Conducir boca abajo puede ser más fácil de lo que parece

Una imagen de un auto de carreras en una pista, girada para que aparezca al revés. spencer davis | Unsplash

La cuestión de si un automóvil puede conducirse boca abajo (a lo largo del techo de un túnel, por ejemplo) ha fascinado a los ingenieros y entusiastas de la conducción durante décadas. El truco es ciertamente posible en ciertas circunstancias, y existen numerosos análisis que exploran las diversas fuerzas involucradas. De hecho, a menudo se les pide a los estudiantes que calculen estas fuerzas como ejercicio.

Entonces, es fácil imaginar que la pregunta ha sido explorada a fondo; que no puede haber un nuevo método para resolver el desafío. No exactamente.

Hoy, Fernando Dall'Agnol y sus colegas de la Universidad Federal de Santa Catarina en Brasil han descubierto una forma completamente nueva de pensar sobre este problema que de alguna manera se ha pasado por alto hasta ahora. Esta solución es matemáticamente sencilla, pero no se ha descrito en la literatura; ni siquiera en películas o juegos, dicen.

Su enfoque tiene algunas ventajas significativas sobre otros. Hay una solución para la dinámica de un coche de acrobacias, que puede mantenerlo boca abajo en una pista circular, no por una fracción de segundo, sino indefinidamente, dicen Dall'Agnol y compañía. Incluso lo demuestran con un coche de juguete.

Primero algunos antecedentes. Una forma de conducir boca abajo es usar fuerzas aerodinámicas. Los autos de Fórmula 1, por ejemplo, tienen alas delanteras y traseras, que generan una fuerza que las presiona contra la carretera. Algunos cálculos preliminares muestran que estos vehículos de alto rendimiento generarían suficiente carga aerodinámica para mantenerlos en el techo de un túnel a velocidades relativamente bajas de alrededor de 140 millas por hora. (Sin embargo, existe cierto debate sobre si los motores continuarían funcionando en estas condiciones).

Hay otra fuerza que puede mantener un automóvil en la carretera: la fuerza centrípeta. Numerosos temerarios han conducido autos a través de pistas loop-the-loop donde el vehículo está momentáneamente boca abajo, sostenido contra la pista por estas fuerzas.

Un efecto similar ocurre en las demostraciones de circo del muro de la muerte. Aquí, un vehículo circula por una pista circular con paredes a 90 grados. A velocidades lo suficientemente altas, genera suficiente fuerza centrípeta para presionarlo contra la pared vertical, donde la fricción evita que caiga. Las fuerzas involucradas son fáciles de analizar.

Pero Dall'Agnol y compañía llevan el efecto aún más lejos. Preguntan qué pasaría en paredes con un ángulo mayor a 90 grados. La pregunta que investigan es cuánto mayor puede ser el ángulo y aun así mantener el movimiento circular de un automóvil. Llamamos pistas con ángulos de peralte superiores a 90 grados una pista invertida, dicen, y agregan que esta situación parece no haber sido nunca estudiada.

El análisis es sencillo. El equipo desarrolló las ecuaciones que gobiernan las fuerzas involucradas y demostró que es posible que un automóvil conduzca más o menos indefinidamente en una pista invertida, inclinada hasta 150 grados, incluso sin fuerzas aerodinámicas que lo ayuden.

Por ejemplo, en un ángulo de peralte de 135 grados, un automóvil tendría que conducir a casi 200 mph para mantenerse en la pista. Obviamente, la aerodinámica favorable cambia los cálculos. Con suficiente carga aerodinámica, es posible conducir en pistas de cualquier inclinación, dicen Dall'Agnol y compañía.

El equipo incluso puso a prueba la idea con un coche de juguete en una pista circular invertida. En lugar de conducir el automóvil alrededor de una pista estacionaria, giraron toda la pista, manteniendo el automóvil estacionario en relación con la carretera. Aprovechamos esta equivalencia porque es mucho más fácil hacer que toda la pista más el juguete gire que hacer un coche de juguete eléctrico funcional para conducir bajo una pista invertida, dicen.

De hecho, no necesitan toda la pista porque el automóvil está parado en relación con ella. Entonces, usan una sección corta de pista cubierta con papel de lija para maximizar la fricción con las ruedas del automóvil. Lo unen en un ángulo invertido a una rueda de bicicleta horizontal que se puede girar con el automóvil sujeto por un imán. Cuando la rueda gira a cierta velocidad, el imán sale volando y deja al automóvil presionado contra la pista. Puedes ver un video de su experimento aquí.

Eso plantea la pregunta obvia de si tal truco podría realizarse de verdad. Dall'Agnol y compañía sugieren una pista circular con la forma del interior de una rosquilla. Esto permite que el conductor haga la transición a la posición invertida con relativa lentitud y permanezca allí todo el tiempo que sea necesario. Tal diseño es relativamente seguro, ya que si la velocidad cae por debajo del mínimo requerido, el automóvil simplemente debería deslizarse por la pista en lugar de caer. Entonces, si la velocidad alguna vez cae por debajo de [la velocidad mínima], el piloto no caerá de cabeza, dicen.

Sin embargo, hay varios otros problemas prácticos que abordar. Por ejemplo, cualquier motor de combustión interna tendría que modificarse para garantizar que no se detenga. Eso es ciertamente posible: los motores de los aviones funcionan al revés con facilidad. Y cosas como el sistema de líquido de frenos tendrían que modificarse para garantizar un flujo suave cuando está boca abajo.

Pero estas son modificaciones sencillas. De hecho, un vehículo eléctrico podría ser aún más fácil de modificar para viajar boca abajo.

Es un trabajo fascinante que seguramente despertará el interés de los fanáticos de la gasolina, err, los fanáticos de la electricidad, en todo el mundo. Por esta razón, no faltarían voluntarios para conducir un vehículo de este tipo. El ingrediente que falta es simplemente un patrocinador con suficiente dinero para pagar la demostración. ¿Alguien dijo Red Bull?

Ref: arxiv.org/abs/1905.03825 : Conducir boca abajo en una pista circular

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