¿Cómo funcionan las montañas rusas?07Martesdic 2010Publicado por Nestien en Dinámica≈ 10 comentariosEtiquetasEnergía, Fuerza de rozamientoLas montañas rusas utilizan sólo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar hasta la altura indicada para luego iniciar la aventura. En lo que sigue del recorrido no se utiliza ningún mecanismo mecánico para ayudar a completar la trayectoria. Esto se debe a que el principio del funcionamiento de las montañas rusas se basa en la ley de la conservación de la energía.En este caso, dichas energías son la energía cinética y la energía potencial. La energía cinética es aquella que está presente en todo movimiento, es la energía del movimiento. Mientras mayor sea la velocidad, mayor será la energía cinética que ese cuerpo posea. Por otro lado, la energía potencial refiere la energía de posicionamiento. Así, la energía potencial gravitatoria, y como bien dice su nombre, refiere a la energía en torno a la posición de un cuerpo en relación a la gravedad. Imagina que sujetas un cuerpo con tu mano a una altura de 1 metro del suelo. Ese cuerpo tiene la capacidad de producir energía cinética, dado que si se lo suelta adquiere velocidad. Esa capacidad de producir energía es justamente la energía potencial. El cuerpo a 1 metro del suelo tiene cierta energía potencial, pero a 2 metros tiene mayor energía potencial, a 3 metros tiene más, y así siguiendo.Ahora bien, ¿Cómo se relaciona esto con la montaña rusa? Primero tenemos que remitirnos a una de las leyes fundamentales de la física: la conservación de la energía. Ésta dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Es decir, la cantidad total de energía siempre se mantiene constante. Si se retoma esto a las energía cinética y potencial, vemos algo muy peculiar. El cuerpo que se encuentra a 1 metro de altura tiene cierta energía potencial. Cuando se lo suelta, adquiere energía cinética. Entonces, ¿Cual es la energía cinética del cuerpo antes de chocar contra el suelo? ¡La misma que la energía potencial que tenía antes de soltarlo! La energía siempre se mantiene constante. Así, si al cuerpo se lo soltase desde 2 metros, la energía cinética que adquiriría seria el doble que si se lo soltase de 1 metro.Este fundamento usan las montañas rusas. Una vez que ascienden para luego dejarse caer e iniciar su recorrido, utilizan la conservación de la energía para funcionar. Cuando se encuentra a una cierta altura, tiene energía potencial. Cuando desciende, ésta se transforma en energía cinética, la cual le permite volver ascender para luego descender, así se forma un ciclo de transformación de la energía en potencial y cinética sucesivamente. Esto permite que las montañas rusas puedan funcionar sin ninguna ayudar mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de la física.De todos modos, hay que tener en cuenta la fricción producida por lo rieles. Ésta desacelera la velocidad de la montaña rusa, produciendo que la energía total neta no sea totalmente mecánica. Es decir, parte de la energía se pierde en calor por la fricción. De todos modos, la energía total sí permanece constante, dado que si se sumasen la energía potencial y cinética más el calor perdido por fricción, el resultado siempre sería mismo, constante. De este modo, a la hora de diseñar las montañas rusas, los ingenieros siempre tienen que dejar un margen para la pérdida de energía por la fricción.
