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lunes, agosto 11, 2008

El agarre de un Terminator

Carátula de la serie

Últimamente se anuncia mucho en CMT (Castilla-La Mancha Televisión) la próxima emisión de la serie Terminator: Las crónicas de Sarah Connor, con un indefinido cartel de «muy pronto». Teniendo en cuenta el pésimo trato que recibió Héroes en la misma cadena, con emisiones de madrugada sin previo aviso, me alegra haber podido disfrutar ya de la serie (en versión original), gracias a la Red.

Pero como estamos en el blog que estamos, si menciono una serie es para lo que ya sabéis. En uno de los episodios (no daré demasiados detalles de la trama), los protas se suben a un camión (no muy grande, pero camión al fin y al cabo) para huir de un terminator. Cuando arrancan y pisan el acelerador a fondo, el terminator se pone delante del vehículo, empujándolo con los brazos. Como resultado, las ruedas patinan y el camión no avanza.

Aunque pueda parecer similar, la situación que nos ocupa es bastante diferente de la que comenté hace poco, sobre El Coche Fantástico. Aquí, los dos cuerpos a considerar, parten del reposo, por lo que la cantidad de movimiento de ambos es nula. Podemos también imaginar que el robot asesino es capaz de ejercer la misma fuerza que el camión, por lo que en este punto (conservación de la cantidad de movimiento) no habría problema.

Sin embargo, como he mencionado antes, las ruedas del camión patinan, mientras que el terminator permanece «clavado» en el suelo. Eso quiere decir que la adherencia del terminator es mayor que la del camión, o dicho de otra forma, que la fuerza de rozamiento entre las botas del robot (pues iba calzado) y el suelo, es superior a la existente entre los neumáticos del camión y el suelo. ¿Y puede ocurrir? Bueno, lo primero que hay que preguntarse es ¿de qué depende la fuerza de rozamiento?

Aunque difícil de modelar con exactitud, la fuerza de rozamiento entre dos superficies sólidas depende de dos factores: la propia naturaleza de las superficies en contacto, y la fuerza normal (perpendicular) a dichas superficies. Así, la fuerza de rozamiento se puede expresar como Fr=μ·N, donde N es la fuerza normal a la superficie de contacto, y μ es el llamado coeficiente de rozamiento. Este coeficiente depende de las naturalezas de ambas superficies. Es evidente, por ejemplo, que el hielo es más resbaladizo que el asfalto, o que el hierro lo es más que el caucho. El coeficiente también varía con la velocidad, siendo especialmente relevante la diferencia que existe entre su valor con los cuerpos en reposo (rozamiento estático) y su valor con los mismos cuerpos en movimiento (rozamiento dinámico). Seguramente habréis podido comprobar a la hora de empujar algún objeto especialmente pesado, que hay que ejercer más fuerza para iniciar el movimiento, que para mantenerlo (y no, no es sólo debido al hecho de que para iniciar el movimiento hay que proporcionar una aceleración mayor que cero).

En la escena del episodio, es difícil decir qué elemento tiene un mayor coeficiente de rozamiento, aunque si suponemos que el terminator lleva botas con suela de goma, el valor debe de ser parecido (aunque me inclino a pensar que unos neumáticos tienen más agarre que unas botas). Sin embargo, tenemos el segundo factor, que en este caso es determinante: la fuerza normal. Esta fuerza es perpendicular a las superficies de contacto. Puesto que en el caso que nos ocupa las superficies son horizontales (el suelo, y para los que pregunten, no estaban en una cuesta, sino dentro de una nave industrial), la fuerza normal es el peso de cada objeto.

No podemos asegurar cuánto pesa un terminator, pero si recordáis la segunda peli (Terminator 2: el día del juicio), hay una secuencia donde el T-800 interpretado por Schwarzenegger monta en una moto, e incluso da un espectacular salto, tras el cual la moto sigue andando. No parece entonces que un terminator de ese tipo tenga una masa de varios cientos de kilogramos (no, el de la serie no era un T-1000 ni un T-X). Y sin embargo, un camión sí que la tiene (incluso de algunos miles). Para que el terminator pudiera hacer patinar las ruedas del camión, simplemente emujándolo, la fuerza de rozamiento que ejerce sobre el suelo, tendría que ser mayor que la que ejerce el camión. Y puesto que el camión tiene un peso muy superior al del terminator, el coeficiente de rozamiento de éste tendría que ser muchísimo mayor. Así, si el camión pesara el triple que el terminator (por ejemplo), el coeficiente de rozamiento de las botas, tendría que se de más del triple que el de los neumáticos (insisto que es un ejemplo; me inclino a pensar que la diferencia de masas es mucho mayor). Y salvo que el terminator se haya confeccionado él solito unas botas «hiper-adherentes» (recordad que sólo pueden viajar desnudos a través del tiempo), no parece posible.

21 comentarios:

  1. ¿Se ve el estado del asfalto al final de la escena? Jeje Puede que el Terminator proyectara dos guías sólidas desde la planta de los pies a modo de cimientos... xDDD

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  2. Discrepo (sin haber visto la serie).
    Estás asumiendo que el terminator hace fuerza en dirección puramente horizontal. Pero si la fuerza que aplica tiene también una componente vertical, un poco hacia arriba, se le debe restar dicha componente al peso del camión (si llegara a levantar las ruedas delanteras girarían en el aire sin más) y añadirla (por el principio de acción y reacción) al peso del Terminator, aumentando así el rozamiento.

    Lo cual no quita, por cierto, que la explicación de la fuerza de rozamiento sea genial, como de costumbre ;-)

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  3. Totalmente deacuerdo con vengoroso, si el Terminator se apoya hacia adelante inclinado sobre el camión la propia fuerza de empuje del camión tiene una componente vertical que aumenta la normal proporcianalmente al empuje del camión dependiendo del ángulo y del peso del Terminator (que tampoco parce que pese poco)lo que tiene que parara es el par motor de arranque del camión que si no es muy elevado podría hasta parecer posible, podría hacer patinar el embrague.

    Saludos

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  4. Cuando el conductor del camion arranca, el motor, que esta muy bien ajustado, hace girar a las ruedas a muchisima velocidad, lo cual hace que momentaneamente estas patinen sobre el asfalto, y este rozamiento y el calor generado por el hace que las ruedas se cubran de una pequeñisima capa de asfalto y goma derretida que facilita aun mas el deslizamiento posterior....
    Si el terminator no estuviera agarrando el camion, parte de la rotacion (parte del momento angular) de las ruedas haria que este se desplazara un poquito hacia adelante y con eso aumentara la adherencia al suelo, pero como lo estan agarrando y no se mueve de su sitio, el rozamiento mantiene la capa lubricante y las ruedas siguen girando.
    El terminator no tiene que ejercer mucha fuerza para detenerlo, apenas la suficiente para que no se mueva ni un milimetro....
    Ahora, si el conductor afloja un poco el pie del acelerador, la velocidad de rotacion bajara y la capa lubricante perdera su estado y se establecera un rozamiento que hara que el terminator haga surfing detras del camion....

    Con Superman era mas facil de explicar.....

    Y ademas eso de viajar desnudos a traves del tiempo me parece bastante indecente....por no hablar de la falta de higiene....

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  5. ¡Tiene botas de gecko!

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  6. Vengoroso, tal vez en la serie fuera así, pero yo no he visto ningún camión cuyas ruedas motrices sean las delanteras ;-)

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  7. A ver, yo creo que estamos siendo un tanto duros con Alf. Él, tras ver el capítulo supongo que habrá tenido en cuenta estas cosas. Es decir, si el terminator empuja paralelamente a la superficie, o hacia arriba. Y que cuando ponen a patinar las ruedas no se terminan de fijar en si se crea una capa acetosa... de las ruedas motrices del camión ni me meto...

    El caso es que por mucho que pese un terminator o mucha fuerza que tenga, el camión es mucho más pesado, y la ruedas raramente patinarian, si acaso se estropearía.

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  8. La serie mola bastante pero se abusa mucho de los conceptos de fuerza bruta en todas las series-películas de este tipo. Me recuerda al post sobre Underworld y el helicoptero

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  9. En cuanto al peso del cyborg, en la tercera peli hacen una cosa curiosa: unos polis intentan levantar a Arnie de un coche en que ha quedado incrustado y no pueden ni moverlo, un punto que hasta ese momento se había pasado en la dinámica del resto de la saga (el cyborg se mueve e interactúa con los objetos como si pesara 90 kilos, cuando el peso al menos debería ser el de un humano cachas relleno con un ciclomotor). Aun así, el tejido orgánico que rodea al chasis de combate debería quedar hecho pulpa con dos mamporros de esos. Seguro que llevan una provisión de Thrombocid para las pupitas.

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  10. Anónimo: prácticamente todos los vehículos de motor tienen tracción delantera, lo que sí que es raro es encontrar coches de tracción trasera, no hablemos ya de los camiones...

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  11. Genial post como siempre Alf.

    Curiosidad: según la wikipedia, el coeficiente entre caucho y cemento es 1 para la estática y 0,8 para la dinámica.

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  12. ojala, nunca tenga que ver un pelicula con vos, porque realmente te odiaria.
    jaja


    Segui escribiendo que tu blog es genial

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  13. Vengoroso, no quiero entrar en un flame, pero lo que dices de la tracción en coches y camiones contradice mis conocimientos.
    Como bien dices, en los modelos de coche más comunes en Europa predomina efectivamente la tracción en las ruedas delanteras. Aunque marcas como BMW, Mercedes y alguna otra siguen fabricando con tracción trasera.
    En cuanto a los camiones, si entendemos como camión un vehículo industrial de más de 3 Tn, prácticamente todos tienen tracción trasera. Por supuesto, en los camiones que arrastran un remolque, las ruedas motrices no son las "últimas", las del remolque, sino las del segundo eje contando desde la parte frontal del vehículo.
    Desconozco si en algún otro lugar las cosas son diferentes, pero estoy dispuesto a aprender.

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  14. Hola, lo primero es que no he tenido la ocasión de ver el anuncio, CMT "La nuestra" capta bastante poco mi atención. ¿Que echaron Héroes? y yo bajándomelos de Internet. Bueno a lo que íbamos, que no eran los agujeros negros, así que dejemos la CMT.

    Empezaré por un par de hipótesis, el peso del cybor no debería pasar de los 700 kg, que son 90 litros de cybor relleno de acero (7.8 kg /l), no creo que tenga sentido rellenarlo de plomo, ni de iridio(22.6 kg/l), ¿pero no venía del futuro?, seguro que conocen el titanio (4.5kg/l) o el aluminio (2.7kg/l), seguro que dentro de 200 años la fibra de carbono (1.75 kg/l) está superada. Tampoco creo que pese tanto, pues los ascensores no se descuelgan él monta, ni el suelo de las casas vibra a su paso, ni se revientan las ruedas de las motos (ni siquiera parecen a medio inflar), más bien creo que la masa, hablemos con propiedad, no debe pasar de la de ¿una moto?, pongámosle 200 kg tirando por lo alto.
    El camión no sé como era, pero pongamos que estaba más bien vacío, y no era muy grande, y le supondré una masa de 5.000 kg.

    Para retener al camión haría falta ejercer fuerza superior a la tracción que es capad de ejercer. Esta es el rozamiento, aprox 1 para los neumáticos, por la normal que pasa por el eje motriz , las otras no cuentan, que supondré de 2000 kilos. Por lo tanto la fuerza para retener el camión debe ser de 2000x1=2000 kilos (kilopondios claro, no kg, o lo que es lo mismo 20 kN si preferís el S.I.)

    Seré terriblemente bondadoso y consideraré que las superbotas del cyborg, tienen la tegnología de la NASA de dentro de 200 años basada en la de los geckos (salamanquesas para los de nuestra tierra) de hace 400 millones, que son capaces de proporcionarle un coeficiente de rozamiento-adherencia 10 o 15 veces superior al del caucho de las ruedas. Con esto el cybor retendría al camión, al que patinarían las ruedas. Problema solucionado.

    ¡¡¡ Pues NO !!!! No y no.

    ¿Por qué? Con todo lo anterior el conseguiríamos que las botas no deslizasen ni un centímetro, pero el cybor simplemente se caería de espaldas, eso si, sin deslizar.
    Para que un sistema de fuerzas esté en equilibrio deben cumplirse dos cosas: que la suma de fuerzas sea nula (equilibrio de fuerzas) y que la suma de fuerzas concurran en un punto (equilibrio de momentos). Con las superbotas hemos conseguido el primer apartado, pero el cybor para el camión con los brazos (entiendo que está de pie y no tumbado) quizás ligeramente inclinado hacia delante para poder “hacer fuerza”. El cybor ejerce 2000 kp con sus brazos para retener el camión, estos se compensan con los 2000 kp del rozamiento de sus botas, pero de unos a otros hay pongamos 1.5m de separación, lo que da un momento de 3000 m.kp, para equilibrarlo nos queda el peso del cybor 200 kp y la distancia entre el centro de gravedad del mismo, pongamos que esta por el ombligo si es que lo tiene, y sus pies. Como son fuerzas verticales es la distancia en horizontal pongamos que 30 cm (seguro que en el anuncio no se inclina tanto), luego da un momento de 200*0.3= 60 m.kp, con lo que el equilibrio no puede existir. Para poder resistir el vuelco del camión tendría que estar casi horizontal para que los 2000 kp se ejerciesen unos 10 cm por encima de sus pies, y su centro de gravedad se alejase unos 100 de sus pies con esto 100*200=10*2000.
    Si alguna vez habéis visto un concurso de “superhombres” en los que arrastran a camiones o aviones, os habréis dado cuenta de esto, aquí por cierto el tema del rozamiento se soluciona con unos tacos similares a los de atletismo o algo por el estilo, y el forzudo apoya su pié contra algo más vertical que horizontal.

    ¿y en el camión no hay momentos? Pues sí, pero no le pasa nada o casi nada. Para equilibrarse la normal de las ruedas no pasa por la vertical del centro de gravedad, sino un poco más atrás, concretamente 2000kp x 1m / 5000 kp = 0.4 m, lo que no es ningún problema simplemente algo mas de peso en los ejes traseros y menos en el delantero. Por cierto que al pesar algo menos en el delantero, para frenarlo haría falta algo menos de fuerza de los 2000 kilos que habíamos supuesto.


    Alf como siempre genial.
    Carlos muy buena la explicación de las ruedas y el alquitrán.

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  15. De hecho, no has descrito la escena correctamente. En el momento del encuentro entre la parte delantera del camión y el Terminator, el camión está en movimiento, y el Terminator parado.

    En un principio el camión hace resbalar al terminator por el suelo unos metros, y luego para en seco, y es después el camión el que resbala.

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  16. como siempre hilando fino. Y no me comere la cabeza que estamos en verano asi que prefiero ser espectador pasivo y disfrutar tanto de la serie como de tus magnficas entradas. Como siempre

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  17. mmm...discrepo igual que varios, y la razon es que la normal es la reaccion a la fuerza que ejerce el cuerpo hacia la superficie, por tanto terminator podria hacer una fuerza perpendicular a la superficie y conseguir mas fuerza de roce que solamente el peso del vehiculo.

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  18. Off topic, el cyborg viene del futuro y llega desnudo. Su ropa no es tecnológicamente avanzada y por tanto tampoco sus botas, pero he disfrutado igualmente con las explicaciones.

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  19. He revisado el episodio, y la escena es tal y como la describe el último anónimo: el camión se mueve un poco antes de que el terminator intente detenerlo. Éste resbala al principio, pero luego consigue detener al camión, cuyas ruedas patinan.

    Lo cual creo que hace más difícil la situación para el terminator. Como mencioné en el post, el coeficiente de rozamiento estático es mayor que el dinámico. Como el terminator ya está resbalando, el coeficiente de rozamiento de sus botas es menos que cuando se detiene. Y al revés, el de los neumñaticos es mayor que cuando se ponen a patinar. Así que el terminator parte de una posición incluso menos ventajosa.

    Me he fijado también en la postura que adopta. Se inclina un poco (muy poco) sobre el camión, con los pies un poco separados (uno delante de otro), y los brazos medio flexionados. Como han comentado algunos, puede que el terminator ejerciera sobre el camión algo de fuerza hacia arriba, para aumentar su normal (y por tanto, su rozamiento). Pero tendríamos el problema que menciona Eduardo: se caería de espaldas, pues está casi erguido.

    De hecho, los protas se libran momentáneamente de él disparándole, de forma que cae hacia atrás y el camión le pasa por encima.

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  20. La verdad es que la serie está genial. Mucho mejor que la tercera entrega de la pelicula. Sin embargo en este espisodio la cagaron un poco con estos temas. otro ejemplo en el mismo episodio y con el mismo terminator es cuando levanta un palé de metal super-pesado. Por muy fuerte que sea el Terminator, la posición para levantar algo tan pesado debe estar equilibrada, sin embargo el terminator lebamta todo el palé como si fuera una taza de café.

    Yo peso 80kg y sería capaz de levantar hasta 8kg con la misma facilidad. Para levantar más peso tendría que balancear el cuerpo un poco hacia atrás para repartirlo en el centro de gravedad. Sin embargo, es imposible que el Terminator pese 10 veces más que el palé, ya que según el guión, estaba hecho del mosmo metal.

    saludos!

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  21. Hay otra razón por la que la escena es imposible y que también es Mala Ciencia, pues supone ir contra la evidencia experimental. Cuando un vehículo a motor tiene que enfrentarse a una fuerza superior a la que desarrolla su motor, el efecto no es que las ruedas patinen sino que el motor tiende a perder revoluciones hasta que se para (lo que llamamos calarse). Pensad en lo que pasa si intentáis subir una cuesta en una marcha demasiado larga. Aquí la fuerza que se opone al vehículo no es el terminator sino su propio peso pero es lo mismo. el motor pierde revoluciones y tenéis que reducir el cambio o se calará el motor, pero nunca patinan las ruedas

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