FISICA EN LA MONTAÑA RUSA

POR SERGIO FLORES AGUILAR

Nociones básicas de Física aplicadas


a las coasters

Aceleración:

Los objetos que cambian su velocidad o su dirección se dice que aceleran. En algunas atracciones, como son las coasters, se caracterizan por un rápido cambio de velocidad y dirección. Las coasters tienen grandes aceleraciones. En cambio, las atracciones como un carrusel, tienen pequeñas aceleraciones: la velocidad y dirección de los pasajeros cambia de forma gradual.





Fuerzas equilibradas y desequilibradas:

Una fuerza se considera equilibrada cuando sobre un objeto actúan dos o mas fuerzas de modo que son exactamente iguales en intensidad pero en sentido contrario, de forma que se anulan. Por ejemplo, mientras lees estas líneas y estas sentado, tu sillón ejerce una fuerza hacia arriba de igual intensidad pero en sentido contrario a la fuerza de la gravedad. Estas dos fuerzas se anulan y se equilibran. Si de repente te quitan el sillón, la fuerza de la gravedad seria la única que actuaría sobre ti, existiendo una fuerza desequilibrada, provocando tu caída hacia el suelo.





Fuerza Centrípeta:

El movimiento a lo largo de una curva o en circulo es siempre provocado por una fuerza centrípeta. Es una fuerza que tira del objeto hacia el centro de su giro. La Luna orbita a La Tierra con movimiento circular porque existe una fuerza gravitatoria que tira de La Luna hacia el centro de su orbita.

En un looping de una coaster, los pasajeros son empujados hacia el centro virtual de dicho looping, por fuerzas resultantes del asiento, (en la parte mas baja del looping), y por la fuerza de la gravedad, (en la parte más alta del looping).





Energía:

La Energía se presenta en multitud de formas. Las dos más importantes en relación con los parques de atracciones son la Energía Cinética y la Energía Potencial. En ausencia de fuerzas externas, como la resistencia del aire y la fricción, la cantidad total de energía de un objeto permanece constante. En una coaster, la Energía potencial se transforma rápidamente en Energía cinética en el momento de la caída, y a la inversa en el momento siguiente cuando alcanza de nuevo la siguiente colina.





Fuerza:

Una fuerza es una tracción o empuje sobre un objeto. Las fuerzas resultan de la interacción de dos o mas objetos. Muchas interacciones implican contacto entre ellos. Si tu empujas un muro, el muro te empuja a ti. No obstante existen fuerzas en las que no hay contacto entre los objetos, como es la fuerza gravitacional. En una caída libre existe una fuerza entre tu cuerpo y la tierra, que es la fuerza de la gravedad, pese a no haber contacto entra ambos.





Fricción:

Es una fuerza que ofrece resistencia al movimiento de un objeto. Aparece como consecuencia de la interacción de dos superficies en contacto que se deslizan una sobre la otra. Al igual que cuando accionas los frenos de tu vehículo, el movimiento de las ruedas queda bloqueado por la fricción producida por los discos de freno.





G:

Una G es una unidad de aceleración, igual a la aceleración causada por la fuerza de la gravedad. La fuerza de la gravedad hace que los objetos caigan hacia el suelo a una aceleración de 10 m/sg. cada segundo, es decir 10 metros por segundo al cuadrado. Si se dice que un objeto experimenta 3 g's de aceleración, quiere decir que ese objeto esta cambiando su velocidad a razón de 30 m/sg. cada segundo.





Fuerza Gravitacional:

Dos objetos, independientemente de la masa que tengan se atraen entre si por una fuerza llamada gravitacional. Dicha fuerza depende tanto de la masa de los objetos como de la distancia que los separen. Para objetos con masas como la Tierra o el Sol, estas fuerzas tienen una tremenda influencia en el movimiento resultante. Para objetos como puedan ser dos personas sentadas en un cine, la fuerza gravitacional entre ellas es tan pequeña que es insignificante. Para aumentar dicha fuerza de atracción, dichas personas deberían aumentar sus masas corporales. Los objetos en la superficie de la Tierra experimentan una notable atracción debido a la enorme masa del planeta.





Inercia:

Es la tendencia que tiene un objeto a cambiar su estado de movimiento. Cuanto mas masa tiene el objeto mas INERCIA tiene, debido a que oponen mayor resistencia a modificar su movimiento en la dirección en que lo hacen. Un elefante tiene mucha inercia, por inercia. Si se encuentra en estado de reposo, ofrece mucha resistencia para cambiar dicho estado de reposo. En el otro extremo tenemos un lápiz, el cual tiene muy poca inercia. Es fácil mover un lápiz de la posición de reposo. Por tanto cuanto mas masa tiene un objeto mas inercia tiene, y por ello se requiere mas mas fuerza para cambiar su estado de movimiento.





Energía Cinética:

Es la energía que posee un objeto en función de su movimiento. Todos los objetos que se mueven tiene una cantidad determinada de energía cinética. La cantidad de dicha energía depende tanto de la masa como de la velocidad del objeto. Un carro de una coaster tiene mucha energía cinética, ya que tiene mucha masa y se mueve muy rápido. En general, la energía cinética de un pasajero alcanza su máximo valor en la altura mas baja del recorrido.





Masa:

La masa de un objeto es la medida que indica la cantidad de material de que esta compuesto ese objeto.





Momento:

Se define momento como la cantidad de movimiento que tiene un objeto en un punto determinado de su recorrido. Cualquier masa que se encuentre en movimiento tiene momento. De hecho, el momento depende de la masa y la velocidad, o en otras palabras, lo que se mueve a la velocidad a la que se mueve. Un carro de la coaster moviéndose a alta velocidad tiene un momento muy grande. Una pelota de tenis moviendose a alta velocidad tiene menos momento. Y el edificio en el que te encuentras, a pesar de su enorme masa, no tiene momento porque se encuentra en reposo.





Primera Ley de Newton sobre el movimiento:

Los objetos siempre permanecen en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza cambie su estado de movimiento. A la tendencia que tienen los objetos de mantener su estado de movimiento se la llama inercia.





Segunda Ley de Newton sobre el movimiento:

El cambio en el estado de movimiento de un cuerpo se debe a la acción de una fuerza la cual es directamente proporcional a la aceleración (la medida del cambio en su estado de movimiento) del cuerpo. La constante de proporcionalidad entre ambas magnitudes se conoce como masa del cuerpo y es una medida de su inercia es decir de su "resistencia"a la aceleración.

F neta = m a







Tercera Ley de Newton sobre el movimiento:

Si un cuerpo "A" ejerce una fuerza sobre otro cuerpo "B", el cuerpo "B" ejerce una fuerza de igual magnitud y en sentido contrario hacia el cuerpo "A". Esta Ley es conocida como La Ley de la Interacción o Principio de Acción-Reacción.





Periodo:

Un movimiento que se repite en ciclos se dice que es periódico. El tiempo que tarda en cumplir un ciclo completo se conoce como Periodo del movimiento. La rotación periódica de La Tierra sobre su eje es de 24 horas. El movimiento periódico de una atracción pendular en un parque temático puede tener un periodo de entre 10 o 15 segundos.





Energía potencial:

Es la energía que tiene un cuerpo dependiendo de su altura respecto del suelo. Dicha energía depende de su masa y de su altura. El carro de una coaster es inicialmente arrastrado por un motor y un sistema de cadenas a lo alto de la primera caída, recibiendo por ello una gran cantidad de energía potencial.





Velocidad:

La velocidad es la medida de como se mueve de rápido un objeto. Los objetos que se mueven a altas velocidades pueden cubrir mayores distancias en menores cantidades de tiempo. Un carro de una coaster que se desplace a 100 km/h sería capaz de recorrer 100 kilómetros en una hora si pudiera mantener esta velocidad de forma constante.

Es una magnitud que además tiene ubicación en el espacio, es decir, puedes desplazarte a X velocidad en dirección Norte, por ejemplo. Es muy importante para evitar la colisión de los carros.





Peso:

El peso de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.





Ingravidez:

Los parques de atracciones a menudo producen sensaciones de ingravidez. Dicha sensación se produce cuando los pasajeros no sienten ningún tipo de fuerza actuando sobre sus cuerpos. En lo alto de una torre de caída libre, una persona que pese 90 kg. recibe tanto la fuerza de la gravedad tirando hacia el suelo, como la fuerza de reacción del asiento, la cual lo empuja hacia el cielo.

En ese punto, la persona es capaz de sentir su propio peso, pero que sucede cuando de repente su asiento desaparece de debajo de su cuerpo. Entonces no siente ningún tipo de fuerza, y experimenta una sensación de ingravidez por la falta de la fuerza que sobre su cuerpo ejercía el asiento