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¡La interesante ingeniería detrás de la FORMA de las ruedas de tren!
¡La interesante ingeniería detrás de la FORMA de las ruedas de tren!
Las ruedas del tren no son perfectamente cilíndricas, sino ligeramente cónicas. En nuestra opinión, esta forma cónica es una maravilla de la ingeniería que alcanzó dos grandes logros: uno, corregir el curso del tren hacia el centro; dos, ayudará al tren a lograr la acción diferencial.
Para entender el primer logro, vamos a considerar un simple experimento tomando vasos de papel pegados. Cuando hago rodar este juego de vasos de papel pegados sobre una vía, se puede ver que se mueven perfectamente rectos. Incluso si intento dar una pequeña inclinación a los vasos al principio, siguen haciéndolo.
Ahora, ¿qué pasa con este juego? Este está pegado de forma opuesta. Cuando hago rodar las tasas en la misma vía, falla. Las ruedas de ferrocarril utilizan este tipo de forma cónica. Este ángulo se asegura de que las ruedas nunca se salgan de la vía. La pregunta es: ¿por qué?
Esta disposición cónica produce una fuerza de auto centrado. Para entender cómo, debemos revisar las fuerzas que actúan sobre las ruedas durante un movimiento de la vía en línea recta. Las principales fuerzas que actúan sobre las ruedas se muestran aquí. Las fuerzas de reacción siempre serán perpendiculares a la superficie del cono. Cuando las ruedas están centradas, los componentes horizontales de estas fuerzas se anulan entre sí.
Ahora supongamos que, por alguna razón, las ruedas se han movido a la derecha. Algo interesante le ocurre a las ruedas del tren cuando se mueven a lo largo del eje — ¿te diste cuenta? Queda claro a través de la imagen que todo el juego de ruedas del tren se inclina como se muestra. Junto con esta inclinación, las fuerzas normales también se inclinan. Si haces un análisis de fuerzas en esta condición, puedes ver que habrá una fuerza neta hacia la dirección izquierda. Esta fuerza llevará las ruedas automáticamente hacia su centro.
Mientras las ruedas se acercan al centro, la fuerza de auto centrado va desapareciendo. Qué técnica más sencilla y a su vez brillante para auto centrar las ruedas, ¿cierto? Las bridas se colocan en ambos lados de las ruedas como una característica de seguridad adicional.
Para entender el primer logro, vamos a considerar un simple experimento tomando vasos de papel pegados. Cuando hago rodar este juego de vasos de papel pegados sobre una vía, se puede ver que se mueven perfectamente rectos. Incluso si intento dar una pequeña inclinación a los vasos al principio, siguen haciéndolo.
Ahora, ¿qué pasa con este juego? Este está pegado de forma opuesta. Cuando hago rodar las tasas en la misma vía, falla. Las ruedas de ferrocarril utilizan este tipo de forma cónica. Este ángulo se asegura de que las ruedas nunca se salgan de la vía. La pregunta es: ¿por qué?
Esta disposición cónica produce una fuerza de auto centrado. Para entender cómo, debemos revisar las fuerzas que actúan sobre las ruedas durante un movimiento de la vía en línea recta. Las principales fuerzas que actúan sobre las ruedas se muestran aquí. Las fuerzas de reacción siempre serán perpendiculares a la superficie del cono. Cuando las ruedas están centradas, los componentes horizontales de estas fuerzas se anulan entre sí.
Ahora supongamos que, por alguna razón, las ruedas se han movido a la derecha. Algo interesante le ocurre a las ruedas del tren cuando se mueven a lo largo del eje — ¿te diste cuenta? Queda claro a través de la imagen que todo el juego de ruedas del tren se inclina como se muestra. Junto con esta inclinación, las fuerzas normales también se inclinan. Si haces un análisis de fuerzas en esta condición, puedes ver que habrá una fuerza neta hacia la dirección izquierda. Esta fuerza llevará las ruedas automáticamente hacia su centro.
Mientras las ruedas se acercan al centro, la fuerza de auto centrado va desapareciendo. Qué técnica más sencilla y a su vez brillante para auto centrar las ruedas, ¿cierto? Las bridas se colocan en ambos lados de las ruedas como una característica de seguridad adicional.
Para divertirnos un poco, supongamos que las ruedas del tren están en el ángulo opuesto. Si haces el mismo análisis de fuerzas aquí durante un desplazamiento a la derecha, puedes ver que la fuerza neta desarrollada va de nuevo hacia la derecha. He aquí el porqué: para esta geometría de ruedas, las ruedas del tren siempre se salen de la vía.
Exploremos la segunda razón por la que se da una forma cónica a las ruedas. Con esta forma cónica, los ingenieros pudieron conseguir una acción diferencial. Supongamos que el tren tiene que cruzar, como se muestra aquí. La rueda izquierda tiene que recorrer más distancia que la derecha. Sin embargo, al estar las ruedas conectadas mediante un eje común, ¿cómo puede una rueda recorrer más distancia que la otra? Aquí es donde entra en juego la forma cónica.
Para lograr esto, el girar las ruedas causará que se deslice ligeramente hacia la izquierda. Si tomas en cuenta el punto de contacto de las ruedas, la rueda izquierda tiene un radio mayor que la derecha. En pocas palabras, para un mismo ángulo de giro, la rueda izquierda recorrerá más distancia y logrará una acción diferencial. Recuerda: para conseguir una acción diferencial en los autos, los ingenieros debían separar las ruedas y hacerlas girar a diferentes velocidades. Aquí lograron la acción diferencial simplemente dando a las ruedas una forma cónica.
Interesante, ¿verdad? Por supuesto, cuando las ruedas se deslizan hacia la izquierda, esto producirá una fuerza automática hacia la derecha, como vimos anteriormente. Durante una situación de curvas, esta fuerza se proporciona para suministrar la fuerza centrípeta necesaria para el cruce. Debido a esto, las ruedas no se deslizarán de vuelta al centro durante el cruce.
Inglés yx saludamos a los brillantes ingenieros que alcanzaron dos principales objetivos de ingeniería con solo aportar la comicidad en las ruedas. Gracias por ver el vídeo — hasta la próxima.
Exploremos la segunda razón por la que se da una forma cónica a las ruedas. Con esta forma cónica, los ingenieros pudieron conseguir una acción diferencial. Supongamos que el tren tiene que cruzar, como se muestra aquí. La rueda izquierda tiene que recorrer más distancia que la derecha. Sin embargo, al estar las ruedas conectadas mediante un eje común, ¿cómo puede una rueda recorrer más distancia que la otra? Aquí es donde entra en juego la forma cónica.
Para lograr esto, el girar las ruedas causará que se deslice ligeramente hacia la izquierda. Si tomas en cuenta el punto de contacto de las ruedas, la rueda izquierda tiene un radio mayor que la derecha. En pocas palabras, para un mismo ángulo de giro, la rueda izquierda recorrerá más distancia y logrará una acción diferencial. Recuerda: para conseguir una acción diferencial en los autos, los ingenieros debían separar las ruedas y hacerlas girar a diferentes velocidades. Aquí lograron la acción diferencial simplemente dando a las ruedas una forma cónica.
Interesante, ¿verdad? Por supuesto, cuando las ruedas se deslizan hacia la izquierda, esto producirá una fuerza automática hacia la derecha, como vimos anteriormente. Durante una situación de curvas, esta fuerza se proporciona para suministrar la fuerza centrípeta necesaria para el cruce. Debido a esto, las ruedas no se deslizarán de vuelta al centro durante el cruce.
Inglés yx saludamos a los brillantes ingenieros que alcanzaron dos principales objetivos de ingeniería con solo aportar la comicidad en las ruedas. Gracias por ver el vídeo — hasta la próxima.