Ciencia y Tecnologí­a / SEPTIEMBRE 05 DE 2021 / 1 mes antes

La bicicleta, más que un vehículo

Autor : Diego Arias Serna

La bicicleta, más que un vehículo

“La vida es como montar en bicicleta: para conservar el equilibrio hay que mantenerse en movimiento”, la expresión anterior adjudicada a Albert Einstein.

La bicicleta es quizás el medio de transporte más popular, y en estos tiempos cuando la contaminación del aire adquirió “carta de ciudadanía”, está conquistando más protagonismo, además, sirve para descontaminar el cuerpo cuando se hace uso de ella. 

Por eso en varias ciudades del mundo -un día a la semana- se hace la ciclovía. Aún más, hay urbes en las cuales urbanísticamente están adecuadas para que la gente pueda transportarse por este medio. Por lo tanto, el artículo está dedicado a la bicicleta, que es muy oportuno, en vista de que hoy termina la Vuelta a España.

Como el tema es muy amplio, algunos puntos se tratarán muy breves, mientras que otros serán más extensos. Se iniciará con la historia, luego se pasará a señalar su internacionalización como medio de transporte limpio. Igualmente, por su importancia para el cuerpo, se destacará qué partes se favorecen si se usa. Por supuesto, se resaltará la física que hay en este vehículo, así como la ciencia de los materiales que ha hecho posible la construcción con materiales que han permitido que este sistema sea más liviano.

También se indicará cómo se manifiesta la física cuando un ciclista va en un pelotón. En este caso, se tendrá como soporte un artículo publicado en agosto en la revista Investigación y Ciencia, edición española de Scientific American. Así que, la revolución de este siglo XXI, la nanotecnología, toma su importancia en el desarrollo de la bicicleta y la ha asimilado, construyéndola más liviana y resistente, lo cual incide en las competencias deportivas.

Además de la revista Investigación y Ciencia, parte de la información es tomada de Wikipedia. En particular, la historia de la bicicleta, en la que se indica que la idea es de vieja data y, como muchos aparatos, ha tenido varias vicisitudes, hasta llegar a la actual. En esos sucesos hasta se creyó en la participación de Leonado da Vinci -1452 – 1519-. Este medio de transporte fue muy popular en la década de 1890 y luego en las de 1950 y 1970. En este nuevo siglo está experimentando un nuevo apogeo y su uso crece rápidamente en el mundo debido al alto precio del combustible, y porque la bicicleta es ecológica. 

Una historia muy antigua 

Sus orígenes se remontan al Antiguo Egipto, cuando combinaron dos ruedas unidas por una barra, creando algo parecido a la actual. Recordemos que la Edad de Hierro se remonta a los 3.500 A. C., cuando forjaron este metal, y, entre otras cosas, inventaron la rueda. En otra cultura milenaria, como la china, hicieron algo parecido al aparato de los egipcios, pero con ruedas de bambú. El aporte de da Vinci fue desmentido en 1997 por Hans-Erhard Lessing, quien puso en duda el boceto de una bicicleta con transmisión de cadena impulsada por pedales.

Un estudio detallado demostró que el dibujo era una falsificación añadida después de la restauración en los años 60 del siglo XX. La construcción de la primera bicicleta con pedales se atribuye al escocés Kirkpatrick Macmillan, en el año 1839. Una copia de ella se exhibe en el Museo de Ciencias en Londres, Inglaterra. Él nunca patentó el invento, que posteriormente fue copiado en 1846 por Gavin Dalzell de Lesmahagow, quien lo difundió tan ampliamente que fue considerado durante 50 años el inventor de la bicicleta.

Luego, alrededor de 1890, el inglés John Boyd Dunlop, aficionado al ciclismo y creador de la empresa homónima, inventó una cámara de tela y caucho que se inflaba con aire que se colocaba en la llanta. Para evitar pinchazos, Dunlop inventó además una cubierta también de caucho. Estos inventos casi no han sufrido variaciones significativas desde sus inicios. Los cambios que se han dado pasan por los guardabarros, accesorios como timbre, candado, luces alimentadas con dínamos, retrorreflectores y bicicletas plegables que facilitan su transporte, y cuya historia data desde 1880. Los discapacitados también se han favorecido con esta evolución.  

En el año 2006, sir Clive Sinclair inventó una de tipo plegable, la A-bike, con unas dimensiones minúsculas una vez plegada. Así mismo, con el avance de la electrónica, se puede medir la velocidad, el kilometraje recorrido, estimar las calorías gastadas, medir signos vitales y transmitir las señales para que un centro médico dictamine su estado de salud. Además, se puede generar electricidad y almacenarla en una batería, lo que contribuye aún más a descontaminar el planeta. Su último desarrollo llegó con el advenimiento de la nanotecnología. Veamos por qué. 

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La nanotecnología y la bicicleta  

Los nanotubos de carbono –NTC- cautivaron a los científicos en la última década del siglo pasado por sus propiedades mecánicas y eléctricas, pues pueden conducir 5 veces más la electricidad y 15 veces más el calor que el cobre, son 200 veces más fuerte y 5 más elástico que el acero, con casi la mitad de la densidad del aluminio, es decir menos pesado. Los NTC son construcciones de átomos de carbono de empaquetamiento hexagonal envueltos en cilindros. Por las virtudes de ese material, BMC, la empresa suiza que manifactura bicicletas, en colaboración con Easton Sports de EE.UU. fabricaron la que usó Floyd Landis en el Tour de Francia en 2006, logrando el triunfo. 

Hay que recordar que a Landis se le quitó el galardón por dopaje. Eso no le dio mala fama a los nanomateriales que usó en su bicicleta, por el contrario, los NTC se usan en muchos deportes, porque al tener bajo peso los productos deportivos dan ventajas. Por otra parte, este medio de transporte sano, ecológico y económico, se está usando en la mayor parte de Europa, y llega a ser, en países como Suiza, Alemania, Países Bajos, Bélgica, algunas zonas de Polonia y los países escandinavos, uno de los principales medios de transporte. En Asia, especialmente en China e India, es el medio de transporte más usado.

Pero no solo favorece el medio ambiente, también beneficia la salud de quienes practican el ciclismo. Los beneficios directos se manifiestan en los músculos, sistema esquelético, articulaciones, corazón disminuyendo el riesgo de un ataque cardiaco en un 50 %, regula la presión arterial, al ser relajante contrarresta el estrés, el esfuerzo físico ayuda a perder peso. Así mismo, se ha demostrado que la actividad física frecuente reduce el riego de cánceres de colon, próstata y páncreas y, posiblemente, de pulmón. El ciclismo, entonces, es sinónimo de salud.       

La bicicleta permite enseñar física

Como si fueran pocos los beneficios anteriores que se obtienen con su uso, este vehículo facilita la enseñanza de la física. 

Al practicar ciclismo se manifiestan las fuerzas de gravedad, de reacción, de rozamiento tanto la del piso, como la del aire y de los rodamientos, la giroscópica que facilita tomar una curva, así como la fuerza centrífuga, porque al realizar un giro se inclina en el sentido del giro, y si no se quiere que esta tumbe al deportista para el lado contrario al del giro, igualmente, facilita la enseñanza del momento angular, que permite mantener el equilibrio cuando se está rodando, así mismo, las ruedas al girar manifiestan este fenómeno físico.

También las leyes de la física intervienen al montar en bicicleta, por ejemplo, la primer, segunda y tercera ley de Newton. La primera o de la inercia, responsable de que el aparato siga rodando al dejar de pedalear. La segunda, que expresa: para una misma fuerza, la aceleración será mayor cuanto menor sea la masa del conjunto bicicleta-ciclista, por eso se buscan materiales ligeros y la disminución de peso del deportista. 

La tercera o la de acción y reacción, que se manifiesta cuando al pedalear, la fuerza llega a la rueda trasera, que actúa sobre el suelo y este reacciona al devolver una fuerza sobre la llanta, de igual dirección, pero de sentido contrario, logrando el avance hacia adelante. Además, la cinemática y la dinámica, se aprenden más fácil. Mantener el equilibrio, implica conservar el movimiento, porque si se está en reposo se cae.  

¿Qué pasa en un pelotón de ciclistas?

Cuando se compite y los ciclistas forman pelotones, quienes se benefician son los saben ubicarse. Para explicar el fenómeno, como se señaló al inicio, se usará el artículo escrito en Investigación y Ciencia el mesado por Jean-Michel Courty y Edouard Kierlik, ambos profesores de física en la universidad de Paris-Sorbona. El título del artículo es “Chupar rueda en el pelotón”, empiezan señalando que los ciclistas que avanzan en grupo o en fila india, se cansan mucho menos que quienes corren solos. La razón se debe a la menor resistencia que opone el aire. Cuando un ciclista se escapa del pelotón y corre en solitario la mayor parte de la etapa, lo normal es que acabe agónico y sea alcanzado por sus compañeros. 

Según ellos, “una excepción histórica fue el caso de Albert Bourlon, quien desde 1947 ostenta el récord de la escapada victoriosa más larga del Tour de Francia, tras recorrer en solitario nada menos que 253 kilómetros. ¿Acaso rinden menos los ciclistas de hoy? La física, la simulación numérica y los experimentos con túneles de viento fomentarán nuestra indulgencia”. 

Como veremos a continuación, “ir en medio del pelotón o en fila india requiere considerablemente menos esfuerzo que correr en solitario. La causa radica en que, en tales casos, la resistencia aerodinámica que experimentan los corredores es mucho menor. Todo ciclista aficionado sabe que, incluso correr en suelo llano y sin viento requiere más esfuerzo”. 

Explican igualmente: “Más aún si rodamos a una velocidad de 15 kilómetros por segundo, o de 54 kilómetros por hora, común en las competencias de ciclismo profesional. ¿Qué fuerzas se oponen a nuestro movimiento y hacen que éste resulte tan difícil? Cuando vamos en bicicleta, la resistencia al avance se debe principalmente al arrastre aerodinámico. A 15 kilómetros por segundo, e incluso estando recostados sobre el manillar, dicha fuera ascienda a unos 40 newton, el equivalente a un peso de un objeto de unos 40 kilos”.

¿De dónde procede esa fuerza aerodinámica? Veamos cómo lo explican los autores: 

“Su expresión cuantitativa nos da una idea: resulta proporcional al producto de la densidad del aire por el cuadrado de la velocidad del ciclista y por la superficie frontal -incluida la de la bicicleta- que se opone al flujo del aire. Es como si el ciclista tuviese que empujar y poner en movimiento todo el volumen de aire que atraviesa”. 

Señalan que la constante de proporcionalidad que entra en la expresión de la resistencia aerodinámica depende de la posición que adopte el ciclista y de la forma de la bicicleta, pero también de los detalles del flujo del aire que los rodea. Cuando un corredor chupa rueda, el vacío creado tras su predecesor, reduce la sobrepresión que él mismo genera y la fuerza aerodinámica disminuye. Ya ven qué fácil es la física montando en bicicleta.a



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