¿Qué es un acelerometro? ¿Para que me sirve el acelerometro? ¿Cómo se utiliza?. Muchas veces cuando miramos las carreras de Fórmula 1, Turismo Carretera, Rally, WTCC, entre otras, nos preguntamos como hacen los pilotos para doblar tan fuerte, como se diseñan los vehículos para no "salir volando"... Bueno, en este articulo describiremos sobre LAS FUERZAS G y como medirlas.
Es fascinante ver una carrera y ver la Ingeniería que hay detrás de ello para que todo funcione de manera correcta.
La preparación física del piloto para poder estar manejando a unas fuerzas muy poco comunes y que no cualquiera podría resistir. Pero.. ¿Cómo hacen para saber y desarrollar el vehículo/piloto para esa exposición?. Vamos a aprender sobre las Fuerzas G y como medirlas
¿Qué es la Fuerza G?
La "fuerza G" se puede decir que son las sensaciones que sufre los objetos y las personas
cuando recibe un cambio de aceleración.
Esta magnitud adimensional, es decir no tiene unidad de medida, pero en general lo comparamos con el valor de la gravedad (de allí es que le decimos fuerza G) para dar una idea intuitiva de un valor que podamos medir (recuerden que lo que no se puede medir, no se puede mejorar). Muchos estamos familiarizados con estos valores pero no llegamos a entender qué significan.
La expresión "1G= 9,8 m/s2" significa que por cada segundo que pasa, la velocidad varía en 9,8 m/s, que si lo traducimos a un término más familiar nos indicaría que el objeto ha sufrido una aceleración de 35 km/h en un segundo!!.
En el caso que vamos a ejemplificar o que mas nos llama la atención (al menos en mi caso), es un piloto de F1; al pisar el acelerador a fondo y su monoplaza pasa de estar en reposo a alcanzar los 70 km/h en un segundo su cuerpo sufriría una aceleración de 2 G. En general, los actuales monoplazas no tienen esa capacidad de aceleración pero los antiguos sí. Por ejemplo, si nos vamos al año 2000, recordaremos que el Williams/BMW, cuya motorización era de un V10 de 3 litros era capaz de pasar de 0 a 100 en 1.2 seg, llegando a alcanzar el piloto los 2.4 G.
Esta magnitud adimensional, es decir no tiene unidad de medida, pero en general lo comparamos con el valor de la gravedad (de allí es que le decimos fuerza G) para dar una idea intuitiva de un valor que podamos medir (recuerden que lo que no se puede medir, no se puede mejorar). Muchos estamos familiarizados con estos valores pero no llegamos a entender qué significan.
La expresión "1G= 9,8 m/s2" significa que por cada segundo que pasa, la velocidad varía en 9,8 m/s, que si lo traducimos a un término más familiar nos indicaría que el objeto ha sufrido una aceleración de 35 km/h en un segundo!!.
En el caso que vamos a ejemplificar o que mas nos llama la atención (al menos en mi caso), es un piloto de F1; al pisar el acelerador a fondo y su monoplaza pasa de estar en reposo a alcanzar los 70 km/h en un segundo su cuerpo sufriría una aceleración de 2 G. En general, los actuales monoplazas no tienen esa capacidad de aceleración pero los antiguos sí. Por ejemplo, si nos vamos al año 2000, recordaremos que el Williams/BMW, cuya motorización era de un V10 de 3 litros era capaz de pasar de 0 a 100 en 1.2 seg, llegando a alcanzar el piloto los 2.4 G.
Los valores más altos de las aceleración G se dan
en las frenadas y en los pasos por curva (sin tener en cuenta los accidentes, es decir, en un despiste el monoplaza impacta contra un muro, allí la desaceleración es enorme!).
Lo mas sorprendente de un vehículo de Formula, es su frenado, si, no estoy loco a nosotros que nos encantan los motores hubiésemos dicho que lo mas sorprendente es la potencia o el torque, pero quiero mostrarles porqué es la frenada (desde mi punto de vista).
Lo mas sorprendente de un vehículo de Formula, es su frenado, si, no estoy loco a nosotros que nos encantan los motores hubiésemos dicho que lo mas sorprendente es la potencia o el torque, pero quiero mostrarles porqué es la frenada (desde mi punto de vista).
Para tener una idea de porqué hay tanta ingeniería y preparación en este punto, debemos saber que en una frenada el piloto llega
a sufrir una fuerza de casi -6 G (se le agrega el signo "menos" adelante, porque es una desaceleracion), pasando de 320 km/h a 68 km/h en pocos
segundos. Impresionante!!
Si quieres ver cómo es el Disco de Freno y las pastillas, te dejo un vídeo, increíble disipar tanto calor!!
En las curvas se llegan a alcanzar valores muy
altos,en la fórmula 1, por ejemplo, los radios de las curvas son "muy pequeños"
y las velocidades a las que se mueven son muy grandes, elevando los valores de
la fuerza centrífuga.
Los sistemas de protección lateral con que cuenta los monoplazas actuales permiten a los pilotos reposar la cabeza en los laterales (el famoso "Hans") y el cuello sufre mucho menos que en el pasado cuando no existían (si uno recuerda alguna imagen de los pilotos, parecía que la cabeza y el cuello era una misma parte, ya que el ejercicio que hacían para reforzar los músculos de los cuellos era muy grande).
Los sistemas de protección lateral con que cuenta los monoplazas actuales permiten a los pilotos reposar la cabeza en los laterales (el famoso "Hans") y el cuello sufre mucho menos que en el pasado cuando no existían (si uno recuerda alguna imagen de los pilotos, parecía que la cabeza y el cuello era una misma parte, ya que el ejercicio que hacían para reforzar los músculos de los cuellos era muy grande).
Como
hemos visto la fuerza G es una fuerza que se mide en comparación con la fuerza
de la gravedad y está directamente relacionado con la masa del objeto (la cantidad
de materia que contiene) que determinará finalmente su peso. Una fuerza 1G te
indica directamente tu peso (la fuerza que ejerce la Tierra sobre
ti).
Entonces, podemos ir resumiendo con que la fuerza G es una fuerza que se mide en comparación con la fuerza
de la gravedad y está directamente relacionado con la masa del objeto (la cantidad
de materia que contiene) que determinará finalmente su peso. Una fuerza 1G te
indica directamente tu peso (la fuerza que ejerce la Tierra sobre
ti).
Entonces, cada vez que escuchamos o vemos el diagrama de valores de G en las curvas (ejemplo F1) vamos a poder interpretar lo que están diciendo.
Recordar siempre que, cuando se alcanzan valores G altos implica multiplicar el peso de manera lineal. Una fuerza 2 G genera una fuerza similar al doble de nuestro peso y en el caso de alcanzar los 10 G la fuerza generada equivale a 10 veces nuestro peso.
Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones / desaceleraciones.
Estos dispositivos se pueden encontrar fácilmente en smartphones (es el encargado de girarnos la pantalla cuando se inclina el equipo), computadoras, aviones o en algunos sistemas del vehículo, por ejemplo para activar el airbag en caso de colisión, para el control del sistema ABS, cortacorrientes inerciales, entre otros.
Hay diferentes métodos para realizar las mediciones con estos dispositivos, pero todos emplean el mismo esquema de funcionamiento: una masa sujeta por un muelle dentro de un recipiente.
En el campo de aplicación, la FIA hizo un estudio detallado y encontró que aunque los resultados podrían ser de utilidad.
Recordar siempre que, cuando se alcanzan valores G altos implica multiplicar el peso de manera lineal. Una fuerza 2 G genera una fuerza similar al doble de nuestro peso y en el caso de alcanzar los 10 G la fuerza generada equivale a 10 veces nuestro peso.
Pero, ¿como se puede hacer si yo quiero medir la aceleración?
Es aquí cuando acudimos a un acelerómetro! Este dispositivo es capaz de hacer medible esa Aceleración/Desaceleración.
¿Para que sirve un Acelerómetro?
Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones / desaceleraciones.
Estos dispositivos se pueden encontrar fácilmente en smartphones (es el encargado de girarnos la pantalla cuando se inclina el equipo), computadoras, aviones o en algunos sistemas del vehículo, por ejemplo para activar el airbag en caso de colisión, para el control del sistema ABS, cortacorrientes inerciales, entre otros.
Hay diferentes métodos para realizar las mediciones con estos dispositivos, pero todos emplean el mismo esquema de funcionamiento: una masa sujeta por un muelle dentro de un recipiente.
Estos dispositivos aprovechan una propiedad natural de ciertos
cristales llamados piezoeléctricos (cuarzo, circonato de plomo) que al
ser presionados generan electricidad. Los elementos piezoeléctricos (por ejemplo, algunos inyectores de combustible) se
encuentran comprimidos por una masa que está sujeta por un muelle y todo el
conjunto se aísla dentro de una caja metálica. Cuando el dispositivo es
sometido a una aceleración la masa oscila y presiona al disco
piezoeléctrico, en función de esa presión, se envía una señal y nos dice la aceleracion de ese instante. La cantidad de electricidad generada por el disco
dependerá de la presión recibida por la masa.
En el caso de aceleraciones positiva, cuánto mayor sea el
incremento de velocidad mayor será el desplazamiento de la masa (son directamente proporcionales, crece una, crece la otra). En este caso
la presión ejercida sobre el disco aumentará, al igual que la
electricidad producida por el cristal.
¿Se puede medir la señal de un acelerometro?
Si, con un simple multimetro (debemos colocar la medición de volts) puedo de
medir la señal creada y así poder valorar la aceleración.
Si no sabes cómo se utiliza un multímetro automotriz, te dejamos un link aquí
En las frenadas es mas difícil esta opción, ya que ocurre todo lo contrario, la electricidad se reduce a medida que la masa deja de presionar el disco. Para obtener mediciones se emplean los acelerómetros triaxiales empleando.
Si no sabes cómo se utiliza un multímetro automotriz, te dejamos un link aquí
En las frenadas es mas difícil esta opción, ya que ocurre todo lo contrario, la electricidad se reduce a medida que la masa deja de presionar el disco. Para obtener mediciones se emplean los acelerómetros triaxiales empleando.
Tras muchos esfuerzos consiguieron miniaturizarlo empleando
tecnología pertenecen a la categoría de los MEMS (Sistemas
Microelectromecánicos) que es unas máquina muy pequeñas
(micro máquinas) con componentes electrónicos que están construido generalmente
a base de silicio policristalino modelado y su tamaño es inferior a un
milímetro.
Para conseguir un funcionamiento óptimo el chip cuenta con sus
correspondientes componentes electrónicos que son los encargados de procesar
las señales para realizar las oportunas mediciones en 3D (por tri axial, es decir, mediciones en los tres ejes) y el cableado para
extraer los datos del dispositivo. En cuanto al tamaño y peso, este dispositivo no supera los 3
mm ni excede los 10 gr.
En el campo de aplicación, la FIA hizo un estudio detallado y encontró que aunque los resultados podrían ser de utilidad.
A medida que el tiempo va avanzando, se van desarrollando sensores con las especificaciones en tamaños muy pequeños y la capacidad de medir valores muy altos, hasta 400 G.
Cabe recordar que estos sensores hacen que mejore la seguridad de los usuarios de Vehículos, Aviones, y mas, lo cual siempre sera bienvenido!!
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