\ ,UNES  DE *UNIO DE 

$&$'(0,$'(&,(1&,$6'(025(/26$& ¢&RPHQWDULRV\VXJHUHQFLDV"¢3UHJXQWDVVREUHWHPDVFLHQWtÀFRV"&217É&7$126 HGDFPRU#LEWXQDPP[

$XWRVGH)yUPXODItVLF !LEJANDRO 2AMÓREZ 3OLÓS &ACULTAD DE #IENCIAS 5!%-IEMBRO DE LA !CADEMIA DE #IEN CIAS DE -ORELOS

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ODOS CONOCEMOS LO QUE SON LOS AUTOS DE CARRERAS LA MAYO RÓA DE NOSOTROS A TRAVÏS DE LA 46 %XISTEN MÞLTIPLES CATEGORÓAS DE AUTOS DE CARRERAS Y ÏSTAS SE DElNEN PRINCIPALMENTE POR LA POTENCIA DE LOS MOTORES USADOS EN CADA UNA DE ELLAS ,OS AUTOS CON EL MEJOR DES EMPE×O Y MAYOR ElCIENCIA SON LOS QUE COMPITEN EN LA CATEGORÓA DE &ØRMULA  &  ,O QUE LA MAYORÓA DE LA GENTE NO CONOCE ES QUE PARA LOGRAR EL DESEMPE×O EXTRAORDINA RIO DE LOS & LA INDUSTRIA HA UTILIZA DO E INCORPORADO DURANTE MAS DE SEIS DÏCADAS CONOCIMIENTOS QUE INVOLUCRAN CINCO ÉREAS DE LA FÓSICA LA TERMODINÉMICA LA CINEMÉTICA LA DINÉMICA DE CUERPO RÓGIDO LA DINÉMICA DE mUIDOS Y LA CIENCIA DE MATERIALES 3IN EMBARGO Y ESTE RE SULTA UN ASPECTO CRUCIAL NO PODE MOS DESCARTAR TAMPOCO LOS AVANCES IMPRESIONANTES QUE HA APORTADO LA lSICOQUÓMICA DE MATERIALES AVANZA DOS EN LO QUE CONCIERNE AL DESARRO LLO DE LAS LLANTAS MEZCLAS DE POLÓ MEROS ESPECIALES DEL CHASIS Y DE LA CELDA QUE PROTEGE AL PILOTO #OMO EL LECTOR PUEDE IMAGINARLO SE TRA TA DE UN TEMA MUY AMPLIO Y CON MUCHAS VERTIENTES ASÓ QUE EN ESTA ENTREGA NOS CENTRAREMOS SOLAMEN TE EN ALGUNOS POCOS ASPECTOS DE LA APLICACIØN DE LA FÓSICA A LA & 0ARA EMPEZAR Y PONER AL LECTOR EN CONTEXTO ES ÞTIL TENER UN PUNTO DE COMPARACIØN QUE NOS PERMITA APRECIAR MEJOR LO QUE SIGNIlCA EL

DESEMPE×O EXTRAORDINARIO DE LOS AUTOS DE & 0ARA LOS CONSTRUCTORES DE AUTOS EL DESEMPE×O INVOLUCRA CINCO ASPECTOS ACELERACIØN MÉXI MA DESACELERACIØN MÉXIMA VELO CIDAD MÉXIMA ACELERACIØN LATERAL MÉXIMA Y SEGURIDAD PARA EL PILOTO 0ARA COMPARACIØN USAREMOS LOS AUTOS QUE NOS SON FAMILIARES Y AUN QUE PODEMOS PENSAR QUE EXISTEN GRANDES DIFERENCIAS ENTRE UN 4SURU TAXI Y UN "-7 ÏSTAS SON MENORES QUE LAS QUE SEPARAN AL MEJOR AUTO DEPORTIVO DE CALLE DIGAMOS UN 0ORSCHE  DE UN AUTO DE & %X PLIQUEMOS ESTO CON UNA CANTIDAD CINEMÉTICA CRUCIAL LA ACELERACIØN QUE PUEDE ALCANZAR UN AUTO ,OS AUTOS MODERNOS PROMEDIO SON CA PACES DE LLEGAR A LOS  KMH EN   SEGUNDOS PARTIENDO DEL REPOSO EN UNA CARRETERA PLANA AL NIVEL DEL MAR YA QUE LA PRESIØN DEL OXÓGE NO EN LA ATMØSFERA JUEGA UN PAPEL MUY IMPORTANTE PARA LA ElCIENCIA DEL MOTOR MIENTRAS QUE LOS DE PORTIVOS MÉS CAROS PUEDEN HACER LO EN   SEGUNDOS AUNQUE EXISTE UN MODELO DE 0ORSCHE PARA CALLE CUYO VALOR SE ACERCA AL MILLØN DE DØLARES QUE ES CAPAZ DE HACERLO EN  SEGUNDOS UTILIZANDO UN MOTOR HÓBRIDO ELÏCTRICOGASOLINA TURBO CARGADO !CTUALMENTE UN AUTO DE & QUE NO PUEDE SER TURBOCARGADO POR REGULACIØN ES CAPAZ DE ACELE RAR DE   KMH EN  SEGUNDOS DE   KMH EN S Y DE   KMH EN  S 0ARA COMPRENDER MEJOR LO QUE ES TAS CIFRAS SIGNIlCAN ES ÞTIL SABER QUE  KMH EQUIVALE A  MS Y QUE LA ACELERACIØN DE LA GRAVEDAD G AU MENTA LA VELOCIDAD DE UN OBJETO 

MS POR CADA SEGUNDO DE CAÓDA ES DECIR G MS  %STO NOS PERMITE CALCULAR LA ACELERACIØN DE UN & EN UNIDADES DE G  VECES LA GRAVE DAD DURANTE LOS PRIMEROS  KMH Y  VECES G DURANTE LOS PRIMEROS  SEGUNDOS %STAS SON ACELERACIONES QUE NOS DEJARÓAN MAREADOS Y FUERA DE CONTROL A LA MAYORÓA DE NOSOTROS 3I RECORDAMOS LA SEGUNDA LEY DE .EWTON &MA QUE NOS DICE QUE LA FUERZA & ES IGUAL A LA MASA M DE UN OBJETO POR LA ACELERACIØN A A LA QUE ES SUJETO RESULTA EVIDENTE QUE PARA LOGRAR UNA MAYOR ACELERACIØN ES NECESARIO OPTIMIZAR DOS CANTI

DADES MAXIMIZAR LA FUERZA QUE SE LE APLIQUE HACIENDO MAS POTEN TE EL MOTOR Y SIMULTÉNEAMENTE DISMINUIR SU MASA 5N .EWTON ES LA FUERZA CAPAZ DE ACELERAR UN KG CAMBIANDO SU VELOCIDAD MS CADA SEGUNDO !QUÓ INTRODUCIMOS LA CAN TIDAD CRUCIAL QUE USAN TODOS LOS CONSTRUCTORES DE AUTOS CONOCIDA COMO LA RELACIØN PESOPOTENCIA ,A POTENCIA ES LA CANTIDAD DE ENERGÓA QUE SE GASTA POR UNIDAD DE TIEMPO Y SE MIDE EN *OULESSEGUNDO ESTA ES UNA CANTIDAD FAMILIAR PARA TODOS PUES CORRESPONDE A UN 7ATT !SÓ QUE LA RELACIØN PESOPOTENCIA DE

UN AUTO NOS DICE CUÉNTA MASA TIENE QUE ACELERAR CADA UNIDAD DE PO TENCIA DEL MOTOR ,A MASA SE MIDE EN KG Y LA POTENCIA POR RAZONES HISTØRICAS SE MIDE EN CABALLOS DE FUERZA (0 O (ORSEPOWER EN INGLÏS CON LA EQUIVALENCIA (0  *O ULESSEGUNDO O  7ATTS !QUÓ PODEMOS REGRESAR A NUESTRA REFERENCIA DE LOS AUTOS COMUNES QUE PESAN ENTRE   Y   KG CON MOTORES DE  A  (0 CON LO CUAL PODEMOS OBTENER UN PRO MEDIO DE ALREDEDOR DE  KG POR CABALLO DE FUERZA PARA LA RELACIØN PESOPOTENCIA DE LOS AUTOS ACTUA LES DE CALLE %STE COCIENTE EXPLICA PORQUÏ UN AUTO BARATO CON POCA MASA   KG Y POCA POTENCIA  (0 ES CAPAZ DE ACELERAR CASI TAN RÉPIDO COMO UN AUTO MUCHO MÉS CARO CON MÉS MASA   KG Y CASI EL DOBLE DE POTENCIA  (0  ,A ACELERACIØN INCREÓBLE DE UN AUTO DE & SE EXPLICA POR EL MISMO PRIN CIPIO CON UNA MASA DE ALREDEDOR DE  KG AL PRINCIPIO DE LA CARRERA CON EL TANQUE DE COMBUSTIBLE LLE NO Y UNA POTENCIA DE   (0 LO QUE NOS LLEVA A UN COCIENTE DE MENOS DE KG(0 !HORA RESULTA PERTINENTE MENCIO NAR QUE SI UN & ES CAPAZ DE ALCAN ZAR EN POCOS SEGUNDOS LOS  KM H DADO QUE LAS CARRERAS SE LLEVAN A CABO EN CIRCUITOS ESPECIALES ES NECESARIO PODER FRENAR EL AUTO CON MUCHA RAPIDEZ PARA NEGOCIAR LAS CURVAS AL lNAL DE LAS RECTAS %STA ES OTRA DE LAS CARACTERÓSTICAS EXTRAOR DINARIAS DE LOS & YA QUE PUEDEN LOGRAR DESACELERACIONES DESDE LOS  KMH A  KMH EN MENOS DE  SEGUNDOS UTILIZANDO FRENOS CON DISCOS HECHOS DE lBRA DE CARBONO PURO %STO IMPONE ACELERACIONES NEGATIVAS DE HASTA NUEVE VECES LA

,UNES  DE *UNIO DE  \ ,! 5.)œ. $% -/2%,/3 \ 

$&$'(0,$'(&,(1&,$6'(025(/26$& ¢&RPHQWDULRV\VXJHUHQFLDV"¢3UHJXQWDVVREUHWHPDVFLHQWtÀFRV"&217É&7$126 HGDFPRU#LEWXQDPP[

FDDOOtPLWH

DE LA GRAVEDAD SOBRE LOS PILOTOS DE & ,A ACELERACIØN LATERAL MÉXIMA QUE ES LA QUE DElNE QUÏ TAN RÉPIDO SE PUEDE TOMAR UNA CURVA DEPEN DE DE LA ALTURA DEL CENTRO DE GRAVE DAD DEL AUTO MIENTRAS MÉS BAJO MEJOR DE LA ANCHURA MÉXIMA ENTRE DOS PUNTOS EXTREMOS DE LAS RUEDAS MIENTRAS MÉS ANCHO MEJOR Y CRU CIALMENTE DEL COElCIENTE DE FRIC CIØN DINÉMICO ENTRE EL COMPUESTO DE LAS LLANTAS Y EL PAVIMENTO DE LA PISTA ,A ALTURA Y ANCHURA MÉXIMA M DEL AUTO ESTÉ REGULADA POR LA &EDERACIØN )NTERNACIONAL DE !U TOMOVILISMO &)! Y DESDE HACE MÉS DE UNA DÏCADA ESTE ORGANISMO DECIDIØ QUE TODOS LOS AUTOS DEBE RÓAN USAR LOS MISMOS NEUMÉTICOS PARA EVITAR VENTAJAS EXTREMAS ENTRE EQUIPOS POR DESARROLLO DE MATERIA LES ESPECIALES LO QUE ELIMINARÓA EL ESPECTÉCULO DE UNA COMPETENCIA CERRADA ENTRE ESCUDERÓAS %STO LLEVA A QUE UN AUTO DE & SEA CAPAZ DE SOPORTAR ACELERACIONES LATERALES   VECES MAYORES QUE LAS DE UN AUTO COMÞN 4ODAS ESTAS CIFRAS SON REALMENTE IMPRESIONANTES Y REmEJAN PORQUÏ LOS AUTOS & SON UNA ESPECIE APARTE 3IN EMBARGO PARA EXPLICAR CØMO SE LOGRA SEMEJANTE DESEMPE×O ES NECESARIO ENTRAR EN EL ÉMBITO DE LA TERMODINÉMICA %STA ÉREA DE LA FÓSICA SE ENCARGA ENTRE OTRAS DEL ESTUDIO DE LAS TRANSFORMACIONES DEL CALOR EN ENERGÓA MECÉNICA 4ODOS LOS MOTORES DE COMBUSTIØN INTERNA DE LOS AUTOS COMUNES Y DE LOS & CONVIERTEN LA ENERGÓA QUÓMICA AL MACENADA EN EL COMBUSTIBLE EN LA FORMA DE ENLACES CARBONO CARBONO Y CARBONO HIDRØGENO EN ENERGÓA

MECÉNICA A TRAVES DE LA EXPANSIØN QUE PRODUCE LA EXPLOSIØN CONTRO LADA DE LA MEZCLA AIRE COMBUSTIBLE DENTRO DE UNA CÉMARA EL CILINDRO DONDE SE MUEVE UN PISTØN %L COM BUSTIBLE QUE USAN LOS & ES PRÉCTICA MENTE EL MISMO QUE USAN LOS AUTOS COMUNES Y CONTIENE  MILLONES DE *OULES POR LITRO    O  -*KG  $ESDE  LOS MOTORES & ESTÉN LIMITADOS A OCHO CILINDROS CON UN VOLUMEN TOTAL DE  LITROS LO QUE ES IGUAL A LA CILINDRADA DE LOS AUTOS MEDIANOS COMUNES 3I SE QUIERE OBTENER LA MAYOR POTENCIA POR UNI DAD DE VOLUMEN DE LA MEZCLA RE SULTA OBVIO QUE LO MÉS IMPORTANTE ES ACELERAR AL MÉXIMO EL PROCESO DE QUEMADO DE COMBUSTIBLE PERO MI NIMIZANDO AL MÉXIMO LAS PÏRDIDAS POR FRICCIØN ENTRE LAS PARTES MØVILES DEL MOTOR %S POR ESTO QUE MIENTRAS QUE LOS MOTORES DE AUTOS COMUNES PUEDEN GIRAR HASTA     RE VOLUCIONES POR MINUTO RPM LOS MOTORES DE & PUEDEN FUNCIONAR A   RPM AUNQUE LAS LIMITACIO NES REGLAMENTARIAS LOS LIMITAN DES DE HACE  A×OS A   RPM %S CURIOSO SABER QUE DE  A  PERIODO EN QUE LOS MOTORES & PO DÓAN UTILIZAR ALIMENTACIØN TURBOCAR GADA DE LA MEZCLA AIRE COMBUSIBLE LA VELOCIDAD DEL MOTOR ALCANZABA LAS   RPM Y LA POTENCIA ERA DE  A  (0 CON MOTORES TURBO DE  LITROS O MOTORES NORMALES DE  LI TROS CON  Ø  CILINDROS %VIDENTE MENTE ESTO LLEVABA A ACELERACIONES MAYORES Y VELOCIDADES TOPE QUE SOBREPASABAN LOS  KMH EN LOS MISMOS CIRCUITOS DE CARRERA $ADO QUE LA RELACIØN PESOPOTENCIA TAN BAJA PROVOCABA SITUACIONES MUCHO

3DUDDFWLYLGDGHVUHFLHQWHVGHOD$FDGHPLD\DUWtFXORV DQWHULRUHVSXHGHFRQVXOWDUZZZDFPRURUJP[

MÉS PELIGROSAS PARA LOS PILOTOS LA &)! DECIDIØ LIMITAR AÞN MAS LOS MO TORES RESTRINGIENDO SU TAMA×O Y LA CILINDRADA A  LITROS /TRO ELEMEN TO DE COMPARACIØN ES QUE UN MOTOR DE AUTO COMÞN TIENE ALREDEDOR DE  PIEZAS PESA MAS DE  KG Y SE ACOPLA USUALMENTE CON CAJAS DE VELOCIDADES DE CINCO VELOCIDADES MIENTRAS QUE EL MOTOR DE & ACTUAL TIENE MÉS DE   PIEZAS DONDE   SON MØVILES PESA MENOS DE KG Y SE ACOPLA A UNA CAJA DE SIETE VELOCIDADES $ADO QUE DURANTE UNA CARRERA LA VELOCIDAD DE ROTACIØN DEL MOTOR ESTÉ  DEL TIEMPO ENTRE   Y   RPM EL CALOR GENE RADO POR LA COMBUSTIØN TAN RÉPIDA DE CANTIDADES ENORMES DE COM BUSTIBLE DEBE SER LIBERADO AL AIRE DE LA FORMA MÉS ElCIENTE POSIBLE ,OS LECTORES HABRÉN NOTADO QUE LOS & CUENTAN CON GRANDES TOMAS DE AIRE A AMBOS LADOS DEL CHASIS UNA PARA ALOJAR AL RADIADOR QUE ENFRÓA EL AGUA Y OTRA PARA EL RADIADOR QUE ENFRÓA EL ACEITE DEL MOTOR ,A ElCIENCIA DE UN MOTOR ES EL CO CIENTE DE LA CANTIDAD DE ENERGÓA MECÉNICA DE ROTACIØN QUE PUEDE HACER GIRAR EL EJE DE LAS RUEDAS DI VIDIDO ENTRE LA CANTIDAD DE ENERGÓA QUE INGRESØ AL MOTOR EN FORMA DE COMBUSTIBLE 5N MOTOR IDEAL CUYA EXISTENCIA IMPIDE LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÉMICA SERÓA CAPAZ DE CONVERTIR LA TOTALIDAD DE LA ENER GÓA CONTENIDA EN EL COMBUSTIBLE

QUE QUEMA EN ENERGÓA CINÏTICA DE MOVIMIENTO Y SU ElCIENCIA SERÓA  ,OS MOTORES COMUNES ACTUA LES TIENEN UNA ElCIENCIA ENTRE  Y  LO QUE SIGNIlCA QUE TIRAN  PARTES DE LA ENERGÓA DE LA GASOLINA QUE USAN A LA ATMØSFERA EN FORMA DE CALOR 5N MOTOR DE & ES CAPAZ ALCANZAR UNA ElCIENCIA DE  YA QUE HA SIDO DISE×ADO PARA MINI MIZAR LA FRICCIØN ENTRE SUS PARTES MØVILES USANDO PIEZAS CON FORMAS Y MATERIALES MUY ESPECIALES ,OS TA MA×OS Y LAS MASAS DE LAS PIEZAS QUE DEBEN OSCILAR A   RPM SE HAN MINIMIZADO PARA LOGRAR LA MAYOR ElCIENCIA POSIBLE SIN QUE LAS PIEZAS FALLEN DURANTE AL MENOS CUATRO CA RRERAS LO QUE EQUIVALE A DIEZ HORAS PRODUCIENDO LA MÉXIMA POTENCIA &INALMENTE EL PAPEL DE LA AERODINÉ MICAESFUNDAMENTALPARAAUMENTAR EL DESEMPE×O EN PARTICULAR EN LO QUE CONCIERNE A LA VELOCIDAD MÉXI MA Y LA ACELERACIØN LATERAL MÉXIMA $ADO QUE LA &)! LIMITA EL TAMA×O Y UBICACIØN DE LAS SUPERlCIES DE CON TROL LOS ALERONES DELANTEROS Y TRASE ROS QUE FUNCIONAN COMO ANTI ALAS LOS CONSTRUCTORES INVIERTEN SUMAS MILLONARIAS EN SIMULACIONES COMPU TARIZADAS DEL mUJO DE AIRE ALREDEDOR DEL CHASIS PARA DETERMINAR LA FORMA ØPTIMA DE DISMINUIR LA RESISTENCIA AL AIRE Y SIMULTÉNEAMENTE DE AUMEN TAR EL EMPUJE DEL AIRE SOBRE LA PARTE TRASERA DEL AUTO HACIA ABAJO %STE EMPUJE HACIA ABAJO PERMITE QUE

EL AUTO TENGA MEJOR TRACCIØN Y QUE PUEDA TOMAR LAS CURVAS A MAYOR VE LOCIDAD QUE LA QUE PODRÓA ALCANZAR SIN LOS ALERONES %L DISE×O TEØRICO ELEGIDO SE PRUEBA POSTERIORMENTE CON UN PROTOTIPO EN UN TÞNEL DE VIENTO %L ESPACIO SE TERMINA Y AÞN QUEDAN MUCHOS ASPECTOS DE LA FÓSICA EN LA & POR EXPLORAR ASÓ QUE REMITIMOS AL LECTOR INTERESADO A ALGUNOS SITIOS CON MAYOR INFORMACIØN 0ARA COM PARAR EL DESEMPE×O DE LOS MEJORES AUTOS DEPORTIVOS ACTUALES CON UN & IR AL SITIO HTTPWWWYOUTUBE COMWATCHV)P*SHZ-RP$ %L SI TIO HTTPWWWTARINGANETPOSTS AUTOS MOTOS&ORMULA  !UTOS CAMPEONES DEL  AL  HTML CUENTA CON DATOS BÉSICOS COMO LA RELACIØN PESOPOTENCIA DE LOS & HASTA EL A×O  ,OS SI TIOS HTTPWWWYOUTUBECOMWA TCHV%A!%!84GFEATURERE LATED Y HTTPWWWYOUTUBECOM WATCHV MX86GGNC.2  MUESTRAN UN MOTOR & EN EL BANCO DE PRUEBAS ANTES DE SER MONTADO EN EL AUTO ,A TEMPERATURA DEL GAS A LA SALIDA PROMEDIA LOS   ²# LO QUE REQUIERE DEL DISE×O Y FABRI CACIØN DE ALEACIONES ESPECIALES 0ARA LA COMPARACIØN DE FRENADO DE UN & CONTRA UN AUTO DEPORTI VO ACTUAL VER EL SITIO HTTPWWW YOUTUBECOMWATCHV*-P52? 9'SW Y HTTPWWWYOUTUBECOM WATCHVH1A439.S?+G