Introducción a la física: Parte 1

MAGNITUD FISICA

En términos sencillos podemos decir que una magnitud es todo aquello que se puede medir.

Una magnitud física se mide según un patrón establecido y se toma como unidad de medición la que se establezca dentro del sistema de unidades en el que se esté trabajando

Las tres magnitudes fundamentales de la física de aplicación en la investigación y reconstrucción de accidentes de tráfico son la longitud, la masa y el tiempo.

SISTEMA DE UNIDADES

Un sistema de unidades define todas y cada una de las unidades de medición de las magnitudes básicas, a partir de las cuales se puede obtener el resto.

El sistema de unidades más usado es el Sistema Internacional (SI), donde cada una de las magnitudes se expresan de la siguiente forma:

 

TIPOS DE MAGNITUDES FISICAS

Los tipos de magnitudes físicas de nuestro interés son las magnitudes escalares y las magnitudes vectoriales.

Magnitudes escalares: Su valor queda representado solo con un número.

Son magnitudes escalares la masa, el tiempo, la distancia, etc.

Ejemplos: 5 kilogramos, 3 segundos o 25 metros.

Magnitudes vectoriales: Para poder medirlas y definirlas completamente es necesario dar tres valores: el modulo, la dirección y el sentido.

Son magnitudes vectoriales la velocidad, la aceleración, la fuerza, etc.

El módulo es el valor numérico de la magnitud, la dirección es la recta sobre la que esté situada la magnitud (el vector), y el sentido es el que indica hacia qué lado de la recta donde está situada se dirige.

Un vector es una herramienta geométrica que se utiliza para poder representar las magnitudes vectoriales.

Representación de un vector

Aplicación de una fuerza a un balón: Representación de dicha fuerza

El siguiente video explica la definición de las magnitudes vectoriales y escalares:

(Recomendamos que se visualice solo hasta el minuto 4:27)

El siguiente video explica también el concepto de vector y hace una introducción a las operaciones con vectores:

Finalmente, en el siguiente también se explica en detalle lo que es un vector, usando como ejemplo el vector velocidad:

¿Quién inventó el cinturón de seguridad?

Sir George Cayleyen y un modelo de planeador

Para encontrar el primer precursor del cinturón de seguridad es necesario remontarse a comienzos del siglo IXX, cuando el ingeniero aeronáutico inglés Sir George Cayleyen instaló en su planeador un dispositivo de estas características.

No sería hasta 1949 cuando la idea de sujetar al usuario llegaría a la industria de la automoción, cuando la empresa Nash comenzó a ofrecer este dispositivo que pasó a ser una opción en algunos modelos de Ford en 1955.

En 1958, el fabricante sueco Saab comenzó a instalar de serie cinturones de seguridad de dos puntos, sujetados al pecho.

 

 

El cinturón de tres puntos tal y como lo conocemos hoy en día surge en 1959 de manos del ingeniero sueco Nils Bohlin, que trabajaba para Volvo.

Nils Bohlin

Los primeros dispositivos producían muy graves lesiones internas, a nivel torácico y abdominal. Desde entonces, el diseño ha ido mejorando, incorporando dispositivos adicionales como el limitador de fuerza, que alarga el tiempo en que el cuerpo es retenido, minorando así la fuerza que tiene que soportar en cada instante. A su vez, los pretensores permitieron acortar el tiempo tras el impacto en que el cinturón comienza ya a sujetar al usuario.

Dispositivo pretensor de un cinturón de seguridad

¿Que hace una barra antiempotramiento?

La barra antiempotramiento es la estructura que llevan instalados los vehículos pesados (rígidos ó articulados) para evitar que en un eventual alcance trasero, un turismo quede "empotrado" bajo el mismo:

Una incorrecta altura de la barra, ó una insuficiente rigidez de la misma, producirá que la parte delantera del turismo entre por debajo de la plataforma inferior de la caja del camión, hasta alcanzar el habitáculo del conductor con el consiguiente riesgo lesivo.

Por el contrario, la altura correcta de la barra y su anclaje en una estructura con la rigidez suficiente transmitirá la fuerza del impacto sobre el frontal del turismo, permitiendo que toda su estructura gestione la absorción de la energía de deformación. La no intrusión en la zona del habitáculo multiplica exponencialmente la posibilidad de supervivencia.

Este tipo de dinámica, lejos de ser infrecuente, es uno de los mecanismos más comunes de producción de accidentes en autopistas, siendo el origen de una parte significativa de las víctimas en carretera.

Toma de datos avanzada en la escena del accidente: El uso de Escaner Laser 3D

Una forma de ahorrar tiempo en la escena de un accidente es mediante la aplicación de un Escaner Laser 3D, una herramienta al alcance de muy pocos de momento, pero con un gran potencial si se gestiona debidamente.

Uso de Escaner Laser 3D

Así fue visto por el Gobierno de Inglaterra, donde se hizo una inversión según la BBC por el Ministerio de Transportes de 3 millones de libras para adquirir 20 unidades, con el objetivo de ahorrar cientos de miles de libras como consecuencia de las retenciones que se forman en las autopistas cada vez que se causa un accidente de tráfico, al hacerse necesaria la intervención de investigadores para tomar los datos de la escena del siniestro antes de volver a abrir la vía y restablecer la circulación del tráfico.

En el año 2010 según este Gobierno se cortaron total o parcialmente más de 18000 veces las autopistas, lo que supuso unas 20000 horas de paralización, a un coste estimado en 50000 libras la hora.

El uso de un Escaner Laser 3D sobre un trípode que permite tomar puntos de medición en 360 grados permite tomar los datos mucho más rápido en la escena del accidente y abrir nuevamente la vía con un menor retraso.

Las imágenes digitales de la escena del accidente, permiten al investigador que posteriormente en su computadora tenga la posibilidad de tomar cuantas medidas necesite para realizar la investigación, como la localización de las posiciones finales de los vehículos implicados, la rotación exacta de los mismos, las distancias del punto de colisión a las posiciones finales, las distancias relativas entre vehículos, las longitudes y geometrías exactas de las huellas de arrastre, etc.

De esta forma se puede representar en un plano debidamente a escala la escena del accidente con una precisión muy alta.

Otra utilidad la encontramos en la medición de deformaciones, que permite al investigador obtener un perfil del patrón de daños de los vehículos con gran precisión.

En un accidente sencillo como es un atropello permite representar con gran realismo y fiabilidad los diferentes puntos de contacto del cuerpo con el vehículo.

Patrón de daños simple: Atropello

Pero si bien no representa una ventaja notable en un caso de atropello, ya que sabemos que se puede realizar solo con simples fotografías, es en accidentes más complejos como los vuelcos, donde se da un patrón de daños mucho mas complicado de interpretar, donde el uso de un Escaner Laser 3D aporta una gran ayuda al investigador, para poder conocer tanto la trayectoria como las fases del vuelco a través del patrón de daños de la estructura.

Patrón de daños complejo: Vuelco

El accidente de tráfico mas caro de la historia

El accidente de tráfico mas caro de la historia alcanzó la cifra de 3,85 millones de dólares.

Se vieron implicados 14 vehículos, entre ellos ocho Ferraris, tres Mercedes Benz CL 600, un Nissan GT-R, un Lamborghini y un Toyota Prius.

Los vehículos formaban un convoy con dirección Kyushu a Hiroshima por la vía rápida de Chugoku (lugar del siniestro en Google Street View) y circulaban "en parejas".

Via de conflicto

El accidente se ocasionó cuando el primer Ferrari F430 Scuderia conducido por un hombre de negocios de 60 años perdió el control sobre el pavimento humedecido mientras trataba de realizar un cambio de carril para adelantar muy probablemente a un Toyota Prius que circulaba a una velocidad mucho mas reducida.

A partir de ese momento fueron impactando los que circulaban detrás en cadena al no mantener supuestamente la distancia de seguridad.

Según la versión de un testigo los vehículos circulaban a una velocidad comprendida entre 140 y 160 km/h en un tramo donde se encuentra limitada en 60 km/h.

Los vehículos quedaron apilados varios cientos de metros por detrás del primer Ferrari que perdió el control, y los equipos de emergencias necesitaron mas de 6 horas para limpiar la vía.

La mayor parte de los conductores con edades comprendidas entre 37 y 60 años no se conocían, y se organizaron a través de internet.

¿Qué se ve en un tacógrafo analógico?

Cada vez son más los vehículos pesados que van provistos de tacógrafos digitales, cayendo los analógicos en un mayor desuso. Éstos últimos arrojan sin embargo una información de gran interés, que es necesario saber interpretar.

Los tacógrafos analógicos son dispositivos que registran varios parámetros de la circulación del vehículo en un disco de papel como el mostrado en la figura de la izquierda.

Con el paso del tiempo, el disco va girando y registrando (entre otros parámetros) la velocidad del vehículo, y espacio que recorre.

Estos dos registros se marcan sobre una escala de tiempos que cuenta con referencias cada 5 minutos. La figura de la derecha muestra remarcado en rojo la escala de tiempos entre las 7 y las 8 horas.

El espacio recorrido (remarcado en azul en la figura) se registra sobre el sector circular más cercano al centro del disco. El sector exterior registra la velocidad del vehículo (remarcado en morado).

La zona destinada al registro del espacio recorrido muestra 4 circunferencias punteadas, cuyos 3 espacios intermedios representan recorridos de 1, 3, y 1 kilómetros respectivamente.

En la figura de la derecha se han remarcado los puntos en que el vehículo acumuló una distancia de 1, 2, 5, 6, 7, 10, 11 ... kilómetros desde el inicio del registro. Cada espacio estrecho representa 1 kilómetro recorrido más. Cada espacio ancho representa 3 kilómetros recorridos más.

La velocidad del vehículo se registra sobre una escala con líneas de referencia en 20, 40, 60, 80, 100 y 120 Km/h. En caso de impacto, es frecuente que este registro muestre marcas características que permiten identificar la hora del accidente y la velocidad  en el momento del impacto:

En algunos casos, el estilete experimenta un movimiento que resulta en un engrosamiento de la línea registrada. Si el impacto es lo suficientemente violento como para deteriorar el dispositivo, el estilete interrumpe su registro, dejando de marcar sobre el disco. En otros casos, el impacto se pone de manifiesto por una vibración característica en forma de zig-zag.

Si bien el uso de dispositivos digitales entraña algunas ventajas, los discos analógicos permiten a veces identificar la velocidad exacta de impacto, diferenciando la reducción de velocidad anterior y posterior a la colisión.

Velocidad crítica de una curva

La velocidad crítica de una curva es aquella por encima de la cual un vehículo pierde la adherencia y se sale de la misma hacia su exterior. Para estimarla es preciso conocer el radio de curvatura del trazado:

El radio de curvatura puede obtenerse con el método de la "Cuerda - Ordenada Media", consistente en medir una cuerda cualquiera (distancia entre dos punto de la curva), y la distancia desde su punto medio hasta el punto más alejado de la curva.

En la siguiente figura, la cuerda se ha representado con la letra "l", y la ordenada media con la letra "h":

Una vez obtenidas estas mediciones, el radio de la curva se obtiene mediante la expresión:

 

 

Conocido el radio de curvatura, la velocidad crítica se obtiene mediante la expresión:

donde "m" es el coeficiente de fricción del pavimento (0,8 para asfalto seco), y "g" la aceleración de la gravedad (9,81).

Por encima de esta velocidad, el vehículo sobrepasaría el límite de fricción que el neumático es capaz de transmitir, no siendo capaz de seguir la curva y saliéndose hacia fuera.

El valor antes calculado es una estimación de la velocidad crítica, para un vehículo que describa el trazado sin acelerar ni frenar. Su valor real depende además de otros muchos factores. Así, el coeficiente de fricción puede variar entre unos pavimentos y otros. El tipo de suspensión tiene así mismo influencia directa en la velocidad a que cada vehículo puede describir un trazado. Otras características del vehículo, como la altura del centro de gravedad, o la anchura de sus neumáticos, puede modificar igualmente este valor.


La estimación así obtenida debe tomarse por tanto como una aproximación, y no como un valor fijo válido bajo cualquier circunstancia.