Hoy hablaremos sobre cómo funciona una Montaña Rusa.
Si leíste la entrada anterior en Coaster101 (Si no lo has hecho haz click aquí) habrás aprendido que el humano siempre ha estado cautivado por la idea de deslizarse por una superficie de baja fricción, llámese hielo, agua, madera, etc…
Pero… ¿Qué es la fricción y que significa que sea baja?...
Haremos un ejercicio mental que igual puedes reproducir en la vida real:
Supongamos que en tus manos tienes una canica y un cubo, frente a ti hay dos tablas… Una es de madera lisa, la segunda es un cacho madera recién cortada del tronco, todavía con su corteza.
Ambas están con una inclinación hacia ti de unos 30°.
¿Ya te lo imaginaste? Muy bien, ahora quiero que pongas la canica en la cima de la madera lisa sin empujarla solo colócala… ¿Qué pasa?... la canica rueda cuesta abajo acelerando exponencialmente sin que nada la detenga (¡duh!).
Muy bien ahora quiero que repitas el mismo experimento, pero con el cubo, recuerda solo colocarlo en la cima … ¿Qué pasa? ... ¿nada? ... ¿se queda estático?... A ver, inclina la tabla un poquito más, más… ahí… tanteémosle a unos 65°… ¿Ahora que pasa?... lento pero seguro se irá deslizando en la superficie, obviamente sin rodar, con la cara de abajo manteniéndose en esa posición.
Así que ¿qué hemos aprendido hasta ahora?
-Que una canica gracias a su forma esférica y sin esquinas podrá atravesar la superficie de la tabla sin problemas a pesar de tener una leve inclinación.
Nosotros al colocarla en la tabla estamos generando lo que los físicos llaman ENERGÍA POTENCIAL, esta se irá acumulando acorde a la altura, esto significa por más inclinada esté la superficie, mayor ENERGÍA CINÉTICA tendrá la canica para deslizarse y por lo tanto rodará mas rápido.
Para comprobar dicha ley tenemos al cubo:
Quizá no lo notemos a simple vista; pero la tabla de madera no es perfectamente lisa, tiene millones de imperfecciones milimétricas que se sostienen la esquina inferior del cubo no permitiéndole avanzar y debido a la poca cantidad de ENERGÍA POTENCIAL agregada esté no podrá luchar contra dichas imperfecciones, conforme vamos inclinando la tabla mayor de esta energía se irá acumulando y tan pronto tenga suficiente ENERGÍA CINÉTICA para luchar contra las imperfecciones, podrá por fin deslizarse. Sin embargo, le costará mas trabajo que la canica debido a que todo el trayecto tendrá que superar las imperfecciones de la tabla, incluso no es difícil imaginarnos que se detenga a mitad del trayecto, esto será debido a que en algún momento de su viaje se toparía con una imperfección mucho más fuerte que la energía que viene acumulando en su trayecto.
¿Vamos bien? Bien, aquí es donde entra la tabla con corteza donde las imperfecciones son mucho mas notables.
Como ya te podrás imaginar, al menos de que coloquemos la canica en un punto estratégico, está se detendrá en un punto de la tabla que no la permita avanzar, tendremos que inclinar la tabla bastante, generando mucho más ENERGÍA POTENCIAL para que pueda acumular la ENERGÍA CINÉTICA suficiente para continuar su trayecto.
Y ni hablar del cubo, que quizá no será hasta que la tabla llegue a los 90° de inclinación donde toda esa energía acumulada lo empujará a la inversa dejándose caer fuera de la tabla.
Con esto podemos llegar a dos conclusiones:
Que no se pueden hacer buenas Montañas Rusas utilizando cubos como ruedas
Que los objetos redondos vs los objetos lizos crean mucho menor FRICCIÓN, entendiendo está última palabra subrayada como las imperfecciones contra las que el objeto está luchando constantemente.
O sea, por menores sean las imperfecciones en los objetos que interactúan al deslizarse, menor será la FRICCIÓN y viceversa.
Terminemos con este ejercicio mental y volvamos al mundo de las Montañas Rusas:
Después de leer lo último, seguro ya te quedo más que claro como funciona una Montaña Rusa: Las ruedas representan la canica, los rieles las tablas y la cadena de elevación eres tú colocando la canica en la parte más alta. Pero…
¿Por qué la primera caída tiene que ser (por lo general) la más alta?
¿Contra qué tipo de fricción tiene que luchar un tren de montaña rusa que le impide subir una cumbre más alta que la anterior?
En un ambiente ideal (llámese “el vacío del espacio exterior”) tu podrías empujar un objeto y esté continuará su trayecto con la misma energía y sin detenerse hasta que encuentre un obstáculo que lo frene.
Pero aquí en la tierra, no importa que tan perfectas y lisas sean las ruedas y los rieles de una Montaña Rusa, siempre habrá varios factores que impedirán que haya una 0% fricción. Hablemos de los más importantes:
Una montaña rusa durante una subida estará luchando contra la gravedad de la tierra. Está fuerza que obviamente es la misma que evita que salgamos volando y que mantiene al planeta que habitamos en su órbita, siempre hará lo posible por empujar un cuerpo hacia la superficie, es debido a esto que el tren no podrá escalar a mayor altura a la que bajo principalmente. Mientras mayor sea la altura que tenga que superar se pierde mayor ÍMPETU O MOMENTO LINEAL. Y no es hasta que nos encontramos con otra bajada que recuperamos dicha magnitud. Cuando hago una reseña en #QueridoN3rdiario y menciono que una montaña rusa mantiene o pierde su momento, me refiero justo a esto.
No importa que tan seco parezca estar el día, siempre habrá algo de vientos, cuando un tren está contra ellos, siempre actuaran como un factor que causa mayor fricción. Es debido esto por lo que algunas veces se tiene que detener la operación debido al clima, aunque el día esté perfectamente soleado y despejado. Si hay vientos fuertes el tren no podrá llegar a la cima lo que causaría un ROLL-BACK O RETROCESO y quedaríamos varados en el valle de la montaña rusa.
En la actualidad no existe un material perfectamente liso, la ingeniería y el corte milimétrico realizado por medio de computadoras nos han dado resultados muy cercanos, sin embargo, hay muchas imperfecciones imperceptibles que hacen que un tren valla perdiendo ENERGIA CÍNETICA conforme continúa su trayecto, es por esto mismo que una montaña rusa de madera suele ser mas lenta que una de acero o híbrida.
Los frenos tendrán que aplicar la FRICCIÓN ALTA necesaria para frenar o parar el tren conforme sea necesario.
Repasemos lo aprendido, Pero lo haremos subiéndonos a “Medusa Steel Coaster” En Six Flags México, así que Abróchate el cinturón, baja tu barra de seguridad y alza las manos.
1. Quizá no lo notemos cuando estamos en la estación de abordaje, pero los rieles aquí están levemente inclinados permitiendo al tren rodar con la suficiente ENERGÍA CINÉTICA hacia la primer curva que nos lleva a la colina de ascenso donde se enganchará nuestro tren en la cadena de elevación.
2. Conforme vamos ascendiendo en la colina, se está acumulando la ENERGÍA POTENCIAL necesaria para que tan pronto el tren se suelte de la cadena este pueda continuar su trayecto utilizando solamente la ENERGÍA CINÉTICA y la gravedad que los empuja hacia la superficie cada vez con más fuerza.
3. Conforme recorremos la primera caída nuestra velocidad irá aumentando.
4. Tan pronto estemos en el fondo del valle mantendremos parte del ÍMPETU O MOMENTO LINEAL que acumulamos gracias a la ENERGÍA CINÉTICA pero los elementos de FRICCIÓN nos irán desacelerando de forma imperceptiblemente.
5. Debido a que estamos luchando contra la fuerza de gravedad en la subida, conforme estamos escalando vamos perdiendo ÍMPETU O MOMENTO LINEAL por lo que viajaremos a través de la curva más lento de lo que lo hicimos en el punto más bajo.
6. Tan pronto superemos la curva y continuemos en la segunda bajada, recuperaremos parte de la ENERGÍA CINÉTICA y ÍMPETU O MOMENTO LINEAL que perdimos en durante la subida.
Lo único que falta mencionar, es lo más simple:
Sí un tren de montaña rusa se ve expuesto a estas fuerzas y magnitudes todo el tiempo durante su operación… ¿Cómo es posible que no nos descarrilemos?
Cada vagón cuenta con un ensamblaje de (por lo menos) tres ruedas en cada extremo:
Ruedas guía o de Tracción Superior: Las que están arriba. Sirven para que el vagón avance a través de los rieles.
Ruedas laterales o de Tracción Lateral: Las que están a los lados ya sea en la parte interior o exterior de la vía. Sirven para sostener al vagón en las vías y evitar que este se descarrile.
Ruedas Bajas o de Tracción Inferior: Las que están abajo, Sirven para sostener al vagón durante colinas donde el tren conserva el ÍMPETU O MOMENTO LINEAL por lo que teóricamente saldríamos literalmente volando como en una rampa si no fuera por estas ruedas que nos mantienen en las vías. También ayudan a sostener el tren en inversiones.
A grandes rasgos, así es como funciona una Montaña Rusa, claro existen muchos otros factores de ingeniería que veremos más adelante. Pero el mismo principio aplica para la gran mayoría de Montañas Rusas, excepto algunas con distintos sistemas de propulsión, que, de igual forma, veremos más adelante.
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