La ciencia en el ciclismo Copiar al portapapeles
POR: Luis Moctezuma
19 mayo, 2024
El ciclismo estuvo presente en las primeras olimpiadas modernas que se celebraron en Grecia en 1896. Este 2024 en París habrá 5 disciplinas relacionadas con las bicicletas: ciclismo BMX Freestyle, ciclismo BMX racing, ciclismo de montaña, ciclismo en pista y ciclismo en ruta.
La bicicleta es un vehículo muy eficiente y que ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero pero su relación con la ciencia es mucho más grande. Para funcionar, una bicicleta recurre a todo tipo de conocimientos de física.
Dos ruedas y mucha física
Un detalle de la bicicleta que cualquiera que haya montado una conoce es que mientras se mantiene en movimiento se mantiene en pie y cuando se detiene cae. Dos conceptos de física son básicos para entender por qué pasa esto.
La “magnitud” es la fuerza que genera el movimiento de las ruedas. Gracias a que giran y se mantienen en movimiento, la fuerza de gravedad no lleva a la bicicleta hacia el piso.
Mientras más rápido avanza la bicicleta su momento angular también se vuelve mayor. Esto hace que cuando avanzas rápido en una bicicleta se mantenga más estable que cuando avanzas lento.
Por otro lado está la “dirección”. La bicicleta tiene un eje de dirección que baja por la tijera del vehículo, si lo observas, está inclinado. Si prolongaramos el eje de dirección hacia el suelo, este pasaría frente al punto de contacto del neumático en la rueda. Mientras mayor sea esta distancia, más estable será la bicicleta.
Para que una bicicleta avance también es importante la resistencia al movimiento de las ruedas. Aquí tenemos una combinación del tipo de suelo que se recorre y el tipo de llantas de cada bicicleta. Por eso las ruedas de bicicletas urbanas y de montaña son tan diferentes.
Quizá hayas notado que las ruedas de bicicletas que recorren caminos lisos, como las urbanas o de ruta, tienen ruedas muy delgadas. Por otro lado, las ruedas de montaña son más grandes y gruesas.
Hay una razón muy sencilla y es que mientras menor sea el área de contacto de la rueda con la superficie el neumático se aplanará menos. Esto permite que haya menos fricción y así la bicicleta puede avanzar más rápido porque hay menos resistencia a la superficie de rodamiento.
Sobre el asfalto unos neumáticos de montaña se aplanan con mucha facilidad. En cambio, sobre la tierra la superficie es irregular. Ahí un neumático delgado aplasta la tierra a su paso y es necesario pedalear más fuerte.
Las ruedas siempre se aplanar un poco cuando tocan el suelo, esto se conoce como resistencia a la rodadura. Al pedalear se pierde energía para que la rueda avance y a eso se refiere este concepto.
Un detalle más cuando una bicicleta rueda es que las ruedas se deforman un poco pero no pierden su forma. Esto es gracias a los rayos. Hay rayos tangenciales (que van de una parte de la circunferencia a otra sin llegar exactamente al centro) y radiales (que van del centro de la rueda hacia la circunferencia).
Los rayos tangenciales son los más eficientes. Estos permiten transmitir el torque. Los rayos radiales hacen que la rueda sea más débil. Alrededor de las ruedas de la bicicleta hay muchas fuerzas y los rayos ayudan a evitar que alguna de ellas las deforme.
Otros componentes importantes para las bicicletas son los engranes y la cadena de transmisión. Gracias a ellos el pedaleo es más eficiente. Sin los engranajes la cadena seguiría funcionando pero estaría limitada a superficies planas y descensos. Pedalear en subida directamente sería muy cansado.
Los engranes pueden girar muchas veces más de las que el ciclista pedalea. Así, si subes una cuesta los engranes ayudan a dar el doble de giros de los que pedaleas, o más. El esfuerzo para pedalear es menor gracias a que existen tamaños distintos de engranes.
Finalmente, está el cuadro de la bicicleta. Este ayuda a que la bicicleta soporte el peso sobre ella. Para construirlo se debe tener en cuenta que la bicicleta soportará cargas estáticas (las piezas de la bicicleta) y cargas dinámicas (las que varían como el peso del ciclista, la fuerza en los pedales y los frenos, además de la resistencia en el suelo).
Los fabricantes deben elegir el material que mejor se adapte al uso que se dará a la bicicleta. Para esto deben evaluar la elasticidad, fuerza de rendimiento y fuerza final que requiere cada modelo.
Por ejemplo, el acero se doblará sin problemas y difícilmente se romperá. El aluminio es otro material popular que es mucho más ligero pero se rompe con mayor facilidad. Además hay otros materiales como fibra de carbono o titanio. Los fabricantes adaptan el diseño de la bicicleta para que cada material ofrezca el mejor rendimiento posible.
Mientras disfrutas las competencias olímpicas que usan bicicleta recuerda algunos de estos detalles. No todos los días se reúnen los mejores competidores del mundo con bicicletas especiales que sacan todo el provecho posible a sus diseños.