Enemigos de la eficiencia: la masa desplazada

  el 30 de October de 2011

Ariel Atom (456 kg)

Hablamos continuamente de la eficiencia, entendida como maximización de prestaciones con el mínimo consumo energético y emisiones contaminantes. Siempre hay nuevos avances en motores de combustión, en baterías, en materiales… que consiguen reducir más y más emisiones y consumos, pero no solemos hablar de los factores que impiden o limitan esa mejora en el consumo energético de cualquier vehículo. No solemos hablar, en definitiva, de ineficiencia.

Conocer cuales son los enemigos de la eficiencia resulta vital para tener claros los terrenos esenciales de investigación y desarrollo, al tiempo que nos ayudará a comprender mucho mejor los propios avances tecnológicos y a tener un marco de referencia, un criterio, con el que distinguir el camino acertado a largo plazo de las soluciones de moda pero con poco recorrido.

me gustaría derribar algunos mitos sobre los supuestos beneficios de conducir un coche más pesado, obviamente con argumentos científicos y no con más mitología

Existen muchos factores que limitan la eficiencia de un vehículo, pero hoy voy a centrarme en uno de los más importantes y conocidos, al tiempo que mal entendidos: la masa desplazada. Como principal objetivo, con este y otro artículo que seguirá próximamente, me gustaría derribar algunos mitos sobre los supuestos beneficios de conducir un coche más pesado, obviamente con argumentos científicos y no con más mitología.

Por cierto, masa es la cantidad de materia que contiene un cuerpo y peso es la fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre él. Técnicamente son cosas diferentes y es la masa el concepto clave en relación al movimiento, no el peso.

No obstante, existe una “equivalencia” entre masa y peso en nuestra experiencia diaria como habitantes de la superficie de la tierra por lo que, quien se sienta más cómodo, puede remplazar la palabra “masa” por “peso” cada vez que se mencione (yo mismo lo haré en algún momento). Mientras no se intente aplicar a algo muy alejado del nivel del mar, como un satélite en órbita o el planeta Marte, no habrá problema.

Comprendiendo las leyes de Newton: masa es sinónimo de inercia

Ariel Atom (456 kg)

Primera ley de Newton: “Todo cuerpo en reposo sigue en reposo a menos que sobre él actúe una fuerza externa. Todo cuerpo en movimiento continúa moviéndose con velocidad constante a menos que sobre él actúe una fuerza”.

Segunda ley de Newton: “La aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza externa que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa“.

Cuánto acelere un objeto sometido a una fuerza sólo depende de dos cosas: de lo fuerte que lo empujemos y de su masa. La fuerza juega a favor y, en la misma medida, la masa juega en contra.

Lo que nos dicen las dos primeras leyes de Newton (existe una tercera que completa la mecánica clásica, pero ahora no nos hace falta) es algo extremadamente sencillo: las cosas no se mueven solas, hay que empujarlas para acelerarlas o frenarlas (lo que entendemos por frenar es una aceleración negativa y tiene el mismo tratamiento físico que la positiva).

Cuánto acelere un objeto sometido a una fuerza sólo depende de dos cosas: de lo fuerte que lo empujemos y de su masa. La fuerza juega a favor y, en la misma medida, la masa juega en contra (los rozamientos y otras fuerzas implicadas se tienen en cuenta restando a la fuerza aplicada para componer una fuerza total, neta).

Para duplicar la aceleración de un objeto podemos hacer dos cosas: duplicar la fuerza que le aplicamos o dividir por dos su masa; el efecto será el mismo

Ojalá todas las leyes de la física fueran tan fáciles de entender y tan fáciles de aplicar. Todo el mundo comprende intuitivamente las dos primeras leyes de Newton (ningún objeto se mueve por sí solo, y es más fácil mover un objeto ligero que uno pesado). Otras leyes de la física que también rigen nuestro universo son apenas entendibles y en absoluto perceptibles por nuestros sentidos pero, por suerte, no es el caso de la mecánica clásica.

Lo que poca gente tiene realmente claro es que la masa de un objeto que pretendemos mover se opone a ser movida con el mismo “empeño” con el que la fuerza aplicada pretende moverlo. Y esta es la clave. Para duplicar la aceleración de un objeto podemos hacer dos cosas: duplicar la fuerza que le aplicamos o dividir por dos su masa; el efecto será el mismo.

Nada ni nadie pude eliminar el efecto de la masa como oposición a la aceleración … lo que sí podemos hacer son coches más ligeros, claro

La masa es vital, realmente vital, y es sinónimo de inercia entendida como resistencia a cambiar de velocidad (acelerar y frenar). La masa es lo único que impide que aceleremos y frenemos, si despreciamos todos los rozamientos que penalizan la fuerza aplicada.

Nada ni nadie pude eliminar el efecto de la masa como oposición a la aceleración, pues se trata de una ley absoluta. Lo que sí podemos hacer son coches más ligeros, claro.

Los cambios de dirección: girar también significa acelerar

Ariel Atom (456 kg)

Ha quedado claro que un cuerpo que acelera lo hace en contra de su propia naturaleza, siempre por acción de una fuerza externa que le obliga a ello, y que la masa de ese cuerpo es lo que limita su aceleración. Pero no pensemos que, una vez en movimiento, ya está todo resuelto. Las curvas existen, y requieren aceleración.

Los coches más pesados tienen, proporcionalmente a su masa, mayor dificultad para cambiar de dirección

Un coche que traza una curva a velocidad “constante” tiene, en realidad, que estar sometido a una aceleración centrípeta (en caso contrario, se saldría por la tangente como hacen los políticos ante preguntas sobre la crisis económica).

Esa aceleración centrípeta es provocada por una fuerza centrípeta y, de nuevo, la masa del coche se opone a esa aceleración en la misma medida que antes. Los coches más pesados tienen, proporcionalmente a su masa, mayor dificultad para cambiar de dirección (trazar curvas). Esta mayor dificultad ha de ser superada a base de suspensiones, neumáticos y distribución de esa masa, pero nunca deja de estar ahí.

El problema dinámico de “no querer dar curvas” es tan importante como el de “no querer acelerar ni frenar” (de hecho, es el mismo problema) y ese es exactamente el efecto físico directo e inevitable de la masa en nuestro coche.

Por supuesto que podemos equipar el vehículo con un potente motor y un elaborado esquema de suspensiones, dirección, frenos… que oculten el problema al conductor, pero no podrán evitar que la eficiencia del vehículo sea inferior a otro que, con la misma tecnología, fuese más ligero. Eso es lo que hay que tener claro.

Conclusiones

La eficiencia energética se puede mejorar de muchas maneras, pero las leyes de la física están y estarán siempre presentes, limitando de forma inapelable los posibles progresos de la tecnología en determinadas direcciones.

si queremos caminar hacia la eficiencia energética en el transporte, más nos vale hacerlo con propuestas simplificadas

De entre todos los enemigos de un vehículo eficiente la masa desplazada es, probablemente, el de mayor calado. Sus efectos son directos y letales sobre la capacidad de un vehículo para moverse, perjudicando, por definición, cada uno de los apartados dinámicos de cualquier vehículo.

Por todo lo anterior, si queremos caminar hacia la eficiencia energética en el transporte, más nos vale hacerlo con propuestas simplificadas de vehículos que ahorren toda la masa desplazada posible.

En Tecmovia: Los falsos mitos de la masa desplazada | 10 años de Segway: reflexiones sobre diseño industrial y movilidad sostenible | El vehículo del futuro: Jeep de 1940. Conceptos básicos de simplificación para un propósito

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