domingo, 12 de septiembre de 2010

¿Es tan fácil montar en bicicleta?

En el Museo de las Ciencias de Valencia (Ciudad de las Artes y las Ciencias) hay un experimento para comprobar la conservación del momento angular, ese fenómeno cotidiano pero esquivo que hace que nos inclinemos respecto del suelo para girar en bici (o moto). En el experimento hay que tomar una rueda de bicicleta con mangos, que previamente hemos hecho girar deprisa, y sentarse en un taburete de giro libre, como los de los bares. Al cambiar el plano de giro de la rueda, el taburete se desplaza de su posición "mágicamente".

A ese mismo fenómeno de conservación del momento angular es al que atribuimos normalmente la estabilidad de las bicicletas. El momento angular aumenta con la velocidad, por eso cuanto más rápido vamos más fácil es mantener el equilibrio. En el extremo contrario la bici parada cuesta mucho de mantener (de hecho muchos no podemos).

Para mi sorpresa he descubierto hoy (gracias a @xurxomar) que ese efecto, aunque existe, es muy pequeño y NO es el responsable de la estabilidad de las bicicletas.

La física de la estabilidad de las bicicletas es mucho más compleja de lo que puede parecer a priori, especialmente si nos dejamos llevar por lo sencillo e intuitivo que resulta aprender a montar. Los primeros estudios sobre la dinámica de las bicicletas se remontan a la última década del S XIX, y los esfuerzos por hacer robots que monten en bici mantiene el tema abierto aún hoy día. El equilibrado de la bicicleta se puede ver como un problema de teoría de control (de alguna manera es "péndulo invertido" enrevesado, un clásico de este campo). Las matemáticas involucradas en la teoría de control no son una broma, la verdad (ver por ejemplo). Más fácil, aunque ni mucho menos trivial, es seguir una serie de modelos experimentales de bicicletas modificadas en las que se van alterando los distintos términos que intervienen en el problema (ver aquí). Queda probado que con una rueda extra (que no toca el suelo) girando en sentido contrario, aunque se anula el efecto del momento angular, la bici se monta sin dificultad.

La clave del efecto dominante la da el hecho de que una bicicleta que tenga bloqueado el manillar es muy inestable, dejada en marcha sin conductor cae como si estuviera parada. En cambio con el manillar libre anda unos 20 segundos de media (haciendo un círculo cada vez de menor radio). La razón es que al empezar a desviarse de su trayectoria la fuerza centrífuga que sufre el manillar (el cuadro entero en realidad) tiende a compensar la desviación (ver aquí el apartado sobre la bicicleta) enderezándola. Resulta por tanto, que esa realimentación dinámica intrínseca es la causa principal de la estabilidad de la bicicleta.

Como terminan sus informes los juristas "salvo opinión en contra mejor fundada", porque la verdad es que he hojeado esas referencias muy por encima y aún no las tengo todas conmigo...

Actualización 25 Ago 2011 - He encontrado un artículo reciente, y en Science, sobre este tema, AQUI.

Imagen tomada de aquí.
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