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Inercia
Tanto al reducir la velocidad como al cambiar la dirección del coche suceden un conjunto de fenómenos que varían el comportamiento del kart respecto al percibido en trayectoria recta. Los fenómenos de transferencia de pesos en frenada o de fuerza centrífuga (?) son experimentados fácilmente por cualquier conductor y mucho más por un piloto, y su comprensión facilita un correcto ajuste del kart y un mejor rendimiento.
En una fuerte frenada se habla de transferencia de peso al eje delantero, como si se desplazara de la parte trasera a la delantera, provocando una falta de agarre en el eje trasero que puede llegar al deslizamiento. Es fácil observar, incluso con una bicicleta, cómo en una fuerte frenada se pueden levantar las ruedas traseras. De la misma manera una fuerte aceleración transfiere peso al eje trasero provocando falta de agarre delantero. Igualmente al describir una curva el peso se desplaza al lado externo comprimiendo la rueda ( y suspensión si la hubiera) y pudiendo llegar a levantar el apoyo de las ruedas internas.
Brevemente, estos fenómenos son provocados por la inercia que actúa sobre el centro de gravedad del vehículo, por encima del nivel del suelo, mientras que las fuerzas de adherencia actúan a nivel del piso. Los efectos son proporcionales a la altura del centro de gravedad y, por tanto, el reparto de pesos en el vehículo puede servir para desplazar ligeramente el centro de gravedad de forma que cambie la reacción en la forma deseada.
Cuando se efectúa una frenada las fuerzas que tienden a detener el coche actúan sobre los neumáticos a nivel del suelo como si empujaran hacia atrás a las ruedas y al conjunto del coche. Pero como el centro de gravedad del vehículo no se encuentra al mismo nivel se crean un par de fuerzas que provocan una tendencia a girar. El coche se hunde de morro y se levanta el eje trasero. La única fuerza que contrarresta el movimiento es el agarre de los neumáticos, resultando una mayor componente en el eje delantero que en el trasero. Literalmente el suelo empuja con mayor fuerza al neumático delantero para equilibrar el reparto de fuerzas, o se experimenta un mayor peso delante. Es lo que se conoce como desplazamiento de peso.
En aceleración el esquema es el mismo con las fuerzas que actúan sobre las gomas, a nivel de suelo, en sentido contrario. El par actúa en sentido inverso obligando a girar hacia la parte trasera, provocando una falta de peso en el eje delantero y , en el caso extremo, levantando las ruedas. Al girar, las fuerzas se aplican lateralmente provocando también un par sobre el centro de gravedad comprimiendo el lado externo del coche y descargando el interno de la misma manera. La variación del centro de gravedad se convierte en un elemento de ajuste para variar el comportamiento.
Otro efecto inercial en los cambios de dirección se percibe como una tendencia a un movimiento de rotación sobre sí mismo, alrededor de su eje vertical. Cuando el coche que circula en recta inicia una curva, la inercia del coche opone al giro deseado una fuerza de reacción dirigida al exterior de la curva en el eje delantero y al interior en el trasero forzando al coche a seguir en la dirección inicial.
Cuanto más brusca es la maniobra tanto mayor es la fuerza aplicada, la reacción inercial y el par producido. De ahí, el habitual consejo de suavidad en el pilotaje que no significa maniobras suaves de conducción circulatoria, sino el grado justo de aplicación de frenada, aceleración y cambio de dirección para no sobrepasar los efectos deseados evitando cualquier brusquedad inútil.
A menudo se oye hablar de la fuerza centrífuga que no es sino la fuerza aparente que tiende a desplazar el coche hacia la parte externa en un recorrido curvo y que resulta fácilmente perceptible cuando giramos con un coche y llevamos algo suelto en el interior del mismo. Y se dice aparente porque la mencionada fuerza es una ficción ya que no es sino la reacción inercial – la tendencia a seguir en la dirección original- contra la auténtica fuerza centrípeta ( hacia adentro) que actúa en un recorrido curvo, pero a los efectos de su acción la podemos considerar como una fuerza real. El efecto es que tiende a expulsar al vehículo y su contenido ( piloto, objetos) hacia el exterior de la curva contrarrestando la fuerza centrípeta en sentido contrario.
La fuerza que actúa en curva es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad e inversamente proporcional al radio de la curva. En resumen, aumenta mucho con la velocidad lo que hace que el límite al que se puede pasar la curva pueda ser bastante delicado y desde luego inferior en la mayor parte de los casos a la velocidad alcanzable con el vehículo. Pero también disminuye al aumentar el radio de la trayectoria y éste es el fundamento de la trazada, ya que cuanto más amplia sea la curva menos fuerza experimentará.
Para contrarrestar la inercia los neumáticos deben entregar ( o absorber ) la fuerza centrípeta necesaria por medio la adherencia precisa ( y la deformación de su estructura) al suelo. La adherencia, el agarre, es directamente proporcional al peso del kart y al coeficiente de adherencia, que se suele definir -informalmente- como la fuerza unitaria necesaria para provocar el deslizamiento de neumático y que depende del estado y composición del suelo y de los neumáticos, la presión de inflado, la temperatura, la geometría del kart, etc. Dicho de otra manera, si consideramos una fuerza lateral aplicada al neumático tendente a hacerle deslizar -derrapar-, éste será capaz de resistirla sin deslizar mientras no supere una cierta cantidad.
Por otra parte, las transferencias de peso hacen que el peso aparente en cada neumático pueda variar según el movimiento ( frenada, aceleración, curva..) y, por tanto, la adherencia total resultante en cada neumático, con lo que cada rueda tendrá un límite de resistencia al deslizamiento variable según la circunstancia. Cuando se sobrepasa el límite de adherencia la rueda comienza a deslizar y, si sucede en todas las ruedas el kart resulta despedido hacia el exterior y se pierde la capacidad de dirección y el control de vehículo.
Mientras la fuerza resultante permanezca inferior a la adherencia del neumático es insuficiente para provocar su deslizamiento, pero ocasiona una desviación de la trayectoria debida a la deformación de la goma en ese sentido. Esa desviación, proporcional a la fuerza aplicada, se llama deriva de la rueda.
Al ángulo formado por el plano de la rueda y la trayectoria real que sigue provocada por la fuerza lateral, se denomina ángulo de deriva, ya que por efecto de la fuerza, y gracias a la deformación del neumático, la trayectoria que sigue un coche en curva no sigue exactamente la determinada por la posición de sus ruedas sino una más amplia. La variación en la deriva de las ruedas tiene el efecto de modificar la trayectoria del coche como si se estuviera moviendo el volante dando mayor o menor orientación a las ruedas. Dicho de otra manera, el coche gira ( en alguno de sus ejes) en una curva más amplia que la descrita por el movimiento del volante.
Realmente el proceso se ocasiona en todas las ruedas del kart de forma que tanto el eje delantero como el trasero contribuyen a la modificación de trayectoria según un ángulo de deriva específico, que depende de varios factores como son: el tipo de neumático, la cantidad de fuerza centrífuga ( o sea, la velocidad y radio de trazada), el peso, la presión de inflado, la anchura del neumático, la caída de ruedas, etc.
El ángulo de deriva llega a su máximo cuando la componente perpendicular alcanza el valor de adherencia de la rueda, provocando el deslizamiento. Sin embargo el deslizamiento puede ser influenciado por otras componentes resultado de acciones en el sentido de la marcha, que se suman a la fuerza. Abreviando, la fuerza de propulsión o frenado puede reducir el valor de la deriva permisible antes de provocar el deslizamiento de las ruedas. Si la rueda patina por un par motor excesivo -un acelerón brusco- o por bloqueo de ruedas en una frenada, el margen de fuerza necesaria para deslizar lateralmente es mucho menor. En una situación, por ejemplo, de pista resbaladiza, con adherencia reducida, cualquier aceleración excesiva en la salida de curva puede provocar el deslizamiento, con el correspondiente patinazo.
Los ángulos de deriva de la ruedas delanteras y las traseras pueden ser distintos. Cuando el ángulo de deriva de las ruedas delanteras es mayor que el de las traseras se dice que el coche subvira. El efecto es que tiende a describir en el eje delantero una curva más amplia que en el eje trasero, le cuesta inscribirse en la curva, o como se dice en el argot, » se va de morro». Si el ángulo de deriva posterior es mayor que el anterior, se dice que el coche sobrevira y resulta el efecto contrario. La curva más amplia corresponde a las ruedas posteriores que giran más de lo que se necesita para inscribirse en la curva, » se va de atrás». Si ambos ejes tienen los mismos ángulos de deriva, el coche se denomina neutro.
El resultado real es que difícilmente un coche cualquiera, y casi menos un kart, tiene un comportamiento totalmente neutro y, de hecho, la relación de ángulos de deriva depende de las condiciones en la que se traza una curva, pudiendo manifestarse más subvirador o sobrevirador en unas curvas que en otras aún partiendo de un comportamiento inicial homogéneo. Cuando se inicia una curva todo vehículo tiende a subvirar ya que la inercia se opone al cambio de dirección, tanto más cuanto más brusco sea el cambio. En la terminación de las curvas, al enderezar, el kart tiende a sobrevirar lo que puede resultar evidente si se realiza un movimiento brusco o se aplica una aceleración excesiva. Por otra parte, ya que la componente trasera se reduce más que la delantera, cuanto más cerrada sea la curva mayor tendencia tendrá a subvirar y costará más inscribirlo en la trazada ideal.
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