del eje (el radio $r$ aumenta), y junto con el aumento de peso provocado por los neumáticos de mayor tamaño, todo ello ocurre en la parte más distante del eje. Esto significa que incluso si la masa total $m$ disminuye, debido al efecto amplificador de $r^2$, el momento de inercia global $I$ aumenta drásticamente. El motor debe consumir más energía para superar $\frac{1}{2}I\omega^2$: esa es la verdad física detrás del hecho de que las llantas ligeras y grandes hacen sentir al conductor un arranque débil.