Montaña rusa en física

Written by Joel BarcelóSunday, 25 February 2007 06:08

Las montañas rusas como el Dragón Khan no funcionan con motores. Su propulsión se debe principalmente a la fuerza de la gravedad. De forma simplificada, en una montaña rusa se sube un vagón/cochecito a un punto muy alto y después se lo deja caer. Ciertamente todas las subidas, bajadas, loops y giros han de estar muy bien calculados para queel vagón ¡no se quede a medio camino!
Energía potencial y cinética
Cuando el vagón se encuentra en su punto más alto de la montaña rusa acumula "energía potencial". Después, esta energía se transforma en "energía cinética". Es decir, movimiento. Cuando el vagón sube un tramo vertical, gana energía potencial, que después reconvierte en energía cinética al bajar.
Fricción
El rozamiento entre lasruedas del vagón y las vías hace que una parte de la energía potencial se transforme en calor, que calienta estas piezas, con detrimento de la energía cinética. Si no hubiera esta fricción, la energía potencial acumulada al comienzo sería suficiente para completar cualquier recorrido siempre que no hubiera ningún tramo más alto que el punto de partida.
Velocidad y aceleración
En cada instante, elvagón trae una velocidad determinada. Por ejemplo, el Dragón Khan en algunos puntos de su circuito alcanza 110 km/h. Esto quiere decir que si se moviera siempre a esta velocidad, le haría falta una hora para hacer un desplazamiento de 110 km. Aun así, a lo largo del recorrido la velocidad varía muy a menudo. Estas variaciones de velocidad se denominan aceleraciones. Cuidado: una desaceleración noes nada más que una aceleración negativa, es decir, una reducción de la velocidad. La aceleración puede ser cero aunque el vagón vaya a gran velocidad (si es que ésta velocidad no varía).
Movimiento de un proyectil
Un objeto lanzado con una cierta velocidad horizontalmente al aire, sigue desplazándose paralelamente al suelo, pero al mismo tiempo experimenta una aceleración hacia bajo, debida ala fuerza de la gravedad. Por esto, su trayectoria se encorva resiguiendo una línea característica denominada parábola. Algunos tramos de las montañas rusas simulan esta trayectoria, y por eso nos dan la sensación de estar encima de un proyectil.
Plano inclinado
Bajando este tramo de la atracción, el vagón no sigue el camino parabólico natural. Las vías hacen una fuerza sobre el vagón que equilibraparcialmente la de la gravedad. Aun así, cuanto más inclinada es la bajada, más importante es la contribución de la fuerza de la gravedad en la dirección del movimiento. Por eso, cuanto más inclinado es un tramo, mayor es la aceleración que experimenta el vagón.
Fuerza centrípeta
Cuando el vagón entra en un loop se ve obligado a cambiar su trayectoria para reseguir las vías. La fuerza que lasvías ejercen sobre el vagón se denomina "centrípeta", porque se orienta hacia el centro del loop. Es el mismo tipo de fuerza que mantiene un planeta en órbita o que actúa sobre un coche que toma una curva.
Inercia
El tramo final es horizontal. Como no hay ni subidas ni bajadas, el vagón no debria acelerar ni desacelerar. Debería seguir moviéndose indefinidamente con velocidad constante, por inercia.Aun así, el vagón se para: la desaceleración se debe al rozamiento.
Caída libre
¿Qué me dices? ¿Crees que caerá antes una cabina cargada de personas gordas que una llena de personas delgadas? La aceleración que las cabinas experimentan debido a la gravedad es igual en los dos casos. Por lo tanto, deberán caer al mismo tiempo. Pero, además de la fuerza de gravedad, el rozamiento con el airetambién actúa sobre las cabinas. Si no hubiera aire, una cabina cargada de plumas caería al mismo tiempo que una cargada de plomo.
Velocidad límite
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Efectivamente, la fuerza de fricción aumenta proporcionalmente a la velocidad de los cuerpos que caen. Cuanto más rápido van, mayor es esta fuerza que se opone a su movimiento. Llega un punto en qué la...