Todos los amantes del motor recordarán el viejo circuito de Monza, con ese enorme peralte en una de sus curvas, o tal vez los óvalos peraltados que se usan en algunas competiciones norteamericanas, como la Indy 500 o la NASCAR. Además, todos los conductores pasan a diario por curvas peraltadas sin ni siquiera pensar en ello.
Pues bien, en este artículo te contaré todos los secretos detrás de estas curvas y trataré de que comprendas toda la física que hay detrás de ellas.
¿Qué es un peralte?
El peralte de una curva o camino es la inclinación o desnivel lateral que se le da a la superficie de la vía. En caso de ser en una curva, ésta inclinación irá desde el centro de la curva subiendo hasta la parte externa de la curva. Se diseña de esta manera para mejorar la seguridad y la comodidad de los vehículos que circulan por la carretera, especialmente en curvas de alta velocidad, como la de los circuitos de competición. Es decir, en definitiva, con peralte nos referimos a la elevación de la parte exterior de la carretera con respecto a la parte interior de la curva…
¿Para qué sirve?
El objetivo principal del peralte es contrarrestar la fuerza centrífuga que actúa sobre un vehículo cuando toma una curva a alta velocidad. Esta fuerza tiende a empujar el vehículo hacia afuera de la curva, lo que puede provocar pérdida de control o derrapes. El peralte ayuda a redirigir parte de esta fuerza hacia el centro de la curva, permitiendo que los vehículos mantengan una trayectoria más estable.
Puedes ver estos peraltes en todo tipo de vías, tanto en caminos, carreteras, autovías, autopistas, así como en circuitos de competición pavimentados y no pavimentados. En todos ellos con el mismo objetivo que he descrito en el párrafo anterior. Además, no solo se encuentra en las curvas, también puede extenderse a la recta previa y posterior de la curva e ir disminuyendo de forma progresiva.
La física tras el peralte
La fuerza centrífuga aparente que parece actuar sobre un objeto en movimiento en un sistema de referencia no inercial, es decir, un sistema que está acelerado o rotando. Es una consecuencia de la inercia y el movimiento relativo en un sistema acelerado. Actúa en dirección opuesta a la aceleración centrífuga, que es la aceleración que experimenta un objeto cuando se mueve en un círculo o una trayectoria curva. Esta fuerza ficticia parece empujar los objetos hacia afuera desde el centro de rotación en un sistema en movimiento circular. Por tanto, cuando un vehículo toma una curva a una velocidad constante, experimenta una fuerza hacia afuera conocida como fuerza centrífuga. Esta fuerza es el resultado de la inercia del vehículo que lo empuja a moverse en línea recta, a lo largo de su trayectoria previa, en lugar de seguir la curva.
Es decir, en nuestro objeto, el vehículo en este caso, actúan varias fuerzas sobre él, como se puede ver en la imagen anterior, como:
- Fuerza Normal = reacción del plano N.
- Fuerza de rozamiento = fuerza del rozamiento de los neumáticos con el asfalto.
- Peso = m·g (masa por la gravedad).
Simplificando, en el eje vertical no hay aceleración, teniendo una situación de equilibrio, puesto que el coche ni sube ni baja:
Ncosθ=Frsinθ+mg
Mientras que en el eje horizontal, simplificando y aplicando la II Ley de Newton para el movimiento circular uniforme, tenemos:
Nsinθ+Frcosθ=mv2/R
Por tanto, el vehículo comenzará a deslizar en la dirección radial, es decir, hacia afuera de la pista, cuando la Fr=μN. Y teniendo en cuenta las dos ecuaciones:
N(cosθ–μsinθ)=mg
N(sinθ+μcosθ)=mv2/R
Despejando de estas fórmulas, para calcular la velocidad máxima a la que puede circular el vehículo por la curva sin salirse, se tiene que aplicar la siguiente fórmula:
Para poner un ejemplo, imagina un coche que circula por una curva de una carretera cuyo radio es de 400 m. Se estima que el coeficiente de rozamiento entre las ruedas del vehículo y el asfalto en seco es de 0.65. Si se tiene en cuenta que la curva es plana, es decir, no tiene peralte, la velocidad máxima a la que podría circular sin salirse es:
v = √ (400 · 9.8 · 0.65) = 50.47 m/s = 181,692 km/h
En cambio, si la curva tiene un peralte de 15º, entonces la velocidad aumenta a:
v = √ [400 · 9.8 · (sin 15 + 0.65 · cos 15 / cos 15 – 0.65 · sin 15)] = 66 m/s = 237,6 km/h
Como puedes ver, la velocidad aumenta de forma considerable cuando existe un peralte…