Por Qué un Freno Grande no te Detendrá Más Rápido pero un Neumático Ancho Sí: Fricción y Superficie

Segunda parte:    • Intentémoslo de nuevo. Unos Frenos má...  

Si alguna vez ha considerado actualizar sus frenos por unos más grandes e investigó un poco en línea, probablemente haya descubierto que, contrariamente a la intuición, los frenos más grandes no reducirán su distancia de frenado. Por otro lado, todos sabemos que actualizar a neumáticos más anchos puede mejorar tanto las curvas como el frenado. Entonces, la pregunta subyacente que respondemos hoy es por qué la superficie es importante para los neumáticos pero no para los frenos.

Si es la primera vez que lo escucha, le sorprenderá saber que actualizar los frenos y pinzas originales a frenos y pinzas más grandes no reducirá su distancia de frenado. Esto es sorprendente porque la intuición nos dice que si aumentamos la superficie tanto del freno como de la pinza, aumentamos la cantidad de fricción, lo que debería mejorar el frenado y detener el automóvil más rápido.

Pero la física no está de acuerdo con la intuición y la física dice esto: F = μN.

Sí, es una fórmula pero no te asustes es la fórmula más sencilla que existe. Y nos dice que F, que es la fuerza de fricción, es igual al coeficiente de fricción que muchas personas diferentes lo pronuncian de manera diferente, es una letra griega multiplicada por la fuerza normal.

Así que expliquemos esto un poco. La fuerza de fricción es obviamente la cantidad de fricción. Cuanto mayor sea la fuerza de fricción, más fricción tendremos que superar y más difícil será mover un determinado objeto. El coeficiente de fricción es constante y depende de la naturaleza del material y de la rugosidad de la superficie. Por ejemplo, el papel de lija tiene un coeficiente de fricción mucho mayor que el vidrio. Básicamente, el coeficiente de fricción nos dice qué tan fricción es un material en particular. Nuestra fuerza normal es la fuerza que actúa sobre el objeto y lo presiona hacia abajo. En el caso de un objeto estacionario, esa fuerza será el peso del objeto que lo presiona contra la superficie.
Como puedes ver, no hay área de superficie en la fórmula. A la física no le importa si el objeto está de lado o de cara. Incluso si la diferencia en el área de superficie es extrema, la fuerza de fricción es la misma porque el peso del objeto es el mismo y el material es el mismo sin importar cómo coloquemos el objeto.

Aunque aumentamos el número de picos enfrentados cuando aumentamos el área de superficie, también estamos distribuyendo la misma fuerza sobre una superficie mayor, lo que significa que los picos se entrelazan menos y se tocan menos entre sí. Es por eso que pincharse con una aguja es mucho más doloroso que hacer lo mismo con, digamos, una botella. Puede aplicar exactamente la misma fuerza en ambos escenarios, pero en el caso de la aguja toda la fuerza se concentra en una superficie extremadamente pequeña, lo que genera una presión mucho mayor. En el caso de la botella, la fuerza se distribuye sobre un área mayor, lo que genera una presión reducida. Lo mismo ocurre con nuestra tabla. La fricción sigue siendo la misma porque compensamos el mayor número de picos con una presión reducida sobre los picos, ya que distribuimos la misma fuerza sobre una superficie mayor.

Bien, pero entonces, ¿por qué todos los autos deportivos elegantes tienen frenos gigantes que obviamente son mucho más grandes que los frenos de la mayoría de los otros autos? La respuesta es el calor o, más exactamente, la prevención del sobrecalentamiento de los frenos.
Si observas más de cerca los frenos verás que casi todo tiene que ver con la gestión del calor. Por ejemplo, los frenos de los automóviles están metidos dentro de las ruedas y la carrocería del automóvil, lo que significa que reciben mucho menos flujo de aire que los frenos de las motocicletas que están directamente en la corriente de aire. Esta es la razón por la que los frenos de los automóviles están ventilados y los de las motocicletas, no. La ventilación funciona para intentar eliminar la mayor cantidad de calor posible del sistema de frenos. ¿Por qué el calor es un problema tan grande en los frenos? Porque provoca que los frenos se desvanezcan. Cuando los frenos se sobrecalientan, se forma una fina capa de gas en la superficie y esto conduce a una reducción de la fricción y del rendimiento de frenado, fading.

Se han realizado muchas pruebas a lo largo de los años y han demostrado que los neumáticos más anchos y grandes mejoran el rendimiento de frenado y en las curvas. La respuesta es sorprendentemente obvia. Los frenos son sólidos y rígidos... los neumáticos son elásticos. Los frenos no están diseñados para deformarse o cambiar de forma durante el funcionamiento normal. Los neumáticos se deforman y cambian de forma todo el tiempo. Las cargas aplicadas sobre las pastillas de freno y los rotores son simples: la pastilla de freno solo se mueve en una dirección. Las cargas aplicadas sobre los neumáticos son muy complejas y en constante cambio.

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