16 junio, 2024

LA FISICA EN EL TRANSPORTE

Ejemplo cotidiano.

En cada medio de transporte se aplican muchas fuerzas que tienen que ver con la física, y gracias a ellas es que nos podemos movilizar en autos, aviones, barcos, y a pie. Para comenzar estan los autos, buses y motos, que solemos usar todos los dias y a veces ni nos damos cuenta de la relacion que estos vehiculos tienen con la fisica. A primera vista se puede notar como en los vehiculos de tierra actuan al menos 4 fuerzas cuando estan en movimiento, el peso, la normal, la friccion y la fuerza que logra hacerlo avanzar.

Para colocarnos un poco en tema; el peso es una fuerza dirigida siempre hacia abajo, debido a que es la fuerza ejercida por la gravedad, es decir, hacia el centro del planeta. Muchas personas piensan que cuando ponen algún objeto en una balanza están midiendo su peso, cuando en realidad están determinando su masa.

La fuerza normal (o N) se define como la fuerza que ejerce una superficie sobre un cuerpo apoyado sobre ella. Esta es de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie

La fuerza de friccion o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto.

La fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos particulas o sistema de particulas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales.

A partir de estas pequeñas definiciones, podemos analizar el comportamiento de un vehiculo que transporta mercaderias de consumo masivo en una ruta.

El vehiculo debe transportar 1500kg de alimentos de una ciudad a otra, a una distancia de 122km de diferencia.

La hora de llegada que se estimó al cliente fue a las 10:00am, calculando un tiempo de viaje de aproximadamente 2h a 60km/h a velocidad constante, siendo prudente (asegurando la seguridad tanto del vehiculo como de la carga) la hora de partida fue programada para las 7:54am para llegar a tiempo. Durante el primer kilometro el ingreso a la ruta estaba bastante cargado de trafico, el cual tardo 5 min en recorrerlo ingresando a las 7:59am a la ruta con la velocidad la velocidad programada de 75km/h.

Durante el primer tramo del trayecto, el vehiculo recorrio 61km a las 9:00am y le restaba recorrer los otros 61km en la hora restante. Todo iba bien hasta que desde la empresa avisaron al camión que a las 9:30am iban a cerrar el puente de ingreso a la ciudad debido a una manifestacion, por lo tanto debia apresurar la entrega y disminuir el tiempo de viaje.

La solucion que el conductor del vehiculo utilizo para resolver el problema fue la de aumentar la velocidad al doble, para reducir el tiempo a la mitad del segundo trayecto.

Del km 61 al km 62 aumento durante 1 min la velocidad de 60km/h a 120km/h y recorrio los 60 km restantes en 30 min llegando puntual en la entrega.

¿Como podemos analizar este ejemplo?

El primer trayecto desde el km 1 hasta el km 61 se realizo a velocidad constante. El movimiento del vehiculo es lo que en la fisica se llama un Movimiento Rectilineo Uniforme, el cual no hay variacion de Velocidad (por lo tanto no hay aceleracion).

El minuto intermedio que recorrio el km 61 al km 62, hubo variacion de velocidad, la cual paso de 60km/h (16.67 m/s) a 120km/h (33,33m/s) en 1 min. Esa variacion de velocidad es la aceleracion y puede calcularse utilizando la formula “a=?V:?t” = a = 16,67m/s : 60s = 0,27m/s2. Este movimiento del vehiculo al variar uniformemente la velocidad, tiene una aceleracion constante de 0,27m/s2, se llama Movimiento Rectilineo Uniformemente Variado.

Ahora si, durante el ultimo trayecto, si analizamos la velocidad a la que iba y la distancia el camion lo recorre a una velocidad constante de 120km/h , pudiendo hacerlo en un tiempo de 30 min los 60km que le restaban recorrer para realizar la entrega.

Ahora, sabiendo que la carga es de 1500kg, y la masa del vehiculo son de 500kg, ¿que fuerza se le debe realizar al vehiculo para que pueda obtener una aceleracion de 0,27m/s2?

La respuesta es simple, hay que tener en cuenta, que la fuerza que hace que cambie la cantidad de movimiento del vehiculo, es el resultado de la sumatoria de las fuerzas explicadas al principio de este articulo.

Sabemos que la fuerza Normal es es la fuerza ejercida por la gravedad, y es de igual magnitud y dirección, pero de sentido contrario a la fuerza ejercida por el cuerpo sobre la superficie (en este caso el Peso). Al ser las 2 de igual magnitud y distinto sentido, estas se anulan.

Luego tenemos la fuerza de rozamiento que podria decirse que es la fuerza de friccion que el asfalto realiza con los neumaticos. Sabiendo que la fuerza de rozamiento en este caso es de unos 100N, determinaremos la fuerza resultante mediante la siguiente formula: F-Froz=m.a

Reemplazando y despejando en la formula, quedaria

F= (2000kg . 0,27m/s2)+100N = F=540N+100N F=640N

Asi concluimos, sabemos que la fuerza que se debe aplicar al vehiculo para obtener la aceleracion de 0,27m/s2 teniendo una fuerza de friccion de 100N es de 640N.

Un pequeño pantallazo para darnos cuenta que, en en cosas cotidianas encontramos fisica para analizar y entretenernos.

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