Una pregunta de física básica (o de coches)

La pregunta es sencilla: si la fuerza de rozamiento no depende del tamaño de las superficies que friccionan, sino sólo del material de que están hechas y de la fuerza que ejerce una contra la otra, ¿por qué los coches de Formula 1 tienen las ruedas tan anchas? Se supone que el objetivo es que las ruedas tengan el mayor rozamiento posible con el asfalto para que agarren y el coche no patine, ¿no?

Desarrollo un poco la pregunta y de dónde viene. Hoy me he acordado de que en algún momento de mi juventud mi profesor de física nos hizo una pregunta con la promesa de invitar a un café a quien supiera responder, pues él tenía una duda legítima y verdadera (al menos eso parecía).

La cosa va de lo siguiente: el rozamiento entre dos cuerpos se expresa por el coeficiente de rozamiento o fricción. Es un numerito que no tiene unidades, simplemente expresa en qué medida dos materiales tienden a "agarrarse" el uno al otro cuando se aplica una fuerza que los hace desplazarse mientras sus superficies se tocan. La fórmula del coeficiente de fricción es la siguiente: µ= Fr/N

Donde:

µ es el coeficiente de fricción, que no tiene unidades. Hay uno estático que expresa el rozamiento que sucede hasta que se inicia el movimiento, y otro dinámico una vez los dos cuerpos están moviéndose. Para el caso, nos quedamos sólo con el segundo, el dinámico.

Fr es la fuerza de rozamiento, expresada en newtons

N es la fuerza normal, expresada en newtons. Nota: esta es la fuerza que un cuerpo ejerce sobre otro en reposo. Por ejemplo, si hay un bloque de madera sobre el suelo, la fuerza normal sería simplemente el peso del bloque, que es una fuerza que se ejerce sobre el suelo.

Vamos, que en lenguaje vulgar, el rozamiento sólo depende de las características del material de las superficies que se rozan, y de la fuerza que ejerce una superficie sobre otra. De hecho, las leyes del rozamiento que fueron enunciadas por Guillaume Amontons y Charles Augustin de Coulomb establecen que:

• La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos es proporcional a la fuerza normal que ejerce un cuerpo sobre el otro.
• La fuerza de rozamiento no depende del área de contacto de ambos cuerpos, sólo de la naturaleza de los materiales que los componen. Por ejemplo, el caucho sobre el cemento tiene un µ=0,8, mientras que el acero sobre el acero lo tiene de 0,57, y el teflón sobre el teflón de 0,04.
• La fuerza de rozamiento no depende de la velocidad con la que los cuerpos se mueven uno con respecto al otro.
• La fuerza de rozamiento tiene sentido opuesto al movimiento.

Establecidas estas premisas, el profesor preguntó: "Es conocido que una de las características deseables en un coche, y especialmente en los deportivos y coches de competición, es la tracción, es decir, que las ruedas no patinen, que se agarren bien al asfalto para que el coche pueda avanzar y aprovechar la fuerza del motor que se transmite a las ruedas. Los coches de competición, sobre todo los de Formula 1, tienen las ruedas especialmente anchas, de modo que la superficie que toca el suelo es más amplia que la de un coche normal.

Además, la fuerza ejercida por superficie es menor cuanto mayor sea dicha superficie. Es decir, para un coche con el mismo peso, una rueda más ancha ejerce menos fuerza en cada uno de sus puntos contra el suelo que una rueda más fina, lo cual podría ir en contra de lo que queremos, que es que el rozamiento sea mayor para que el neumático agarre. Por ejemplo los esquíes se usan para que la presión de nuestro cuerpo sobre la nieve se distribuya sobre la superficie del esquí, y así evitar que nos hundamos.

Entonces, ¿por qué los coches deportivos y de carreras tienen los neumáticos más anchos?"

La verdad es que en ese momento no se me ocurrió nada. Además la oferta del café tampoco parecía precisamente un premio como para volverse loco de alegría. Pero a lo largo de los años me he acordado de esa pregunta y he pensado en varias respuestas.

Por jugar un rato, si alguien se anima a dar su opinión, estupendo. Si no, pondré mis propias soluciones (bastante obvias). Un abrazo.