Al cortar un automóvil Pinewood Derby, debe asegurarse de que las ruedas estén perfectamente redondas y equilibradas , con el agujero del eje en el punto muerto de cada rueda. Como ex Cub Scout que tiene muchos buenos recuerdos de construir autos derby de madera de pino con mi padre, aquí hay algunos pensamientos que pueden ayudar.
Comencemos con el hecho básico de que los autos derby de madera de pino ruedan por una pista bajo la influencia de la gravedad. Ignora la pista por un momento, digamos que tomo dos autos derby de madera de pino y los dejo caer en el vacío. Todos hemos visto (o oído hablar) de los experimentos en los que una pluma y una pesada bola de acero se dejan caer en el vacío. Y sabemos que la pluma y la pelota caen a la misma velocidad. Por lo tanto, si una carrera de derby de madera de pino involucrara dejar caer dos autos derby de madera de pino en el vacío, no importaría cómo se veían los autos, cuánto pesaban o cualquier otra cosa, ¡todas las carreras serían un empate!
Sin embargo, las carreras derby de Pinewood no se llevan a cabo en el vacío, se llevan a cabo en el aire. Sabemos que en el aire, una pesada bola de acero cae mucho más rápido que una pluma. Así que quieres que el coche sea lo más pesado posible. He aquí por qué:La fuerza que actúa sobre el automóvil se calcula mediante la fórmula Fuerza =Masa x Aceleración . La aceleración de la gravedad es una constante. Entonces, cuanto más masa, mayor es la fuerza que actúa sobre el automóvil. Esta fuerza compite contra la fuerza ejercida por la resistencia aerodinámica, por lo que desea la mayor cantidad de masa posible para aumentar la fuerza. (Si de alguna manera pudieras reducir el peso a la mitad y en el proceso reducir la resistencia aerodinámica a más de la mitad, sería una buena razón para no usar el peso máximo. En un auto derby de madera de pino, sería casi imposible hacer eso porque elementos como las ruedas y los ejes generan la mayor parte de la resistencia y no hay forma de eliminarlos).
A medida que el automóvil rueda por la pista, hay tres fuerzas de fricción que lo ralentizan:
- Resistencia al aire
- Fricción del eje
- Adherencia de los neumáticos
Imagine que las llantas estuvieran hechas de goma suave y pegajosa:la adherencia de las llantas sería una gran fuente de fricción. Como no tiene control sobre los neumáticos, puede ignorar la adherencia (y otros factores relacionados con los neumáticos, como el diámetro, la inercia rotacional, etc.).
Entonces, veamos los dos factores restantes:la resistencia del aire y la fricción del eje. La idea de su hijo es interesante. Digamos que podrías diseñar un automóvil para que realmente volara; con las ruedas levantadas del suelo, la fricción del eje se reduciría a cero. Cualquier ala que genera sustentación también genera resistencia en el proceso (ver Cómo funcionan los aviones para más detalles). Entonces la pregunta es:"¿Qué es peor:la resistencia aerodinámica del ala o la fricción de los ejes?" La única manera de determinar la respuesta definitivamente sería a través de experimentos, y estos experimentos serían difíciles sin un equipo muy sensible y especializado. O tendría que construir una serie de autos y ver cómo se comportaron en comparación con los demás.
Voy a suponer, sin embargo, que la fricción del eje es menor que la resistencia aerodinámica creada por la sustentación. Por lo tanto, le gustaría crear un automóvil con la menor resistencia aerodinámica posible y trabajar para reducir la fricción del eje a cero. Una cosa que sí sé es que los ejes pueden generar MUCHA fricción. Lo que quieres hacer es pulirlos (tirarlos en un taladro y pulirlos con lana de acero, luego con colorete) y luego usar un lubricante seco de silicona y/o grafito para reducir la fricción. También querrás asegurarte de que las ruedas estén perfectamente redondas y equilibradas, con el orificio del eje en el punto muerto de cada rueda.
Espero que ayude. ¡Disfruta de la carrera!