El vals de la maleta | por la ciencia

En estos tiempos de travesías veraniegas, toca hacer balance para muchos veraneantes. Algunos han tenido que soportar el tipo de molestias que envenenan nuestra existencia y de las que no podemos escapar: el vaivén de una maleta con ruedas, esos movimientos que aparecen cuando su trayectoria se ve perturbada por una sacudida. Tan irritante como sea posible, las consecuencias son sin embargo limitadas y el único riesgo es una maleta derramada. ¡Pero cuidado, el mismo fenómeno también puede ocurrir con un remolque o una caravana enganchada a un coche! Para evitar o controlar estas inestabilidades, es importante comprender la causa: está oculta en la forma en que giran las ruedas.

Si las oscilaciones parecen aparecer sin previo aviso, su activación no es el resultado de la casualidad. Miremos una pequeña maleta que tiramos hacia atrás y hacemos rodar sobre sus dos ruedas. Con un mango telescópico como mínimo, es casi vertical. A velocidad moderada, esta maleta nos sigue a todas partes: cuando cambiamos de dirección o si damos un paso hacia un lado, la maleta cambia de orientación y cualquier movimiento lateral se reduce gradualmente para que al final la maleta quede detrás de nosotros, siempre en el misma posición en relación con nuestro cuerpo. En cambio, cuando vamos más rápido, en cuanto una irregularidad en la carretera o un movimiento de la muñeca hace que se suelte una rueda, la maleta se va hacia un lado, cae sobre la otra rueda, vuelve a arrancar en el otro sentido. con un movimiento que aumenta hasta el punto de que en ocasiones hace que el objeto remolcado vuelque.

¿Cuáles son los mecanismos subyacentes? Las ruedas de la maleta ruedan sin patinar, es decir, el punto de contacto de cada una de ellas con el suelo (que cambia a cada momento) es a velocidad cero. En este caso, la trayectoria del punto de contacto sigue la línea recta que corresponde a la intersección, por tanto rectilínea, del plano del suelo con el de la rueda.

Una vez que despega una rueda, nuestra mano en el asa actúa como una rótula alrededor de la cual puede girar la maleta. Sin embargo, en este caso, la recta que une la empuñadura con el punto de contacto de la rueda que queda en el suelo no es perpendicular al eje de esta rueda.

En consecuencia, una rotación de la maleta alrededor de este eje tiene el efecto de rotar la línea recta desde la intersección de los planos de las ruedas y el suelo y, por lo tanto, la dirección en la que la rueda se moverá hacia adelante al rodar. Conclusión: cuando ambas ruedas están en el suelo, la maleta va de frente, pero cuando una rueda se levanta, la maleta va hacia un lado. Es decir, existe un acoplamiento entre la inclinación de la maleta y los movimientos laterales.

Este desplazamiento lateral inicialmente aumenta la inclinación debido a la rigidez del equipaje. La rueda en el suelo vuelve a cruzar la línea central (la línea entre las dos ruedas cuando están en contacto con el suelo), la gravedad se activa y la maleta se voltea sobre la otra rueda, comenzando un nuevo ciclo. Durante esta inclinación, el impacto entre la segunda rueda y el suelo provoca una pérdida de energía. Si esta disipación es mayor que la energía adquirida durante el movimiento lateral, las oscilaciones se atenuarán y la maleta encontrará el camino correcto. De lo contrario, se amplifican y sin actuación por nuestra parte podría provocar que la maleta vuelque.

¿Esta inestabilidad tiene características originales o podemos, como físicos, vincularla a otros fenómenos? Para responder eso, comparémoslo, por ejemplo, con una situación con la que nos encontramos muy a menudo: el efecto Larsen. Ocurre cuando un micrófono capta el sonido producido por un parlante y el sonido emitido por este parlante es la señal recibida por el mismo micrófono y amplificada. Más allá de un cierto umbral de amplificación, la intensidad del sonido aumenta hasta saturar el sistema y nuestros oídos. Por lo tanto, aquí tenemos dos características: una sola cantidad física, la amplitud de la señal de sonido y una amplificación de esa señal. a través de la un bucle de retroalimentación. En estas condiciones, tan pronto como las condiciones hacen posible esta inestabilidad, se dispara.

Acelerar para no tirar

Para nuestra maleta es muy diferente, ya que es un sistema con dos dimensiones físicas: la inclinación de la maleta y su desplazamiento lateral. Las oscilaciones se deben a la existencia de un acoplamiento entre estos dos parámetros. La pendiente provoca un desplazamiento lateral que a su vez actúa sobre la pendiente. Con este mecanismo no se produce la aparición espontánea de oscilaciones como ocurre con el efecto Larsen. La inestabilidad solo aparece con, por un lado, un límite de velocidad excedido y, por otro, una perturbación suficientemente fuerte.

Entonces, ¿cómo controlar y reducir estas oscilaciones? La primera solución es eliminar el acoplamiento entre inclinación y desplazamiento lateral. Este es el caso de las maletas cuyo eje de rueda puede girar libremente, como las ruedas delanteras de los carros de la compra. Desafortunadamente, estas ruedas sobresalen mucho, ocupan espacio y no son adecuadas para maletas de cabina.

Con ruedas fijas, un poco de geometría muestra que cuanto más horizontal es la caja, más débil es el acoplamiento. Para evitar la inestabilidad, simplemente extienda el mango telescópico tanto como sea posible y mantenga la mano lo más baja posible, ¡y tanto peor para los pies de los demás pasajeros que viajan junto a usted! ¿Y una vez instaladas las oscilaciones? Puede reducir el rango de movimientos laterales y, por lo tanto, la ganancia de energía levantando el asa y llegando casi al punto de levantar la maleta. Otra solución propuesta por Sylvain Courrech du Pont de la Universidad de Paris Cité y sus colaboradores que han estudiado este problema en detalle es ¡acelerar!

revisa tu enganche

El mecanismo de esta inestabilidad afecta también a los remolques o caravanas unidas a un vehículo tractor por una bola. Para estos acoplamientos, la presencia de una suspensión compuesta por un resorte y un amortiguador asegura que las dos ruedas permanezcan en buen contacto con el suelo. Sin embargo, esta suspensión permite oscilaciones de balanceo (balanceo de izquierda a derecha). Como el eje de este rollo no está perfectamente en el plano horizontal, encontramos aquí el mismo acoplamiento entre giro y dirección de las ruedas. Al igual que ocurre con el maletero, esta oscilación no se desencadena por sí misma, sino que requiere una fuerte perturbación, por ejemplo, al rodar por una calzada deformada o por la entrada de aire lateral asociada al paso de un camión.

Uno de los autores puede testimoniarlo al haberlo vivido en su niñez, cuando en una recta nacional, luego de pasar un semirremolque, el auto comenzó a zigzaguear en todo el ancho de la calzada, bajo el efecto del remolque, que se balanceaba en su lado. El reflejo del conductor fue correcto: sobre todo, no frenar bruscamente (lo que habría amplificado las oscilaciones), sino, no acelerar, continuar a velocidad constante, dejando que la disipación natural agotara las oscilaciones.

¿Cómo prevenir este fenómeno? Deben recomendarse dos remedios. Primero, instale estabilizadores entre el remolque y el vehículo remolcador. Estas dos palas elásticas situadas a cada lado del acoplamiento y puestas en tensión antes de la puesta en marcha tienen dos efectos. El primero es lograr que la caravana permanezca horizontal, minimizando el acoplamiento entre balanceo y cabeceo. Estas palas añaden rigidez al movimiento de rodadura sin perturbar los amortiguadores unidos a las ruedas. La segunda solución es distribuir la carga entre la parte delantera y trasera del vehículo remolcado. Cuanto más atrás esté la carga, mayor será la energía cinética asociada con una determinada cantidad de movimiento lateral. Por lo tanto, es esencial asegurarse de que el centro de masa del vehículo acoplado se desplace lo más adelante posible. ¡Ya estás listo para las próximas vacaciones!